TEMA 11 EL ECOSISTEMA

8/12/2019 TEMA 11 EL ECOSISTEMA

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I.E.S. “LA JARA” -Vva. de Córdoba CIENCIAS DE LA TIERRADTO. BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA Y DEL MEDIO AMBIENTE

TEMA 11: EL ECOSISTEMA. Página 1 de 16

TEMA 11. EL ECOSISTEMA.

Concepto de ecosistema. Biotopo y biocenosis

La biosfera es la zona de la Tierra ocupada por los seres vivos. Sus límites aproximados son de 10 km en laatmósfera y otros 10 km bajo el nivel del mar. Actualmente se considera el conjunto de seres vivos que habitanen el planeta en un tiempo determinado.Los seres vivos que componen la biosfera constituyen una biocenosis y necesitan un lugar con unasdeterminadas características que posibiliten su existencia, o sea, un biotopo . Entre los componentes de labiocenosis se establecen gran cantidad de interrelaciones a igual que ocurre en el biotopo. Se forma así unsistema biológico cuyos elementos (biocenosis) están relacionados entre sí y a su vez se relacionan con elmedio físico que les rodea, interaccionando con él. Este sistema lo denominamos ecosistema.Un ecosistema es el conjunto de componentes abióticos (factores fisicoquímicos del medio) y bióticos(relaciones entre los seres vivos) de una determinada zona, y las interacciones que se establecen entre ellos.Es un sistema dinámico relativamente autónomo formado por una comunidad natural y su medio ambientefísico.

Vamos a definir algunos conceptos a tener en cuenta:La ecosfera es el conjunto formado por todos los ecosistemas que constituyen la Tierra o, lo que es lo mismo,la ecosfera es el gran ecosistema planetario.Ecotonos son los límites espaciales de los ecosistemas y suelen estar determinados por cambios más omenos bruscos en las características de la comunidad y del biotopo. Estos límites son de gran interésecológico pues suelen coincidir con áreas de gran riqueza de especies.Población es un conjunto de individuos (plantas, animales…) pertenecientes a la misma especie que habitan un área determinada y por un tiempo determinado, estableciéndose entre los individuos que la forman vínculosde mutua dependencia. En un ecosistema habrá por lo tanto tantas poblaciones como especies.Comunidad o biocenosis , es el conjunto de poblaciones de diferentes especies que habitan y conviven en unmismo espacio natural. Entre éstas se establecen relaciones manteniendo su propia dinámica. Su estructura sedefine por el número de individuos (abundancia), el número de especies (diversidad) y por las que ejercenmayor control sobre las demás (dominantes). La biocenosis suele tomar el nombre de la especie dominante(pinar, encinar…) El biotopo es la zona o soporte donde se asienta la comunidad de seres vivos. Lo forma el medio que rodea alser vivo y el sustrato por el que se desplaza o en el que se apoya y losfactores fisicoquímicos que le afectan.Hábitat es el lugar donde vive y al cual está adaptado cada especie (es comoel domicilio de una especie).

Nicho ecológico : un determinado hábitat es compartido por varias especies,pero que tienen una función distinta en el mismo. El nicho ecológicorepresenta la ocupación o profesión de la especie en el hábitat, es decir, losrecursos que utiliza. Por ejemplo, el nicho ecológico de las jirafas es serdevoradoras de hojas de árboles.La figura representa varias especies de insectos que coexisten en una encinaocupando nichos diferentes: viviendas, formas de alimentación, lugares deincubación y otros tipos de estrategias diferentes. Obsérvese que el nicho lomarcan los factores bióticos y abióticos.Los biomas son los diferentes ecosistemas que hay en la Tierra. Cada biomaposee una flora característica, adaptada a las condiciones ambientales del lugar, y una fauna asociada a ella.La selva tropical, el bosque templado, el desierto, la taiga, la tundra y la sabana son los principales biomas

terrestres

ECOSISTEMA = BIOTOPO + BIOCENOSIS + RELACIONES ENTRE ELLOS





Factores abióticos

Son todos los elementos físico-químicos que caracterizan al biotopo en el que se asienta una comunidaddeterminada (temperatura, luz, pH, altitud, salinidad,…) Cada especie se desarrolla entre unos valore óptimos para un determinado factor de su biotopo, los cualesconstituyen los límites de tolerancia para ese factor.

Temperatura:• Distribución de las comunidades : La temperatura es uno de los factores que más influye en la distribuciónde las comunidades tanto en altitud como en latitud.• Cambios en la transpiración : En los lugares cálidos aumenta la transpiración para humedecer las hojas ydisminuir la temperatura. También ante las bajas temperaturas las plantas pueden sintetizar sustanciasanticongelantes o aumentar la concentración de su savia.• Pérdida de la hoja : Ante las bajadas de temperatura las plantas suelen producir una hormona que produce lacaída de las hojas con lo que la superficie expuesta disminuye y la planta entra en un estado de reposo hastaque aumentan las temperaturas.• Adaptan sus periodos biológicos : de reproducción, floración etc... dependiendo de la temperatura y la

disponibilidad de agua.• Desarrollan estructuras : que resisten las bajas temperaturas, ( semillas, bulbos, rizomas...)• Los aumentos excesivos de temperatura pueden producir desnaturalización de los enzimas .

Humedad :Las plantas dependen del agua para realizar la fotosíntesis, por ello uno de los principales retos que va a teneres adaptarse para evitar la pérdida de agua, que para ellas sería mortal.Normalmente las plantas tienen unas características adquiridas genéticamente (adaptaciones) que lespermiten vivir en lugares con diferentes concentraciones de humedad:• Adaptan su ciclo vital a la época más favorable, (la floración, reproducción,..) y protegen sus semillas en laépoca seca.

