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ECOSISTEMAS
Sistema integral compuesto de una comunidad biótica, su ambiente abiótico y sus interacciones dinámicas
Unidad de organización ecológica
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AutótrofosProducen materia orgánica a
partir de nutrientes y una fuente de energía
HeterótrofosSe alimentan de materia orgánica para obtener energía
Plantas fotosintéticasUtilizan clorofila para
absorber energía de la luz
Bacterias fotosintéticas
Utilizan pigmentos para absorber energía de la luz
Bacterias quimiosintetizadoras
Utilizan químicos inorgánicos ricos en energía (p.ej., H2S)
Herbívoros(Consumidores primarios)
Animales que se alimentan de plantas
Productores
OmnívorosAnimales que se alimentan de
plantas y animales
Carnívoros(Consumidores secundarios)
Animales que se alimentan de consumidores primarios
Carnívoros secundarios(Consumidores terciarios)
Animales que se alimentan de otros carnívoros
ParásitosPlantas o animales que se asocian a otras plantas o
animales y se alimentan de ellos por un largo período
Consumidores
Detritívorossecundarios
Organismos que se alimentan de detritívoros
primarios
Detritívorosprimarios
Organismos que se alimentan directamente de
detritos
DescomponedoresHongos y bacterias que descomponen la materia
Detritívoros y descomponedores
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Límite del ecosistemaFotosíntesis
Herbívoro
Carnívoro
Detritívorosy
descomponedores
Respiración
Input OutputNutrientes disponibles
Sistema de producción
primaria
Respiración de plantas
Superficie del suelo
Inmigración/emigración
Respiración
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Reflejada por la atmósfera
Reflejada por las nubes
Reflejada por la superficie de la tierra
Radiada al espacio desde las nubes y la atmósfera
Absorbida por la atmósfera
Absorbida por las nubes 3%
Conducción y movimiento de aire 7%
Absorbida por la tierra y los océanos
Energía
solar
entrante
(100 %)
Radiada al espacio desde la tierra
Radiación absorbida por la atmósfera
Transportada a las nubes y atmósfera en forma de calor latente en el vapor de agua
Menos del 0,1% de la incidencia solar es capturada e n el proceso de fotosíntesis
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Productividad primaria
Eficiencia de producción primaria bruta
=Energía fijada por PPB
Energía incidente
kcal/m 2 /añog/m 2 /año
Productividad primaria neta(PPN)
Productividad primaria bruta(PPB)
Respiración por autótrofos(R)
–=
Productividad es definida como la tasa a la cual la energía radiante es fijada (PPB) o la materia orgánica es producida (PPN)
Biomasa es la cantidad de materia presente en un determinado tiempo
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Eficiencia de producción de distintas comunidades
40 - 50%< 1,5%Cultivos
40 - 50%1 - 2%Praderas y comunidades herbáceas
50 - 75%2 - 3,5%Bosques
> 0,5%Plantas acuáticas
enraizadas y algas de poca profundidad
10 - 40%< 0,5%Comunidades de fitoplancton
% RespiradaEficiencia de la PPB
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Por
cent
aje
de e
ficie
ncia
de
la P
PB
Variación de la eficiencia en relación a las historias de vida
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Productividad primaria neta (Mg C/ha/año)
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INTENSIDAD DE LUZ
FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN MEDIOS TERRESTRES
Pro
duct
ivid
ad p
rimar
ia n
eta
Punto de saturación
Punto de compensación
Intensidad de luz
La fotosíntesis balancea la pérdida por respiración
Más allá del punto de saturación, la luminosidad no afecta a la PPN
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PRECIPITACIÓN
Precipitación (mm)
Pro
ducc
ión
(g/m
2 /añ
o)
Precipitación (mm/año)
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TEMPERATURA EVAPOTRANSPIRACIÓNN
PP
(M
gC/h
a/añ
o)
Temperatura media anual (ºC)
Log 10 Evapotranspiración actual (mm/año)
Log
10P
PN
(g/
m2 )
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Ley del mínimo de Leibig : la biomasa o abundancia de una especie está limitada por el recurso o factor más escaso
Justus von Liebig (1803–1873 )
NP
P (
g/m
2 /añ
o)
Tratamiento
Control c/P c/N c/P y N
N es el primer limitante
P es el segundo limitante
0
100
200
300
NUTRIENTES
Carex subspathacea
(Cargill &Jefferies 1984)
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CO2
Día del año
Bio
mas
a aé
rea
acum
ulad
a (m
g)
Día del año
Bio
mas
a aé
rea
acum
ulad
a (m
g)
(Smith et al. 2000)
Larrea tridentata
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Productividad primaria en ambientes acu áticos
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FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN AMBIENTES ACUÁTICOS
LUZ Respiración
PPN
Producción bruta
Intensidad de luz(m
edida como porcentaje de los
valores de superficie)
Pro
fund
idad
(m
)
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Pequeños arroyos Grandes ríos
Materia orgánica alóctona
Materia orgánica
autóctonaMacrófitas
Algas arraigadas
Fitoplancton
Con
trib
ució
n re
lativ
a al
ca
rbon
o or
gáni
co to
tal
MATERIA ORGÁNICA
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NUTRIENTES
(Downing et al. 1999)
(Mentzel & Ryther 1961)
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Efecto de consumidores primarios y nutrientes
(Gruner et al. 2008)
(Ritchie et al. 1998)
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(Maron et al. 2006)
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Nivel tróficoNivel trófico - 1Producción al nivel trófico nIngestión al nivel trófico nAsimilación al nivel trófico n
Producción de las plantas
No consumido
Respiración
Heces
detritos
Producción de herbívoros
1-n
n
n
n
n
n
1-n
n
ProdProd
trófica Eficiencia
AProd
producción de Eficiencia
IA
nasimilació de Eficiencia
ProdI
consumo de Eficiencia
=
=
=
=Flujo de materia y energía
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Energía obtenida del alimento 1000 J
Crecimiento 180 J
Heces 500 J Respiración celular 320 J
Energía obtenida del alimento 1000 J
Crecimiento 16 J
Heces 177 JRespiración celular 807 J
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La pirámide puederepresentar números,
biomasa, energíaconsumida por año,
etc.
