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02/06/2013
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CAPÍTULO 5.1
Ecología de ecosistemas
Energética de ecosistemas
Producción primaria y secundaria
Consumo global de alimentos
Geog. Fabian Drenkhan – ECOLOGÍA – Semestre 2013-1, PUCP
Biósfera
Bióma
Ecosistema
Comunidad
Población
Organismo
1
1. Introducción
VI
II
V
IV
III
I
Interacciones entre las diferentes
comunidades (componente
biótico) y su medio ambiente
(componente biótico y/o abiótico)
dentro de un sistema complejo
2
2. Energética de ecosistemas
El Sol inunda la Tierra con la radiación rica en energía.
Una parte de la radiación solar se transforma en calor: la
atmósfera, la superficie terrestre y los océanos se calientan.
Este calentamiento es el motor para varios procesos
abióticos en nuestro planeta y sus ecosistemas. Impulsa,
entre otros, las corrientes de aire y de agua (convección) –
lo cual produce nuestro tiempo diario, con vientos, nubes y
precipitaciones.
Una parte de la radiación solar incide a la superficie de varias
plantas y está almacenada como energía dentro de los
tejidos vegetales, a través de la fotosíntesis.
El círculo de la energía
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Almacenamiento de la
energía solar en las plantas
Círculo del
agua y del aire
Fuente:
Luz solar
Calentamiento de las superficies
terrestres / acuáticas
Plantas: Primera
fuente de alimentación
y energía para muchos
organismos
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2. Energética de ecosistemas
Fotosíntesis – proceso bioquímico Captura de la luz solar en el tejido vegetal (en los
cloroplastos que contienen clorofila – lo que da
el color verde a las plantas).
Transformación en energía química. A través
de la absorción de H2O (raíces) y CO2 (estomas
de las hojas) síntesis de carbohidratos (energía
para la planta). Producto secundario emitido:
O2 (estomas de las hojas) – elixir de la vida
para casi todos los organismos.
Cloroplasto
Estoma
Superficie de la
hoja con estomas
Napa freática
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2. Energética de ecosistemas
Fuente: SMITH & SMITH 2007: 111
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2. Energética de ecosistemas
Fotosíntesis
Fórmula:
6 H2O + 6 CO2 6 O2 + C6H12O6
Sustancias inorgánicas Sustancias orgánicas
(Pobres en energía) (Ricas en energía)
Llevada a cabo por las plantas, algas y algunas bacterias.
Por su habilidad de producir propiamente toda la materia
orgánica necesaria para el crecimiento, se llaman autótrofas.
Luz solar Carbohidratos
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El proceso viceversa se llama respiración (interna).
Consiste en un intercambio de gases en el tejido de los
organismos (aeróbicos) que provee energía (Adenosín
Trifosfato – ATP) – esencial para alimentarse y vivir.
Fórmula:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O +
Mitocondria – La “planta de energía” de las células
Provee el ATP, la energía para el crecimiento y el
metabolismo de cada organismo
Energía (ATP)
Carbohidratos
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2. Energética de ecosistemas
Respiración
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2. Energética de ecosistemas
La energía almacenada en los tejidos vegetales sirve para la
alimentación de muchos organismos, los cuales mismos
sirven para otros seres vivos como fuente biótica de
alimentación y energía.
Al final todos estos procesos abióticos y bióticos representan
una transferencia de energía dentro de un sistema
conectado – en el ecosistema.
Ninguna de dicha energía se pierde en todo el planeta – solo
está transformada en otras formas y llevada a otros
lugares con el tiempo.
El círculo de la energía
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2. Energética de ecosistemas
Según su función en la red trófica,
cada especie pertenece a uno de los tres grupos principales:
El círculo de la energía
1. Productores
Todas las plantas verdes que producen materia
orgánica a través de la fotosíntesis (autótrofos)
2. Consumidores
Los que se alimentan de los productores
(herbívoros) o de otros consumidores
(carnívoros), además los parásitos
3. Descomponedores
Los que desintegran todos los residuos
procedentes de otros organismos (partes de
plantas/animales, cadáveres, excrementos)
Completan
flujo de
energía y
nutrientes
en un
ecosistema
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Materia
orgánica Suelos
Atmósfera
Agua, nutrientes, O2, CO2, luz, calor …
Roca Napa
freática
Herbívoros
Polinizadores
Distribuidores
Descomponedores Consumidores
Carnívoros
Topografía
Productores Simbiontes
Parásitos
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2. Energética de ecosistemas
Entradas y salidas del
ecosistema
Cada ecosistema del planeta
(terrestre o acuático) representa
un sistema abierto – porque
tiene entradas (inputs) y
salidas (outputs) de
componentes (energía y
nutrientes).
Sin embargo existe un
componente de un sistema
cerrado: la circulación interna.
Representa un propio circulo de
energía y nutrientes (p. e. muy
marcado en un lago sin
efluente).
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2. Energética de ecosistemas
El círculo de la energía
Fuente: SMITH & SMITH 2007: 497
11
3. Producción primaria
La tasa a la que los autótrofos convierten energía solar en
energía química (compuestos orgánicos) mediante la
fotosíntesis en un período determinado, se denomina
producción primaria (PP).
Se expresa en J/m²/periodo de tiempo (p. e. día o año) o
en g/m²/periodo de tiempo (materia orgánica seca)
La producción primaria en general representa la primera
forma básica de almacenamiento de energía y es el punto
de salida para el metabolismo en los ecosistemas.