• Aumentan la absorción por las raíces . ( Aumentan la superficie radical)• Almacenan agua en los tallos : Como los cactus o las crasuláceas.• Transforman sus hojas en espinas o acículas : Como los pinos, o los cactus• Recubren sus hojas de una cutícula gruesa e impermeable : Como los olivos, las encinas o las adelfas• Producen secreciones que impiden la desecación : Como las jaras,• Abren y cierran sus estomas .• Biológicamente hay plantas adaptadas a diferentes concentraciones de humedad: plantas xerófitas ,mesófilas , higrófilas y acuáticas . Ambos factores, temperatura y humedad, suelen ir relacionados Cuando se producen cambios importantes

disminuye la fotosíntesis y por tanto la producción primaria Al aumentar la temperatura aumenta la fotorrespiración . (Al aumentar la temperatura se produce unadesviación en la ruta metabólica de la fotosíntesis, de manera que en lugar de consumirse CO 2 y producirseglucosa, que sería lo normal en la fotosíntesis, se consume O 2 y se produce CO 2 y NH3. (El que se produzca lafotosíntesis o la respiración depende de la concentración de O 2 y de CO2 en el interior de la célula).En las plantas C3, típicas de climas húmedos, al aumentar la temperatura, actúan cerrando sus estomas ,para evitar la pérdida de agua.La fotosíntesis continúa por lo que aumenta el O2 en el interior de la célula y descienden los niveles de CO2hasta en un 50%, el resultado es que la ruta se desvía hacía la fotorrespiración y fotosíntesis es menoseficiente. (Disminuye la productividad)Las plantas C4, típicas de climas secos y calurosos, tienen una vía metabólica alternativa para fijar CO 2 atmosférico, de esta manera puede continuar la fotosíntesis.

Además algunas de estas plantas además de ser C4 son también CAM ( Crasulaceam acid metabolism), sonlos cactus, las crasuláceas y las euforbiáceas; esto les permite fijar el CO 2 por la noche y lo incorporan a lafotosíntesis con los estomas cerrados.





La luz:La luz es fundamental para la fotosíntesis y por tanto para la supervivencia de la vida en el planeta. No todaslas zonas del planeta reciben la luz con la misma intensidad, y duración e incluso en algunas zonas la luz nollega, como en los fondos marinos o en los polos en algunas épocas del año. Los seres vivos adaptan sufisiología de acuerdo con los periodos de luz (fotoperiodo).

• Adaptación a la intensidad luminosa : hay plantas habituadas a una baja intensidad, son las plantas desombra , tienen una mayor cantidad de clorofila para compensar la falta de luz. ( Son más verdes).Otras viven en zonas con intensidades de luz medias, son las plantas de luz , son las más abundantes.Otras viven en zonas con una alta intensidad, (plantas c4 y CAM), por lo que solo abren sus estomas por lanoche y captan el CO 2 para realizar la fotosíntesis de día evitando la pérdida de agua.Las plantas acuáticas, varían sus pigmentos en función de la profundidad, para adaptarse a las longitudes deonda de la luz que penetran a esas profundidades. (Algas verdes, rojas, pardas).• Variaciones en el fotoperiodo : la variación de las horas de luz y oscuridad desencadena procesos como lafloración, la caída de las hojas, las migraciones animales y la época de reproducción de muchos organismos.Unas plantas crecen rápidamente y exponen sus flores en el momento de proliferación de insectos parafavorecer la polinización, lo hacen cuando los días son más largos y se denominan plantas de día largo. Otraspor el contrario florecen en el periodo de menos intensidad luminosa porque son capaces de almacenaralimento en sus semillas para pasar el invierno, son plantas de día corto.

• La luz como factor limitante : al aumentar la intensidad luminosa, si los demás factores no actúan comolimitantes, la actividad fotosintética se incrementa, pero llega un momento en que la fotosíntesis deja deaumentar aunque lo haga la intensidad luminosa. Esto ocurre por dos motivos:

La disposición de las unidades fotosintéticas en los cloroplastos : los cloroplastos se sitúan unossobre otros por lo que se dan sombra. Igual ocurre con las hojas de los árboles que se sombrean unas aotras.

La estructura de las unidades fotosintéticas : el número de moléculas captadoras de energía es muysuperior a las encargadas de la transformación en energía química. ( 300 a 1). Por lo que se produceuna saturación.

Según esto las plantas tienen un rendimiento máximo con relativamente poca intensidad luminosa, en lasprimeras y últimas horas del día. La evolución no ha conseguido la máxima conversión de energía, sino solo lasuficiente para el mantenimiento de los ecosistemas.Por lo que los cultivos no pueden hacerse más rentables aunque se les añadan más abonos, plaguici das,…

El pH:En altas concentraciones los iones hidronio pueden ser nocivos para las células, debido a que por su elevadareactividad pueden dañar algunas enzimas; aún las bacterias acidófilas (que viven en pH inferiores a 4)mantienen su pH interno en valores cercanos a la neutralidad.

Nutrientes : los organismos fotosintéticos tienen que tomar los nutrientes bien de la atmósfera, del agua o delsuelo. Los principales nutrientes son el agua, CO2, y sales de N, P, SEl CO2 es un gas muy abundante en la atmósfera y en el agua, por lo que no suele ser un factor limitante.El Nitrógeno gracias a los organismos fijadores de Nitrógeno, tampoco suele ser un factor limitante.Sin embargo el Fósforo suele ser un importante factor limitante en el mar, ya que aunque es abundante, seencuentra en lugares poco accesibles para los vegetales, normalmente los fondos marinos

El ciclo de la materia en los ecosistemas. Elementos biolimitantesSe denomina así al recorrido que realizan los elementos químicos constituyentes de la materia orgánica (C, O,N, S y P) a través de los subsistemas terrestres: atmósfera, biosfera, hidrosfera y geosfera. El tiempo depermanencia de los elementos en los distintos medios es muy variable, denominándose almacén o reservaaquel lugar donde dicha permanencia es máxima.Como cualquier ciclo de la materia, los ciclos biogeoquímicos tienden a ser cerrados, sin embargo, lasactividades humanas producen la apertura y aceleración de los mismos, de ahí la necesidad de reciclar almáximo la materia de forma que se obtengan nutrientes y que no se produzcan desechos.

Elementos biolimitantes son aquellos nutrientes esenciales para el desarrollo de un organismo que, al estarpresentes en cantidades mínimas, limitan su crecimiento. Son por ello los recursos más escasos y siguen la leyde Liebig.





