ECO Tema 9 Fluxos d'energia i matèria (2015)

Descripción

Apunts del curs 2014/15.

Vista previa del texto

ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB Tema 9.- Fluxos d’energia i matèria Propietats dels ecosistemes Un ecosistema és el conjunt dels organimes i el ambient del lloc on viuen. Els ecosistemes es caracteritzen prinicpalmente per: biomassa, flucos d’energia i cicles de nutrients.
Biomassa: és el contingut total d’energia (o massa) als organismes vius d’un ecostema per unitat de superfície, en un determinat moment.
Fluxos d’energia: els ecosistemes capten llum solar i transfereixen aquesta energia a través de les xarxes tròfiques. Al llarg d’aquest procés l’energia es va transformant en calor i es perd. (vermell) Cicles de nutrients: els ecosistemes van circulant els nutrients al llarg dels diferents nivells tròfics. Aquests nutrients poden ser reciclats moltes vegades a través de l’ecosistema. (blau) Producció primària La producció primària d’un ecosistema és la quantitat d’energia fixada per unitat de superfície (o volum) i per unitat de temps per part dels productors primaris.
La producció primària bruta (PPB) és l’energia total fixada a través de la fotosíntesi.
La producció primària neta (PPN) és l’energia total fixada a través de la fotosíntesi menys l’nergia perduda a la respiració.
Patrons geogràfics de la producció primària A igual biomassa, la producció primària es mes gran en comunitats aquàtiques (es fixa més quantitat total de carboni), encara que els valors màxims de producció primària es donen a comunitats terrestres perquè l’area és més petita. Dins dels ecosistemes terrestres, els valors màxims es donen a les zones tropicals, disminuint cap als pols. Als oceans, els valors màxims de producció primària es donen a prop de les costes i a les zones d’emergència de les corrents.
Factors limitants als ecosistemes terrestres 1.- La llum: no és un factor limitant als ecosistemes terrestres. L’eficiencia fotosintètica (EF) mesura la quantitat d’energia solar que es transforma en producció primària. Els seus valors són molt baixos: en el cas de la producció primària bruta representa el entre el 2 i el 5%, i en el cas de la producció primària neta representa la meitat d’aquets valor. Aquesta eficiència fotosintètica és major als boscos de coníferes que als caducifolis, i és mínima als deserts.
EF= Energia transformada en PP / Energia solar incident ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB 2.- Temperatura: hi ha un òptim de temperatura, per sota i per sobre del qual la producció primària disminueix.
3.- Aigua: la producció primària d’un tipus d’ecosistema s’incrementa amb la disponiblitat d’aigua. Aquest patró d’augment de la producció primària amb augment de la disponibilitat d’aigua també s’observa comparant els diferents biomes a escala mundial.
4.- Nutrients: l’adició de nutrients fa augmentar la producció primària als diferents tipus d’ecosistemes terrestres.
5.- Herviboria: el pastoreig pot incrementar la producció primària. Aquesta augmenta a nivells intermedis d’herviboria perquè es produeix un procés de compensació. A nivells més alts les plantes no arriben a poder-se recuperar i a nivells molt baixos l’efecte no es nota.
Factors limitants als ecosistemes aquàtics 1.- La llum: la intensitat de la llum disminueix de manera geomètrica amb la profunditat de la columna d’aigua. El descens és ràpid a l’aigua oceànica i inclús a l’aigua pura. Per aquest motiu la fotosíntesi neta disminueix molt ràpidament en profunditat, ja que no arriba prou llum.
2.- Nutrients: la disponibilitat de nutrients i la producció primària també son directament proporcionals als ecosistemes aquàtics. La fertilització fa augmentar molt ràpidament la producció primària a llacs pobres en nutrients.
3.- Interacció entre llum i nutrients: hi ha una marcada interacció entre la llum i els nutrients: la producció primària neta (en blau) es menor en sistemes oligotròfics, on hi ha menys nutrients, però arriba a profunditats majors, ja que la llum penetra més donada la menor terbolesa de l’aigua.
En els llacs oligotròfics les aigues son clares, les temperatures fredes i els sediments són inorgànics. Els llargs eutròfics tenen molts nutrients i abundant fitoplàncton a la part superior, i sediments orgànics al fons.
4.- Corrents marines: les corrents marines alteren els patrons de producció primària, ja que provoquen emergències de nutrients del fons que donen lloc a zones amb alta producció planctònica.
