Ecología de ecosistema

Ecología del ecosistema

Capítulos

Capítulo 20

Energética del ecosistema

Descomposición y circulación de nutrientes

Capítulo 21

Capítulo 22

Ciclos biogeoquímicos

Capítulo 20

Energética del ecosistema

Un ecosistema es una nueva manera de enfocar el estudio de la naturaleza, dada la diversidad de la vida en cualquier comunidad.

Todos los seres vivos necesitan energía. La necesitan para impulsar los procesos de la vida. Por ejemplo, se necesita energía para crecer. También se necesita energía para crear descendencia. De hecho, se necesita energía solo para permanecer vivo. Recuerda que la energía no puede ser creada ni destruida. Solo puede cambiar de forma. La energía cambia de forma a medida que se mueve a través de los ecosistemas.

Flujo de energía

La mayoría de los ecosistemas obtienen su energía a partir del sol. Solo los productores pueden usar la luz solar para producir energía utilizable. Los productores convierten la luz solar en energía química o comida. Los consumidores obtienen algo de esa energía cuando se alimentan de productores. Ellos también pasan algo de esa energía a otros consumidores cuando son devorados. De esta forma, la energía fluye de un ser vivo a otro.

Una cadena alimentaria es un diagrama simple que muestra una de las formas en que la energía fluye a través de un ecosistema. Los productores forman la base de todas las cadenas alimentarias. Los consumidores que se alimentan de productores se llaman consumidores primarios. Los consumidores que se alimentan de consumidores primarios se llaman consumidores secundarios. Esta cadena puede seguir a muchos otros niveles.

Las leyes de la termodinámica dirigen el flujo de la energía

La primera ley de la termodinámica piensa en grande: se refiere a la cantidad total de energía en el universo, y en particular declara que esta cantidad total no cambia. Dicho de otra manera, la Primera ley de la termodinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.

La entropía y la segunda ley de la termodinámica

El grado de aleatoriedad o desorden en un sistema se llama entropía. Puesto que sabemos que cada transferencia de energía resulta en la conversión de una parte de energía en una forma no utilizable (como calor) y que el calor que no realiza trabajo se destina a aumentar el desorden del universo.

Energía potencial: El cuerpo tiene una reacción con su posición. Energía Cinética: Posee un cuerpo y genera movimiento. Reacción Exotérmica: Cuando se produce una reacción química como el resultado de la perdida de energía de sistema. Reacción Endotérmica: En este caso las reacciones químicas deben absorber Energía para que se desarrollen.

La energía fijada mediante el proceso de fotosíntesis constituye la producción primaria

El flujo de energía en un ecosistema terrestre comienza en el aprovechamiento de la luz solar por parte de los organismos autótrofos.

La producción primaria bruta: Es la tasa de captura de la energía solar en moléculas de glucosa durante la fotosíntesis (energía capturada por unidad de área por unidad de tiempo) La producción primaria neta: Es la productividad primaria bruta menos la tasa de pérdida de energía debida al metabolismo y mantenimiento

La Temperatura, la luz y los nutrientes controlan la producción primaria en los ecosistemas terrestres.

Diversos factores ambientales, incluyendo el clima, afectan la producción en los ecosistemas terrestres. se representan los cálculos medidos de la producción primaria neta de varios ecosistemas terrestres.

La temperatura, la luz y nos nutrientes controlan la producción primaria es los ecosistemas acuáticos.

El resultado es un aumento de la producción primaria (fotosíntesis) con importantes consecuencias sobre la composición, estructura y dinámica del ecosistema. La eutrofización produce de manera general un aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la diversidad. En ecosistemas terrestres, las plantas que pasan a dominar son especies herbáceas ecológicamente pioneras, frecuentemente cosmopolitas, con alta tasa de reproducción, incapaces de competir en ambientes oligótrofos (pobres en nutrientes) o mesótrofos.

Oligotrófico: Lagos generalmente profundos, con cargas de nutrientes baja y muy baja biomasa de fitoplancton; aguas muy transparentes y bien oxigenadas y por lo tanto ricos en salmónidos. Típicamente es un lago azul. Mesotrófico: estado trófico intermedio entre eutrófico y oligotrófico. Eutrófico: ambiente con elevada carga de nutrientes, sea por factores naturales.

La producción primaria limita la secundaria.

Producción Primaria y Secundaria.

La producción primaria es la velocidad con la que la energía se almacena en forma de materia orgánica por la actividad fotosintética de los productores primarios (plantas verdes). La producción secundaria es la biomasa producida por los consumidores o los descomponedores.