Ley del mínimo de Liebig : el nutriente disponible sólo en cantidades mínimas es el que limita la producciónaun cuando los demás estén en cantidades suficientes.• Ciclos de nutrientes gaseosos (O, C y N): la atmósfera es la principal reserva. El proceso de circulación esrelativamente cerrado y rápido, y no suele acarrear pérdidas de elementos.• Ciclos de nutrientes sedimentarios , como el fósforo, el depósito principal es la litosfera. Los procesos de

meteorización liberan lenta, pero continuamente, los elementos presentes en las rocas sedimentarías y losincorporan al suelo. Estos ciclos son mucho más lentos y en ocasiones se sedimentan y quedan retiradosdurante mucho tiempo de la circulación al incorporarse el elemento a los sedimentos profundos del océano ode lagos profundos. Por ello, los nutrientes sedimentarios suelen ser elementos más limitantes que losgaseosos.En los ciclos intervienen muchos procesos: ciclo del agua, procesos biológicos, procesos geológicos externos einternos, fotosíntesis, respiración, etc. El ser humano interviene activamente en estos ciclos y en ocasionesrecupera algunos elementos que permanecían fuera del alcance de los seres vivos.

Ciclo del carbono

Es fundamental para la regulación del clima de la Tierra y o podemos dividir en tres fases:

a) Ciclo biológico : mediante la fotosíntesis el carbono se fija por medio de los organismos fotosintéticos enforma de CO2. Éste se incorpora como carbono orgánico para producir matera orgánica (glúcidos) que serviráposteriormente de alimento al resto de la cadena trófica. El CO2 se libera de nuevo mediante la respiración ydurante la descomposición bacteriana de excrementos y cadáveres.

b) Ciclo biogeoquímico : en ambientes marinos, hay organismos que utilizan iones solubles formados a partirdel CO2 disuelto en el agua para producir estructuras duras (caparazones, conchas, coral,…). Cuando mueren,forman sedimentos que originan rocas sedimentarías carbonatadas (reservorios de CO 2). Cuando estas rocasse funden para dar lugar a un magma que sale a la superficie, de nuevo el CO 2 escapa a la atmósfera. A laatmósfera llegan el oxígeno (no consumido en la respiración) y parte del CO2. En el conjunto de las reaccionesquímicas y de los intercambios, el mar resulta ser a la larga un sumidero de CO 2 atmosférico y un emisor deoxígeno.c) Retorno de CO 2 a la atmósfera : el enterramiento de las rocas carbonatadas (caliz as, dolomías,…) acaba produciendo una fusión parcial de dichas rocas. En otros casos estos materiales afloran a la superficiequedando bajo la acción de los agentes de meteorización. El resultado final es la liberación del CO 2, queescapa hacia la atmósfera durante las erupciones volcánicas o las reacciones de meteorización química.d) Sumideros fósiles de carbono orgánico : en ciertas ocasiones la materia orgánica de la biosfera puedequedar sepultada fuera del contacto con el oxígeno, por lo que sufre un proceso biológico de fermentación.Este proceso la transformará en carbón y petróleo que se acumularán en la geosfera. El almacenaje litosféricode CO2 en forma de carbón y petróleo supone una rebaja neta de sus niveles atmosféricos. El retorno a laatmósfera del carbono retenido en estos sumideros se produce por la combustión del carbón y petróleoinducida por la especie humana.





Ciclo del nitrógenoLa atmósfera actúa como sistema de reserva de este elemento pues está constituida en un 78% por el mismo,sin embargo, los organismos encuentran gran dificultad para conseguirlo.El ciclo consta de cuatro procesos : fijación, amonificación, nitrificación y desnitrificación.1) Fijación del nitrógeno atmosférico : consiste en la transformación del nitrógeno gaseoso en moléculasorgánicas. Lo realizan bacterias como el Azotobacter (de vida libre en el suelo) y el Rhizobium (en simbiosiscon las leguminosas la planta les aporta nutrientes y las bacterias a cambio realizan la fijación de Nitrógenoatmosférico para la planta). De esta manera las legumbres son unos vegetales muy ricos en Nitrógeno y portanto muy proteicos, algo que no ocurre con los demás vegetales, que solo pueden tomar el Nitrógeno deforma oxidada ( Nitratos, Nitritos...). De ahí las propiedades nutritivas de los garbanzos, lentejas,.... Por estemotivo la alternancia de cultivos con las leguminosas ha sido una práctica agrícola tradicional para enriquecerel suelo en nitrógeno sin necesidad de abonado. Aunque la fuente primaria está en la atmósfera, la reservamás accesible es el nitrógeno almacenado en forma orgánica (proteínas, ácidos nucleicos y urea) o inorgánica(nitritos, nitratos y amoniaco).2) Amonificación : consiste en la transformación de las moléculas orgánicas procedentes de los seres vivos yque contienen nitrógeno (proteínas, ácidos nucleicos, urea) en amoniaco (NH3) o ión amonio (NH4+). Encondiciones anaerobias, las bacterias del género Clostridium producen putrefacciones en las que se liberacomo producto final amoniaco.3) Nitrificación: se produce la oxidación del amoniaco transformándose en sales nitrogenadas. En esteproceso intervienen bacterias quimiolitótrofas que utilizan estas reacciones de óxido-reducción para obtenerenergía. La oxidación completa se realiza en dos etapas:

• Nitrosificación : realizada por bacterias del género Nitrosomonas.

2 NH3 + 3 O2 2 NO2H + 2 O2 + Energíaamoniaco nitrito

• Nitrificación: realizada por bacterias del género Nitrobacter.

2 NO2H + O2 2 NO3H + EnergíaNitrito nitrato

4) Desnitrificación : en condiciones anaerobias del suelo actúan las bacterias desnitrificantes (Pseudomonas,Bacillus) que transforman el ión nitrato (NO3-) en nitrógeno gaseoso (N 2) que escapa a la atmósfera. De estamanera, a partir de los nitratos, se forman dos gases, el N 2 y el NO2 que se liberan a la atmósferareduciéndose así la cantidad de nitratos del suelo.

NO3 N2 (Se libera a la atmósfera)nitrato nitrógeno

Para evitar la pérdida de nitrógeno en los suelos, es conveniente airearlos mediante el arado después de lacosecha y antes de la siembra.

amoniaconitrato

nitrito





Algunas intervenciones humanas en el ciclo de nitrógeno:

Los procesos de combustión a altas temperaturas , en los que entra el aire cargado de oxígeno ynitrógeno en la cámara de combustión de los motores, y ambos reaccionan formando moléculas de NOque se liberan a la atmósfera. Allí, con el vapor de agua atmosférico, forman ácido nítrico que cae con lalluvia, dando lugar a la lluvia ácida, que al caer al suelo, eleva su cantidad de nitratos.