Hipótesis de Elton: los depredadores deben se más grandes que laspresas para someterlas
C. Elton (1927) observó que los depredadores tienden a ser másgrandes y menos numerosos que sus presas
“pirámide de números” o “pirámide Eltoniana”
0,1%
1%
10%
100%
Productores
Consumidores
primarios
Cons.
Secund.
Cons. Terc.
Pirámide ecológica
Charles Elton(1900-1991)
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Aves
Insectos predadoresInsectos
Plantas Árboles
Consumidores secundarios
Consumidores primarios
Productores
Consumidores terciarios Aves
Insectos predadores
Insectos
Pastizal (USA): abundancia/0.1 ha
Bosque templado (GBR): abundancia/0.1 ha
Consumidores secundarios
Consumidores primarios
Productores
Consumidores terciarios
Descomponedores Zooplancton
Fitoplancton
Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2
Canal de la Mancha (GBR): g/m 2
PIRÁMIDE DE BIOMASA
PIRÁMIDE DE NÚMERO
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Raymond Lindeman (1942) propuso la
hipótesis de la eficiencia energética o ecológica
La proporción de energía que pasa de un nivel trófico al siguiente es baja (~ 5 - 30%)
Consumidores secundarios
Consumidores primarios
Productores
Consumidores terciarios
Descomponedores
Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2/año
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Biomasa de productores
Consumido
No consumido
Digerido
No digerido
Bio
mas
a de
l prim
er n
ivel
tróf
ico
Heces
Energía para la actividad
Calor
Crecimiento
Biomasa de consumidores primarios
Para primer nivel trófico: detritívoros
Biomasa de consumidores secundarios
Consumido
No consumido
Biomasa del segundo nivel trófico
Calor
Energía
Heces
Biomasa del tercer nivel trófico
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Invertebrados vs. vertebrados vs. vertebradosectotermos ectotermos endotermos
Yodzis (1984) analizó 34 tramas tróficas para analizar la influenciade la eficiencia de la energía en el largo de las cadenas tróficas.
Si la hipótesis fuera válida se esperaría que:
> >
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Detritos al 100% del nivel natural (938 g/m2/año), 10% del nivel natural , 1% del nivel natural.
Estudio seguido por 48 semanas
Si la eficiencia de transferencia de energía determina el largo de la cadena trófica, entonces un gradiente de productividad debe causar una variación del largo de lascadenas.
Utilizó baldes de plástico para simular agujeros de árboles llenos de agua con diferente cantidad de detritos para generar un gradiente de productividad
Jenkins et al. (1992) pusieron a prueba directamente la hipótesis de eficiencia de conversión de energía
¿Qué determina el largo de las tramas troficas? ¿La energía disponible?
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Agujeros naturales tienen una cadena trófica con 3 niveles:
Detritos - larvas de mosquitos - larvas de mosquita depredadora - renacuajos
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¿Cómo afecta el flujo de energía a la estructura y funcionamiento de un
ecosistema?
Limita el largo de las cadenas tróficas• Raramente existen cadenas de más de 4-5
niveles tróficos;• No existe suficiente energía para niveles
más altos y probablemente los limita;• Incrementa la vulnerabilidad de los
carnívoros en el extremo de la cadena.
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¿Qué otras propiedades del ecosistema pueden ser afectadas por la variación en la estructura de las tramas tróficas?
ESTABILIDAD DE LOS ECOSISTEMAS
• Charles Elton: tramas tróficas más simples tendían a ser menos estables que las más complejas (comunidades de islas y comunidades agrícolas)
• Robert MacArthur: los predadores que se alimentan sobre múltiples presas tienen mayor probabilidad de sobrevivir a una reducción de una de ellas que predadores más especializados.
MAYOR COMPLEJIDAD MAYOR ESTABILIDAD
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Un disturbio remueve uno de los depredadores top (A)
Grandes cambios en la composición de la
comunidad
Pequeños cambios en la composición de
la comunidad
Hipótesis de Reaseguro
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DESCOMPOSICIÓN
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1. Lixiviación
2. Fragmentación
3. Alteración química
PROCESOS
DESCOMPOSICIÓN
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tkt eLL ⋅−⋅= 0
Tasa de descomposición
Tiempo de residencia
kTR1=