Descomposición y circulación de nutrientes

Uno de los procesos más importantes en los ecosistemas es la descomposición, proceso en el cual la materia orgánica es transformada a sus compuestos elementales. Está constituida por las siguientes etapas: trituración, lixiviación, catabolismo y humificación, las cuales son reguladas por factores climáticos, las propiedades físicas del suelo, las características químicas del recurso y la actividad de la biota del suelo.

Ciclos biogeoquímicos

Se conoce como ciclos biogeoquímicos o ciclos de la materia a los circuitos de intercambio de elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente que los rodea, mediante una serie de procesos de transporte, producción y descomposición.

Conclusiones

-Los nutrientes fluyen desde los componentes vivos a los no vivos dentro de un ecosistema y vuelven como interacción en un ciclo vital. -Las entradas de los nutrientes dependen del tipo de ciclo biogeoquímico: gaseoso o sedimentario.

Capítulo 21

Descomposición y circulación de nutrientes

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El flujo de energía a través de los ecosistemas se basa en el carbono. Comienza con la fijación del dióxido de carbono como compuestos de carbono orgánico simple en el proceso de producción primaria; luego pasa a través de la cadena trófica para finalizar nuevamente en la atmósfera a través del proceso de respiración celular.

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¿Cuál es el destino de esos nutrientes una vez que han hecho su camino en la cadena trófica?

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Cuando ese tejido vivo llega a la senectud, los nutrientes vuelven al suelo o a los sedimentos, en forma de materia orgánica muerta y a partir de allí toman su camino a través de la cadena trófica de los descomponedores.

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¿Qué es el proceso denominado como circulación interna?

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Los nutrientes más esenciales se reciclan dentro del ecosistema

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Cuando el tejido vegetal llega a la senectud, los nutrientes vuelven a la superficie del suelo en forma de materia orgánica muerta. Sin embargo, antes de la senectud, las plantas absorben una porción de los nutrientes de los tejidos viejos para almacenarlos y utilizarlos en la producción de tejidos nuevos. Este proceso de reciclado de nutrientes dentro de la planta se denomina retranslocación o reabsorción.

La descomposición es un proceso complejo que es llevado a cabo por una gran variedad de organismos.

El proceso clave en el reciclado de nutrientes dentro de los ecosistemas es la DESCOMPOSICIÓN. La descomposición es la ruptura de los enlaces químicos formados durante la construcción de los tejidos animales y vegetales.

Este proceso es llevado a cabo por una gran variedad de organismos descomponedores

Los organismos más frecuentemente asociados con el proceso de descomposición son los que forman parte de la microflora, compuesta por bacterias y hongos.

Las bacterias son los descomponedores dominantes de la materia animal muerta, mientras que los hongos son los descomponedores más importantes de la materia vegetal.

La descomposición se realiza con la ayuda los detritívoros invertebrados, que fragmentan las hojas, las ramitas y otras materias orgánicas muertas (detrito).

El estudio de la descomposición supone el seguimiento de la materia orgánica muerta hasta su destino final.

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Los ecólogos estudian el proceso de descomposición mediante el diseño de experimentos que realizan un seguimiento de la desintegración de los tejidos muertos vegetales y animales a través del tiempo. El enfoque más ampliamente utilizado es el que utiliza bolsas de hojarasca para examinar la descomposición del tejido vegetal muerto (denominado hojarasca vegetal).

Las bolsas de hojarasca son mallas construidas con un material sintético que no se descompone fácilmente

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Un gran número de factores influyen en la tasa de descomposición

No toda la materia orgánica se descompone al mismo ritmo. De la gran cantidad de estudios llevados a cabo durante los últimos 50 años, ha surgido un gran número de generalizaciones acerca de los factores que influyen en la tasa de descomposición.

Además de la calidad de la materia orgánica muerta como fuente de alimento, el ambiente físico también tiene un efecto directo tanto en los macro- como en los micro-descomponedores y, por lo tanto, en la tasa de descomposición. Tanto la temperatura como la humedad influyen mucho en la actividad microbiana.

Las bajas temperaturas reducen o inhiben la actividad microbiana como también lo hacen las condiciones de baja humedad. El ambiente óptimo para los microbios es el que es tibio y húmedo. Como resultado, las tasas de descomposición son mayores en climas tibios y húmedos.

Los nutrientes de la materia orgánica se mineralizan durante la descomposición.