La fijación industrial de nitrógeno atmosférico para convertirlo en amoniaco y fertilizantes, haciendopasar el nitrógeno a formas activas de manera parecida a la fijación atmosférica o a la combustión a altastemperaturas.

El abonado excesivo de los cultivos, que provoca una liberación de NO hacia la atmósfera. Este gascontribuye al efecto invernadero. Además, da lugar a una excesiva fertilización del suelo, que acabadisminuyendo de fertilidad debido a que, al incrementar el crecimiento de las plantas pronto comienzan aescasear otros nutrientes esenciales como el calcio, el magnesio, etc., lo que origina un grave deterioro dela composición química del suelo. Además, las aguas arrastran una gran cantidad de nitratos sobrantes,con lo que se eutrofizan y disminuye su calidad.

El ciclo del fósforoSe trata de un constituyente importante de las biomoléculas, que, además, forma parte de estructuras rígidas,como caparazones y huesos.

El fósforo se encuentra mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos oceánicos, formando parte de lalitosfera. Su proceso de liberación es muy lento por depender del ciclo geológico (105 – 108 años), razón por laque constituye el principal factor limitante , considerándose por ello un recurso no renovable.

Por tanto, el Fósforo suele ser un importante factor limitante en el mar, ya que aunque es abundante, seencuentra en lugares poco accesibles para los vegetales, normalmente los fondos marinos, en donde seencuentran los organismos mineralizadores. El problema se soluciona en parte gracias a las corrientesmarinas, devolviendo los nutrientes, ( P), a las zonas marinas superficiales (zonas de afloramiento).También pueden llegar a las plataformas continentales gracias a las mareas y olas o a través de los depósitosde los ríos.

En los ecosistemas terrestres el Fósforo está más cercano pero en muchas ocasiones debido a la explotaciónintensiva de un terreno o al lixiviado, el suelo se empobrece y hay que recurrir al ser humano para que extraigael Fósforo de sus depósitos naturales y los devuelva al terreno en forma de abono.Otra forma de recuperar el Fósforo es a través de los excrementos de aves acuáticas, que son muy ricos enminerales ya que se alimentan de pescado. ( guano ).

suelo





Los iones PO43- son liberados de las rocas fosfatadas y cenizas volcánicas y transportados de forma insolublepor las aguas corrientes hasta los lagos o hasta el mar, donde precipitan para formar los citados almacenes.El ciclo comienza a partir de los fosfatos disueltos (1) que los productores incorporan a sus células. A través deellos llega el fósforo a los consumidores (2). Cuando los organismos mueren, o a partir de sus desechos yexcrementos, las bacterias degradan los compuestos orgánicos de fósforo, transformándolos en fosfatoinorgánico completando el ciclo (3).

Gran parte de los fosfatos del suelo son arrastrados por las aguas superficiales y llegan al mar (4), dondeconstituyen sedimentos poco profundos que actúan como fuente de fósforo. Una pequeña cantidad de fósforovuelve a la superficie de la tierra a través del pescado o por el guano (excremento de aves marinas piscívoras)(5). Sin embargo, de esta forma no se recupera la cantidad de fósforo que sería necesaria para equilibrar laque se pierde hacia las profundidades del océano en forma de sedimentos. En la práctica, el fósforodepositado en el fondo oceánico se considera perdido para el ciclo. Por ello, el agotamiento de las reservas esun grave problema.

Al explotarse los yacimientos de fosfato y utilizarse restos de pescado y guano como fertilizante, se acelera elproceso natural (al aumentar la cantidad de fósforo en circulación) y la velocidad del ciclo (6).Las prácticas agrícolas intensivas agotan rápidamente las disponibilidades de fósforo del suelo. En un sueloagrícola de la zona templada, se estima que en 50 años se puede reducir en más de 1/3 la cantidad disponiblede este elemento.El tiempo de permanencia en los ecosistemas terrestres es de 10 2 – 104 años, variando en función de laeficacia del sistema de almacenamiento o de reciclado que tengan los organismos. En los ecosistemasacuáticos la permanencia es de 1 a 10 años.

Factores bióticosSe definen como el conjunto de relaciones que se establecen entre los organismos que viven en undeterminado ecosistema. Pueden ser de dos tipos:

a) Relaciones intraespecíficas : se establecen entre organismos de la misma especie, es decir, dentro de lapoblación. Entre ellas podemos citar las relaciones familiares (patriarcales, matriarcales, filiales,…), coloniales,(corales), sociales (abejas, hormigas,…) y gregarias (manadas, bandadas,…).

b) Relaciones interespecíficas : son las que se establecen entre organismos de especies diferentes, dentro dela comunidad, por tanto entre poblaciones distintas que conviven en una determinada área (depredación,parasitismo, simbiosis,…).





Luz solar

Respiración

El flujo de energía en los ecosistemas.

Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas: la materia y la energía circulan a través de labiosfera y los ecosistemas en forma de relaciones tróficas.Las relaciones tróficas se suelen representar mediante cadenas tróficas, donde cada organismo puede serconsiderado como alimento de otros y representa un eslabón o nivel trófico. En la representación gráfica deuna cadena alimentaria o trófica la flecha indica el sentido en que se transfiere materia y energía de un sistemaa otro.

Las cadenas tróficas están formadas por varios eslabones o niveles tróficos, que son los siguientes:

1) Productores : constituyen el primer nivel trófico, y son organismos autótrofos capaces de captar ytransformar la energía luminosa en energía química mediante la fotosíntesis:

CO2 + H2O Materia orgánica + O2

Los principales organismos fotosintéticos son las plantas superiores en los ecosistemas terrestres, y elfitoplancton, constituido por un conjunto de algas microscópicas y cianobacterias, que viven flotando a la deriva

en las zonas iluminadas marinas.Los organismos quimiolitótrofos usan la energía procedente de reacciones químicas inorgánicasexotérmicas. Son las bacterias nitrificantes, las sulfobacterias, las ferrobacterias (escasas y viven en lugaresraros como las fuentes termales).Parte de la materia orgánica sintetizada es utilizada por los propios organismos productores para elmantenimiento de sus procesos vitales mediante la respiración, lo que supone una degradación de la energíaque, tras ser utilizada en los procesos vitales, se transforma en calor:

Materia orgánica + O2 CO2 + H2O + Energía

La energía restante se acumula en las estructuras vivas, pudiendo ser transferida en forma de alimento a losseres heterótrofos.