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3. Producción primaria
Se distingue entre la:
Producción Primaria Bruta (PPB):
Tasa total de la producción primaria
Producción Primaria Neta (PPN):
Tasa total de la producción primaria menos la energía
usada tras la respiración (R) de los autótrofos
PPN = PPB – R
¿En qué regiones se encuentra la mayor PP?
Se identifica un patrón?
¿De qué factores dependerá
esta distribución? 13
3. Producción primaria
Fuente: SMITH & SMITH 2007: 449
Latitudes bajas: T altas
P altas
Latitudes medias: T templadas
P moderadas-altas /
escasas (en estaciones)
Latitudes altas: T bajas
P moderadas 14
3. Producción primaria
Circulación atmosférica: patrones temperatura (T) y precipitación (P)
Fuente: AUDESIRK ET AL. 2008: 583
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¿De qué factores dependerá esta distribución? 15
3. Producción primaria
PP en los océanos
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3. Producción primaria
Un papel principal en la productividad (tasa de la PP) de los
océanos, desempeñan los nutrientes, el nitrógeno (N) y fósforo (P),
entre otros.
Con una alta disponibilidad de nutrientes en el agua, el fitoplancton
crece en cantidades – esta biomasa representa la base para muchos
organismos marinos, como el ejemplo tratado: la anchoveta.
La tasa de PP es máxima en la mayoría de los mares litorales, por
los sedimentos enriquecidos de nutrientes, traídos desde la tierra;
además en aguas frías (corrientes marinas frías).
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3. Producción primaria
Porcentaje de la superficie
terrestre
Producción primaria
neta promedio
(g/m2/año)
Porcentaje de la
producción primaria
neta terrestre
Océano abierto
Placa continental
Desiertos extremos
Desiertos y semidesiertos
Bosque húmedo tropical
Sabanas
Tierra cultivada
Bosque Boreal
Pradereas templadas
Chaparral
Tundra
Bosque tropical estacional
Bosque deciduo templado
Bosque siempreverde
Pantanos y humedales
Lagos y ríos
Estuarios
Arrecifes
Zonas de afloramiento marino
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4. Producción secundaria
La producción secundaria representa la biomasa producida
por los productores secundarios, los consumidores
(heterótrofos), a través del uso de los alimentos obtenidos.
La tasa de dicha producción está directamente conectada
con la tasa de la producción primaria (la fotosíntesis).
Además depende de la eficiencia del uso de cada
organismo – cuánto del alimento obtenido puede realmente
utilizar para formar sus propios tejidos.
Heces
Crecimiento
Respiración
Celular
El ejemplo de la oruga
muestra que cada organismo
puede aprovechar una
parte inferior de toda la
energía obtenida para la
producción secundaria.
En este caso, la oruga es
capaz de utilizar 33 de 200
joule, solo 16%, directamente
para su crecimiento, su
producción secundaria de
biomasa.
El resto de la energía (84%)
se gasta para el
mantenimiento del organismo,
la respiración
y las heces.
50 %
solo
16 %
34 %
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4. Producción secundaria
Eficiencia de una oruga en su producción secundaria
10,000 J
1,000,000 joule de luz solar
1,000 J
100 J
10 J
Consumidores
Terciarios
Eficiencia trófica en cada nivel: 10% (en promedio)
Consumidores
Secundarios
Consumidores
Primarios
Productores
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4. Producción secundaria
Pirámide ecológica de energía
1
2
3
4
?
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Consumidores
secundarios
Consumidores
primarios
Productores Maíz
Humanos
vegetarianos
Humanos
carnívoros
Ganado
Maíz
La alta producción industrial por el (alto) consumo de carne y productos animales en la
sociedad humana constituye, a parte de consideraciones sobre la dignidad de animales, la misma
problemática trófica: la “pérdida” progresiva de energía – es decir: de recursos – con cada nivel
trófico más alto dentro del marco de una alimentación mundial desigual.
Nivel Trófico
“Pérdida” enorme de recursos
hasta el 3er nivel trófico
2
3
1
21
4. Producción secundaria
Consumo humano de recursos
Además los rebaños de ganado provocan gases
invernaderos y una degradación intensa de suelos
(en praderas o bosques) originalmente fértiles.
1 kg
de carne
hasta 16 kg
de trigo
hasta 16000 l
de agua
Factor
1:16
= 18 panes
de 1 kg
= el
consumo
de agua de
un limeño
en dos
meses
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4. Producción secundaria
Fuente: http://www.grida.no/publications/rr/food-crisis/page/3565.aspx
Para producir un 1kg de carne se
gasta en promedio…
Desnutrición mundial
(en 2010, por regiones – Fuente: FAO)
Alimentación animal y
el hambre en el mundo A pesar de este gran desperdicio de recursos
alimenticios en la producción industrial animal,
la demanda sube cada año más.
En 2008, unos 35 - 40% de todos los cereales
producidos en el mundo estuvieron
destinados a la alimentación animal. Según
estimaciones, esta tasa va a subir a unos 45-
50% en 2050 – mientras que una séptima
parte de todos los seres humanos se
acuesta con hambre diariamente.
La producción de carne es el sector que más
rápidamente crece en la agricultura.
DISCUSIÓN:
“Reducir el consumo de carne o aún el
vegetarianismo representan, entre otros,
una consecuencia indispensable para
aprovechar los recursos mundiales más
eficazmente.” 23
4. Producción secundaria
Fuentes: http://www.grida.no/publications/rr/food-crisis/page/3565.aspx http://www.fao.org/hunger/hunger_graphics/en/
Producción mundial de
alimentos y desnutrición