A medida que la materia orgánica muerta se va consumiendo, los descomponedores microbianos (bacterias y hongos) transforman el nitrógeno y otros elementos contenidos en los compuestos orgánicos en formas inorgánicas (o minerales). Este proceso se denomina MINERALIZACION.

La tasa de mineralización neta, es la diferencia entre las tasas de mineralización y la de inmovilización.

La descomposición se produce en ambientes acuáticos

En los ecosistemas de aguas corrientes, los hongos acuáticos colonizan hojas, ramas y otras materias. Un grupo de artrópodos acuáticos, denominados trituradores, fragmentan las estructuras orgánicas. Río abajo, otro grupo de invertebrados, los filtradores y recolectores, filtran del agua pequeñas partículas y materia fecal de los trituradores. Los herbívoros y rascadores se alimentan de algas, bacteria, hongos y materia orgánica recolectada situada sobre rocas. Las algas absorben los nutrientes y la materia orgánica disuelta en el agua.

En aguas tranquilas y abiertas de lagos y lagunas, así como en el océano, los organismos muertos y otros materiales orgánicos, denominados materia orgánica particulada (MOP), son empujados por la corriente hacia el fondo. En este camino, la MOP es constantemente ingerida, digerida y mineralizada hasta que una gran parte de la materia orgánica se deposita en el fondo en la forma de compuestos húmicos.

Los procesos clave de los ecosistemas influyen en la tasa de circulación de los nutrientes

El ciclo interno de nutrientes a través del ecosistema depende de los procesos de producción primaria y descomposición. La productividad primaria determina la tasa de nutrientes transferidos de la forma inorgánica a la forma orgánica (absorción de nutrientes) y la descomposición determina la tasa de transformación de nutrientes orgánicos hacia la forma inorgánica (tasa neta de mineralización).

Por lo tanto, las tasas a las que estos dos procesos ocurren influyen directamente en las tasas en las que los nutrientes circulan a través del ecosistema. La producción primaria neta determina la cantidad y la calidad de la materia orgánica disponible para la población de descomponedores. A su vez, los procesos de descomposición determinan la tasa de liberación de nutrientes en el suelo, limitando la absorción de la planta y la producción primaria neta.

En la agricultura, este equilibrio se encuentra alterado. Las plantas y los nutrientes que contienen, son cosechadas, y la materia orgánica no vuelve a la superficie del suelo para pasar por los procesos de descomposición y mineralización. Como resultado, para mantener un abastecimiento adecuado de nutrientes en el suelo para una producción de cultivos continuada, se deben agregar suplementos nutritivos (fertilizantes).

La circulación de nutrientes de los ecosistemas terrestres difiere de la de los ecosistemas acuáticos de aguas abiertascirculación de nutrientes

En los ecosistemas terrestres, las mismas plantas construyen un puente para salvar esta separación física entre la zona de descomposición en la superficie del suelo y la zona de productividad en la zona de las copas; las plantas existen físicamente en ambas zonas. Los sistemas de raíces proporcionan el acceso a los nutrientes disponibles en el suelo gracias a la descomposición, y el sistema vascular dentro de la planta transporta estos nutrientes a los sitios de producción (las copas).

En los ambientes de aguas superficiales de la costa, la vegetación emergente como la enea, la cordelera y los juncos, están enraizados en los sedimentos. De la misma manera, la vegetación sumergida, como es el caso de las praderas marinas, está enraizada en los sedimentos, y las plantas se extienden hasta la columna de agua en la zona fótica la zona de aguas bajas en las que los niveles de luz mantienen una mayor productividad. Sin embargo, a medida que aumenta la profundidad del agua, la producción primaria está dominada por el fitoplancton que flota libremente en la parte superior del agua (zona fótica).

El flujo del agua influye en la circulación de nutrientes de ríos y arroyos. La entrada en forma de sustancia orgánica muerta desde los ecosistemas terrestres adyacentes (hojas y desechos de la madera), el agua de lluvia y las filtraciones de la superficie aportan nutrientes a los arroyos. El movimiento continuo y direccional del agua altera la naturaleza de la circulación de nutrientes en los ecosistemas de los arroyos.

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Capítulo 22

Ciclos Biogeoquímicos

Los ciclos bioquímicos Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbón, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.

Tipos fundamentales de ciclos biogeoquímicos

Los gaseosos: En los ciclos gaseosos, las reservas principales de nutrientes véase Cuantificando la ecología: La cuantificación de los ciclos biogeoquímicos: reservas y flujos; son la atmósfera y los océanos. Por esta razón, los ciclos gaseosos son claramente globales. Los gases más importantes para la vida son el nitrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono. Estos tres gases en cantidades estables del 78, 21 y 0,03 por ciento, respectivamente, son los componentes dominantes de la atmósfera terrestre.