2) Consumidores : son organismos heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos, animales o vegetales.Podemos distinguir varios niveles:

a) Consumidores primarios o herbívoros que se alimentan de los productores (plantas, fitoplancton) yconstituyen el segundo nivel trófico.

b) Consumidores secundarios o carnívoros que se alimentan de los herbívoros y constituyen el tercernivel trófico.

c) Consumidores terciarios o carnívoros finales que se alimentan de los carnívoros y constituyen elcuarto nivel trófico.

d) Omnívoros son heterótrofos que se alimentan de más de un nivel trófico (productores y consumidores) lo

que constituye un carácter adaptativo que garantiza su supervivencia (por ejemplo los seres humanos).





e) Detritívoros consumen toda una serie de restos orgánicos (detritos), excrementos o cadáveres. Enfunción del estado en que se encuentre la materia orgánica de la que se nutren, podemos clasificarlos entres tipos:

• Carroñeros o necrófagos , que se alimentan de cadáveres recientes o poco descompuestos. Suelenactuar después de los carnívoros (por ejemplo, los buitres, las hienas).• Saprófagos se alimentan de restos de plantas o de cadáveres muy alterados (lombrices de tierra,larvas de escarabajos, ácaros,…). • Coprófagos se alimentan de excrementos animales (escarabajos; conejos y liebres comen susexcrementos cuando contienen sustancias no digeridas).

3) Descomponedores : son organismos capaces de transformar la materia orgánica en inorgánica (salesminerales), con lo que cierran el ciclo de la materia. La materia orgánica susceptible de ser degradada odescompuesta en materia inorgánica se denomina biodegradable. Los descomponedores se pueden dividir endos grandes grupos:

• Saprófitos : son descomponedores heterótrofos, fundamentalmente bacterias y hongos del suelo ybacterias en el agua. Estos efectúan una serie de transformaciones cuyo resultado final son moléculassencillas, tanto orgánicas como inorgánicas.

• Mineralizadores : obtienen la energía oxidando moléculas inorgánicas procedentes del metabolismo deotros organismos, que transforman en sales asimilables por los productores. Son las bacterias que cierranlos ciclos de los ecosistemas.

Las cadenas tróficas o alimentarias representan las transferencias lineales de energía en las que cadaorganismo es un eslabón. Distinguimos tres tipos:

• Cadenas de depredadores : (Productores • Herbívoros • Carnívoros)• Cadenas de parásitos : en ellas el productor y el consumidorestán parasitados.• Cadenas de detritívoros : comienzan en la materia orgánicamuerta, continuando con diversos eslabones de

microorganismos.Ya que a medida que ascendemos a niveles superiores lasdisponibilidades energéticas disminuyen, con frecuencia muchosanimales utilizan más de una cadena para alimentarse. En laNaturaleza no existen habitualmente cadenas tipo, sino que unmismo productor puede ser el alimento de varios herbívoros, yéstos ser la presa de diversos carnívoros, que a su vez podránser presas de otros. Estas conexiones entre cadenas alimentariasconstituyen las redes tróficas que se rigen por la regla del 10% .

Flujos de energía entre niveles tróficos

La energía debe llegar de forma constante al planeta. La energía fluye de unos organismos a otros y el tiempode permanencia en cada uno de los eslabones tróficos es variable. Los seres vivos dedican parte de estaenergía a su supervivencia y desprenden calor que se disipa a la atmósfera (energía no aprovechable). En supaso por los diferentes niveles la energía se transforma.La materia es el vehículo de la transferencia de energía, que se transforma continuamente mediantereacciones químicas de óxido-reducción .Cuando la materia se reduce, almacena energía química y cuando se oxida, la libera también en forma deenergía química o calor . A diferencia de la Energía la Materia puede circular en el ecosistema. La circulación consiste en latransferencia desde los medios inertes en donde suele estar oxidada , hasta los seres vivos en donde aparecereducida y de nuevo a los medios inertes. Los procesos implicados en estas transformaciones son la fotosíntesis y la respiración .El ciclo de la materia puede considerarse cerrado , aunque algunos materiales pueden quedar fuera delcircuito durante mucho tiempo, permaneciendo en yacimientos.





A partir del esquema podemos deducir dos consecuencias:

a) El flujo de energía es unidireccional, acíclico yabierto . Esto es debido a las pérdidas que se vanproduciendo a lo largo de las cadenas tróficas (los seresvivos pierden energía en forma de calor). De aquí sededuce que, para que el ecosistema sea estable, esnecesario un aporte exterior de energía procedente delSol. Como resultado de esta disminución en el flujo deenergía, el número de eslabones tróficos ha de serlimitado (cinco como máximo).b) El flujo de materia es cíclico y cerrado . Gracias a laactividad de los descomponedores, se transforma lamateria orgánica (restos orgánicos) en materia inorgánicaasimilable de nuevo por el ecosistema a través de losproductores.

Suponiendo que el flujo solar sea constante, la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra varía en funciónde la duración del día a causa de la rotación terrestre, la inclinación del eje de rotación y las estaciones del añodebidas al movimiento de traslación alrededor del Sol.El objetivo fundamental de los ecosistemas no es captar la máxima cantidad de energía sino utilizarsolamente la energía necesaria para el mantenimiento de la máxima cantidad de organismos que permiten elresto de los factores limitantes.

Regla del 10% : La energía que pasa de un eslabón a otro es aproximadamente el 10% de la acumulada en él.Esto quiere decir que de la energía disponible en un determinado nivel trófico, sólo el 10% es utilizada en lasíntesis de nueva materia orgánica en el nivel siguiente, el resto de la energía (90%) se consume en

respiración, reproducción y excreción. Por tanto, el flujo de energía que atraviesa el ecosistema se divide pordiez en cada paso. Esta energía se libera en forma de calor y deja de ser utilizable. Por tanto, a mayor númerode niveles en una red trófica, mayor es la pérdida de energía. Esta regla explica la razón por la cual el númerode eslabones es muy limitado.

Parámetros tróficosSe denominan parámetros tróficos a las medidas utilizadas para evaluar tanto la rentabilidad de cada niveltrófico como la del ecosistema completo.

Biomasa (B): es la cantidad en peso de materia orgánica viva (fitomasa vegetal y zoomasa animal) o muerta(necromasa) de cualquier nivel trófico o de cualquier ecosistema (por ejemplo leña, leche, carne, hojarasca,etc.), que puede ser utilizada como fuente directa o indirecta de energía. Constituye la manera que tiene la

biosfera de almacenar la energía solar. Se mide en gC/cm2

, kgC/m2

, tmC/ha (C representa la materia orgánica – carbono orgánico-). También puede expresarse como energía por unidad de superficie o volumen.En la Geosfera la biomasa vegetal es más abundante que la animal, y entre los diferentes puntos varía mucho.En la Hidrosfera la biomasa vegetal es menor que la animal.





Se pueden considerar tres tipos de biomasa:1.- Biomasa primaria: La producida directamente por los productores.2.- Biomasa secundaria: La producida por consumidores y descomponedores.3.- Biomasa residual: La producida como resultado de la acción antrópica., tanto de origen primario (serrín,paja, alpechín) o secundario ( estiércol, residuos alimenticios...).

Producción (P):Representa el incremento de biomasa de un nivel trófico o de un ecosistema completo. Se mide por elaumento de biomasa por unidad de superficie en un periodo de tiempo determinado. Se expresa engC/m2·día, kcal/ha·año, y se puede cuantificar de las siguientes formas:

Producción primaria (PP): cantidad de energía luminosa transformada en energía química por losorganismos autótrofos. Depende de la eficiencia fotosintética, nutrientes y temperatura. Es máxima en losbosques tropicales, estuarios y cultivos intensivos, y mínima en desiertos y zona ártica. Los océanos sonpoco productivos debido a la limitación impuesta por la luz y los nutrientes.

• Producción primaria bruta (PPB): cantidad de biomasa sintetizada por los autótrofos por unidad detiempo, incluyendo la que se consume en la respiración (R) y la que utiliza el vegetal para sucrecimiento, funcionamiento y reproducción.

• Producción primaria neta (PPN): biomasa que queda después de descontar los gastos derespiración, es decir, es el alimento que queda a disposición de los herbívoros. Cuando la producciónprimaria neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo que sucede,por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su número.Cuando el bosque ha envejecido, sigue fotosintetizando pero toda la energía que recoge la emplea enla respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no aumenta.

PPN = PPB - R

Producción secundaria (PS): representa la cantidad de biomasa acumulada en los niveles superiores(consumidores y descomponedores) por unidad de superficie o volumen y por unidad de tiempo.

• Producción secundaria bruta (PSB): cantidad de alimento asimilado con respecto al totalconsumido.En el caso de los herbívoros es del 10-30%. En cambio, los carnívoros son más eficientes, ya queasimilan entre 40-60% del alimento consumido.• Producción secundaria neta (PSN): es la energía que queda a disposición del nivel trófico siguienteuna vez descontados los gastos en respiración, excreción. Representa un 50% de la producción bruta.En los continentes la producción varía entre 300 y 350 gC/cm2/año. Los ecosistemas naturales demayor producción son los arrecifes de coral, estuarios, zonas costeras, bosques ecuatoriales y zonashúmedas de los continentes. Los menos productivos son los desiertos y las zonas centrales de losocéanos.

De toda la energía solar que llega a la Tierra, el50% llega a la superficie terrestre. El otro 50% esreflejada o absorbida por la atmósfera. Losproductores sólo aprovechan entre un 1 y un 3%de la energía que llega a la superficie. A medida que la energía es transferida de un niveltrófico a otro va siendo cada vez menor por lo quea medida que ascendemos en los niveles cada vezhay menor disponibilidad y algunos niveles sehacen omnívoros para aprovechar al máximo laenergía de los otros niveles.En los ecosistemas acuáticos la producción netaen cada nivel es de aproximadamente el 10%.(LEY DEL 10%). En los ecosistemas terrestres es

todavía menor, del orden del 1%. A medida que la energía pasa de un nivel a otro,los productores asimilan energía del sol reponiendo el equilibrio.





Productividad (p) o Tasa de renovación (r ): Es la relación entre la producción y la biomasa. p = P / B

La productividad bruta será pB = PB / B

La tasa de renovación (turnover ) es la productividad neta pN = r = PN / B

La tasa de renovación varía entre 0 y 1, e indica la producción de nueva biomasa en cada nivel trófico enrelación con la existente. La tasa de renovación es en muchos casos un parámetro mucho mejor que laproducción neta para valorar el flujo de energía de un ecosistema.El plancton por ejemplo tiene una producción menor que los vegetales terrestres, sin embargo tienen unamayor productividad porque su tasa de reproducción es muy alta y se renuevan muy rápidamente.Por este motivo la biomasa que habitualmente es menor a medida que subimos en los escalones de lapirámide trófica, en este caso es al revés y la biomasa es mayor en los herbívoros que en los productores.Cuando se empieza a colonizar un territorio la productividad es muy alta, a medida que el territorio se vacolonizando y se alcanza la estabilidad la biomasa alcanza un valor máximo y la productividad es mínima.

• En un cultivo agrícola la tasa de renovación sería próxima a 1 . En las explotaciones agrícolas , el serhumano extrae del ecosistema una gran parte o la totalidad de la biomasa al final de la temporada.Esto disminuye los gastos por respiración y un aumento de la productividad. Sin embargo debe reponerse alsuelo la materia extraída.• En un pastizal sería entre 0 y 1 . Un pastizal tiene una estructura muy simple, el tiempo de permanenciade la biomasa es breve y su productividad es alta.• En un bosque maduro sería cercana al 0 . Cuando un ecosistema es estable y muy organizado, hay unagran cantidad de biomasa y una gran biodiversidad, pero su productividad es baja y disminuye el flujo deenergía: entra mucha energía pero se gasta porque hay una gran cantidad de biomasa. Por ejemplo, laselva tropical tiene una producción muy alta pero una productividad cercana al 0

Tiempo de renovación (tr ):Es el tiempo que tarda un nivel trófico, o un ecosistema completo, en renovar su biomasa. tr = B / PN Seexpresa en días, años, etc. Es la relación inversa a la anterior

TIEMPO DE RENOVACIÓN (tr ) = BIOMASA / PRODUCCIÓN NETA

Es una medida del tiempo de permanencia de los elementos químicos dentro de las estructuras biológicas delecosistema.