Los sedimentarios:

En los ciclos sedimentarios, el reservorio principal es el suelo, las rocas y los minerales. Los elementos minerales que son necesarios para los organismos vivos provienen inicialmente de estas fuentes inorgánicas. Las formas disponibles son las sales disueltas en el agua del suelo o en lagos, arroyos y mares. El ciclo mineral varía de un elemento a otro, pero consiste principalmente en dos fases: la fase rocosa y la fase de solución salina. Las sales minerales provienen directamente de la corteza terrestre a través de la erosión Una vez disueltas se introducen en el ciclo del agua.

Entrada de nutrientes en los ecosistemas

La entrada de los nutrientes al ecosistema depende del tipo de ciclo biogeoquímico. Los nutrientes de ciclos gaseosos, como el carbono y el nitrógeno, ingresan al ecosistema a través de la atmósfera. Por el contrario, los nutrientes como el calcio y el fósforo tienen ciclos sedimentarios, con entradas que dependen de la meteorización de las rocas y los minerales. El proceso de formación del suelo y las características del suelo resultante tienen una influencia importante en los procesos que implican la liberación y la retención de nutrientes

Salida de nutrientes

La exportación de nutrientes del ecosistema representa una pérdida que debe compensarse con las entradas para que no se produzca una reducción neta. La exportación puede suceder de diversas maneras, según la naturaleza del ciclo biogeoquímico específico. El carbono se exporta hacia la atmósfera en forma de CO2 a través del proceso de respiración de todos los organismos vivos.

Ciclo del Carbono

El carbono es un constituyente básico de todos los compuestos orgánicos y está involucrado en la fijación de la energía a través de la fotosíntesis. Está tan estrechamente unido al flujo de energía que los dos son inseparables. De hecho, normalmente expresamos la productividad del ecosistema en términos de gramos de carbono fijados por metro cuadrado por año La fuente de carbono, tanto en los organismos vivientes como en los depósitos fósiles, es el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y de las aguas de la Tierra. La fotosíntesis extrae el CO2 del aire y del agua hacia los componentes vivos del ecosistema.

Ciclo del Nitrógeno

El nitrógeno es un componente esencial de las proteínas, que a su vez son el componente básico de todo tejido vivo. Normalmente el nitrógeno se encuentra disponible para las plantas solamente en dos formas químicas: el amonio (NH4 +) y el nitrato (NO3 -). De este modo, aunque la atmósfera terrestre esté compuesta en casi un 80 por ciento por gas de nitrógeno, se encuentra en una forma (N2) que no permite su absorción (asimilación) por parte de las plantas.

Ciclo del Fósforo

El fósforo se encuentra en cantidades muy pequeñas en la atmósfera. Por lo tanto, puede seguir el ciclo del agua (hidrológico) sólo en una parte del camino, desde la tierra hacia el mar. Dado que el fósforo que se pierde de esta manera no regresa por medio del ciclo biogeoquímico, se encuentra en bajas cantidades en condiciones naturales, sin sufrir perturbaciones. La escasez natural de fósforo en los ecosistemas acuáticos se encuentra enfatizada por el crecimiento explosivo de algas en las aguas que reciben descargas importantes de efluentes ricos en fósforo.

Ciclo del Azufre

El ciclo del azufre tiene fases tanto sedimentarias como gaseosas. En la fase sedimentaria a largo plazo, el azufre está unido a depósitos orgánicos e inorgánicos liberados por la erosión y la descomposición y que son transportados a los ecosistemas terrestres en forma de solución salina. La fase gaseosa del ciclo permite la circulación del azufre a escala global. El azufre entra en la atmósfera mediante diversas fuentes: la combustión de los combustibles fósiles, las erupciones volcánicas, el intercambio en la superficie de los océanos y los gases liberados por la descomposición.

Ciclo del Oxigeno

La fuente principal de oxígeno (O2) libre que mantiene la vida es la atmósfera. Existen dos fuentes significativas de oxígeno atmosférico. Una es la desintegración del vapor de agua a través de un proceso mediado por la luz del Sol. En esta reacción, las moléculas de agua se disocian para producir hidrógeno y oxígeno. Gran parte del hidrógeno se escapa hacia el espacio. Si no escapara, se recombinaría con el oxígeno para formar de nuevo vapor de agua.

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