Los productores pueden presentas dos estrategias en relación a su tr :

• Especies rápidas : son pequeños, de estructura y morfología simple, y con una tasa de reproducción alta.Fitoplancton

• Especies lentas : son de gran tamaño, estructura y morfología compleja, y una tasa de reproducción muybaja. Bosques de encinas.

En los ecosistemas suelen estar presentes ambos tipos para asegurar un aporte energético suficiente alecosistema. En un lago suele haber fitoplancton y algas más lentas.En un encinar hay también un estrato herbáceo.

Eficiencia ecológicaMide el rendimiento energético de un nivel trófico o de un ecosistema completo. Nos indica cuanta energíaentra, se pierde o se acumula en cada nivel trófico o en un ecosistema completo. Es la cantidad de energía quese transfiere de un nivel trófico al siguiente. Se calcula mediante entradas y salidas:

• Productores : se puede medir la PPB mediante la energía asimilada / energía solar incidente. Los valoresson muy bajos entre el 1 y 3 %. También se puede medir la relación PN / PB. Así se calculan las pérdidaspor respiración, excreción,... En el fitoplancton supone del 10 al 40 %. En vegetales terrestres el 50%• Consumidores : se suele usar la relación PN / alimento ingerido o Engorde / alimento ingerido.





Las medidas de eficiencia son interesantes para valorar los ecosistemas explotados por el ser humano,siempre que se contabilicen correctamente las entradas y salidas del sistema, especialmente los insumos(costes de: combustibles de las máquinas, gastos en semillas especiales, administración, vacunación).La eficiencia puede mejorarse en la producción de alimentos acortando las cadenas tróficas. Así se aprovechamás energía que entra en el ecosistema y se puede alimentar a mayor cantidad de individuos. Desde el puntode vista del aprovechamiento energético, teniendo en cuenta la regla del 10% , es más eficiente una

alimentación a partir del primer nivel ya que se aprovecha más la energía y, por tanto, se podrá alimentarmayor número de individuos.Un herbívoro debe ingerir alrededor de 10 kcal de energía de origen fotosintético para formar 1 kcal de energíadisponible para los carnívoros. De ahí la diferencia entre alimentarse de productores o de consumidores. Estaspérdidas que se producen en cada intercambio son el motivo por el que las cadenas tróficas tienen comomáximo cinco niveles tróficos.

Pirámides tróficas

Son esquemas que se utilizan para representarcuantitativamente las relaciones tróficas entre los distintos nivelesde un ecosistema. Se utilizan barras superpuestas que suelen

tener una altura constante y una longitud proporcional alparámetro elegido, de manera que el área representada esproporcional al valor del parámetro que se mide.

Pirámides de energía : expresan el contenido energético que cada nivel trófico pone a disposición del nivelsuperior, es decir la producción neta de cada nivel. También se llaman pirámides de producción . Representala energía que un nivel pone a disposición del nivel trófico superior que vive a sus expensas. Esto se debe aque cada nivel explota al anterior, retirando una cantidad de energía ( o lo que es lo mismo de materia) porunidad de tiempo idéntica a la que ha producido dicho nivel, de forma que su biomasa permanece constante.Por tanto, la biomasa de cada nivel de consumidores no depende de la biomasa del nivel inmediatamenteinferior, sino de su producción. Este parámetro indica la energía real que está disponible para el consumo delnivel superior.

Las unidades se suelen expresar en: Energía (Kcal o Kjul) / unidad de superficie. Unidad de Tiempo Siempre tendrá forma decreciente hacia arriba por la Ley del 10% Proporciona información sobre el flujo energético

Pirámides de biomasa : indican la biomasa acumulada en cada nivel trófico, expresada en: peso seco demateria orgánica / unidad de superficie o volumen o su equivalente en: energía / unidad de superficie o volumen .Estas pirámides se refieren a periodos de tiempo corto por lo que no informan sobre la cantidad de materiaproducida a lo largo del tiempo o de su velocidad de producción.Esto puede inducir a que en algunos momentos se observen pirámides invertidas debido a que los datos setoman en un momento determinado, por ejemplo cuando los datos se toman en el momento de mayorconsumo por parte de los herbívoros, como en algunos ecosistemas marinos.Proporciona informaciónsobre la cantidad de materia orgánica presente en cada nivel trófico y sobre la

composición y funcionamiento del ecosistema .Pirámides de números : expresan el nº concreto de individuos de cada nivel trófico por unidad de superficie ovolumen. La información que proporcionanno es útil si se quieren comparar dos ecosistemas ya queconsidera igual a organismos muy diferentes. (Saltamontes y vacas). En el caso de que incluyan parásitospuede dar una forma invertida .





ACTIVIDADES: EL ECOSISTEMA.

Temas largos

1) Flujo de energía en el ecosistema.

2) Concepto de ecosistema. Estructura trófica: cadenas y redes tróficas.

3) La biomasa. Producción primaria y secundaria

4) Los ciclos del carbono y del fósforo en el ecosistema.

5) Utilización de la energía en los ecosistemas. Cadenas y redes tróficas.

6) Producción biológica. Producción primaria y secundaria. Tiempo de renovación.

7) El ecosistema. Concepto de ecosistema. Biotopo y biocenosis. Factores abióticos y bióticos. Biodiversidad.

8) El flujo de la energía en los ecosistemas. Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas.Flujo de energía entre niveles tróficos. Pirámides de energía.

9) El ciclo de la materia en los ecosistemas. Elementos biolimitantes. Ciclos biogeoquímicos: carbono ynitrógeno.

Preguntas cortas

10) ¿Qué son los factores limitantes?. Pon un ejemplo.

11) ¿Cómo interviene la especie humana sobre el ciclo del fósforo?.

12) ¿Puede ser mayor la producción secundaria que la primaria en un ecosistema?. Razona tu respuesta.13) Contesta razonadamente las siguientes cuestiones sobre el ciclo del nitrógeno:

a) ¿Cómo se altera el ciclo del nitrógeno cuando se produce un abonado excesivo de los cultivos?.b) ¿Qué ventajas ambientales reportaría una mayor dedicación de las tierras al cultivo de leguminosascomo garbanzos, lentejas y judías?.c) Teniendo en cuenta la enorme reserva de nitrógeno que existe en la atmósfera, explica por qué esteelemento es tan limitante para el desarrollo de las plantas.

16) ¿Podrían vivir las plantas si no existieran las bacterias?. Razona tu respuesta.

17) ¿Podría existir un ecosistema sin el nivel trófico de los descomponedores?. Razona la respuesta.

18) Explica cómo afectan al ciclo del fósforo las siguientes actividades humanas:a) La pesca.b) El abuso de fertilizantes químicos y el uso de detergentes con fosfatos.

19) ¿Qué tipo de relación existe entre la estabilidad y la diversidad de un ecosistema?.

20) ¿Cómo interfieren las actividades humanas en el ciclo del carbono?.

21) En el ciclo del nitrógeno, ¿qué diferencia existe entre los procesos de desnitrificación y de nitrificación?.

22) ¿Cuál es la principal interferencia de la especie humana en el ciclo biogeoquímico del carbono?. ¿Quéefectos produce en el medio ambiente?.

23) ¿Qué diferencia fundamental existe entre la circulación de la materia y la de la energía en un ecosistema?.

24) ¿Qué diferencia hay entre la producción primaria y la producción secundaria en un ecosistema?.





25) ¿Qué es una red trófica?. Haz un esquema de un ejemplo sencillo.

26) ¿Qué es una red trófica? Describa un ejemplo sencillo de un ecosistema continental.

27) Pon un ejemplo de red trófica en un ecosistema marino.

28) Define los conceptos de biomasa y producción.29) ¿Qué son los flujos de energía en un ecosistema?.

30) Representa un esquema del ciclo biogeoquímico del nitrógeno.

31) Enumera los principales factores abióticos limitantes de la producción primaria.

32) Los ciclos del carbono y del fósforo en el ecosistema.

33) ¿Por qué las cadenas tróficas no pueden ser muy largas?

34) ¿Es posible que, en un mismo ecosistema, exista una pirámide de biomasa invertida? Coméntalo con un

ejemplo.Preguntas de aplicación

35) Interpreta la gráfica adjunta y responde a las siguientes cuestiones:a) ¿Cómo se denominan este tipo de gráficas? ¿Porqué? ¿Qué nombre reciben los compartimentos queaparecen en ella?b) ¿Por qué hay una fuerte disminución de laenergía en los compartimentos a medida que éstosestán más cercanos a la cúspide?c) ¿Dónde va a parar la energía de cada

compartimento de la gráfica que no es aprovechadapor el siguiente? Razona la respuesta

36) Los requerimientos calóricos del hombre se estiman en unas 2.500 Kcal/día. Imaginemos un área en la quela producción primaria sea de 20 · 106 Kcal/día.a) ¿Qué número de personas podría mantener esta zona si todos fueran vegetarianos?.b) Si por el contrario se alimentaran de cabras, cuya producción total diaria, entre leche y carne, fuera de150.000 Kcal/día, ¿qué población humana podría subsistir?.c) Deduce cuál de los dos sistemas de sustento resulta más eficiente energéticamente.

37) La siguiente tabla muestra los valores medios de biomasa y de producción primaria neta anual de losprincipales ecosistemas acuáticos y ecosistemas terrestres, así como la extensión que ocupan.

a) La producción primaria en el océano abierto (ecosistema pelágico) es muy baja, mientras que en estuarioses muy alta. Explica razonadamente las causas que determinan esta diferencia de producción.b) Calcula la productividad primaria (tasa de renovación) del bosque templado y del ecosistema pelágico.Indica como lo haces y que unidades se emplean. Explica el significado de la productividad primaria.c) Calcula el tiempo de renovación del bosque templado y de la pradera. Indica las unidades que se utilizanpara medir este parámetro y explica su significado.




TEMA 11: EL ECOSISTEMA Página 16 de 16

38) En el esquema adjunto se representan algunas partesdel ciclo del nitrógenoa) Dibuja en el papel de examen el esquema del ciclo delnitrógeno completob) Nombra los procesos que se representan en el diagramaadjunto y explique resumidamente en qué consisten.c) Identifica los organismos responsables de dichosprocesos.

39) En el dibujo se representan algunos de losprocesos que tienen lugar en el ciclo del carbono:a) Nombra y describe brevemente losprocesos señalados con las letras A, B, C y D.

b) ¿Qué destino tiene el CO2 retirado de la atmósferaen el proceso A?. ¿Qué papel juegan en ese destinolos seres vivos?.c) Explica cómo interviene la actividad humana en lasvelocidades de entrada y salida de carbono de laatmósfera (básate sólo en las representadas en eldibujo). ¿Qué consecuencias tiene esto sobre laconcentración de CO2 atmosférico?.

40) La tabla siguiente contiene los datos de biomasa y de producción de cuatro niveles tróficos marinos. Apartir de ella, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Dibuja de manera sencilla la pirámide de biomasa correspondiente a este ecosistema.b) ¿Cómo se explica que la biomasa de los productores sea inferior a la de los consumidores primarios?c) Calcule la productividad de cada nivel trófico.

41) Un ecosistema A tiene una biomasa vegetal de 5.000 kg y, al cabo de un año, alcanza el valor de 10.000kg. Otro ecosistema B tiene una biomasa vegetal de 8.000 kg y, al cabo de un año, alcanza el valor de15.000 kg.

a) ¿Cuál de los dos ecosistemas tiene mayor producción primaria?. Razona la respuesta.b) ¿Cuál de los dos tiene un tiempo de renovación menor?. Razona la respuesta.

42) Observa la siguiente pirámide ecológica:

a) ¿Qué tipo de pirámide es y qué información aporta?.b) Explica en qué consiste la regla del 10% e indica en qué medida se cumple en este ejemplo.c) Teniendo en cuenta los aspectos anteriores, indica las razones por las cuales el número de niveles tróficosde un ecosistema no puede ser ilimitado.

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TEMA 11 EL ECOSISTEMA