5.- Herviboria: en ocasions, la producció primària neta disminueix molt per la depredació que pateix per part del zooplancton.
ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB Producció secundària La producció secundària d’un ecosistema és la quantitat d’energia fixada per unitat de superfície (o volum) i per unitat de temps, per part dels productors secundaris (animals i alguns microorganismes).
Entre diferents nivells tròfics: Eficiència de consum: Els valors de l’eficiència de consum varien molt entre grups i dintre del mateix grup, ja que depenen en gran part de l’ambient en el que es troben els animals (recursos, competència, etc).  A. Consumit al nivell n/ PN al nivell n-1 Dintre de cada nivell tròfic: Eficiència d’assimilació: Depèn principalment del nivell tròfic. Així, els hervíbors i descomponedors tenen una eficiència d’assimilació més baixa que els carnívors ja que mengen aliments molt diferents al seu organisme.  A. Assimilat al nivell n / A. Consumit al nivell n Eficiència de producció: aquesta eficiència depèn principalment del tipus d’animal. Gasten molt més en respiració els endoterms i en menor grau els ectoderms que els invertebrats.
 Producció del nivell n/ A. Assimilat al nivell n El valor mitjà d’energia entre els diferents nivells tròfics està al voltant del 10%. La producció secundària varia directament amb la producció primària, i indirectament amb tots els factors que l’afecten.
Descomposició de la matèria orgànica La descomposició de la matèria orgànica és la desintegració gradual de la matèria morta. És efectuada per agents físics i biològics i culmina amb el trencament de les molècules orgàniques donant lloc al CO2, agua i nutrients inorgànics.
Factors que afecten a la velocitat de descomposició: 1.- Temperatura: fa augmentar la taxa de descomposició. Per això els boscos tropicals tenen una velocitat de descomposició molt més gran que els boscos temperats, encara que també hi intervenen altres factors.
2.- Oxigenació: en condicions d’anòxia es redueix la velocitat de descomposició de la matèria orgànica.
3.- Aigua (en medis terrestres). Com més aigua hi ha (en aquest cas mesurada com la taxa d’evapotranspiració), la descomposició de la matèria organica és més ràpida.
4.- Contingut en lignina. El contingut en lignina i altres molecules poc degradables com la suberina determina directament la velocitat de descomposició, sent inversament proporcionals.
ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB 5.- Duresa i continut en nitrogen de les fulles: la major duresa i contingut en nitrogen de les fulles també fan augmentar la taxa de descomposició.
Organismes implicats en la descomposició de la matèria orgànica Se’n distingeixen principalment dos grups: els descomponedors (inclor bacteris i fongs) i els detritívors (inclou diferents grups d’invertebrats).
Fluxos d’energia a l’ecosistema Transferència d’energia entre diferents nivells tròfics Via dels fitòfags i via dels descomponedors La cadena tròfica dels herbívors comença pels productors primaris, continua pels herbívors i després pels carnívors. En canvi, la cadena tròfica dels detritívors comença pels detritis, continua pels descomponedors i després pels carnívors.
Aquestes dues cadenes tròfiques es relacionen entre elles.
La importància de la via dels descomponedors és sempre major que la dels fitòfags.
Model complet de flux energètic en un ecosistema i diferents esquemes ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB Cicles de nutrients a l’ecosistema Els cicles de nutrients o biogeoquímics són sistemes en els que els nutrients es mouen de manera més o menys cíclica entre diferents compartiments a diferents velocitats de flux de circulació de nutrients.
Components dels cicles de nutrients Diferents comonents dels cicles de nutrients en els ecosistemes terrestres i aquàtics. S’indiquen les entrades en fletxes de color blau i les sortides en color negre. Un exemple típic de cicle de nutrients és el cicle de l’aigua. Se’n poden distingir dos tipus de cicles de nutrients: Cicles sedimentaris o locals: són aquells que operen dintre d’un ecosistema. Corresponen sempre a elements poc mobils que normalment no es desplacen a través de l’aire, com P, K, Ca, Mg, Mo, Mn o Fe. Un exemple és el cicle del fòsfor.
Cicles gasosos o globals: impliques intercanvis entre l’atmosfera i l’ecosistema. Corresponen a elements volàtils que es desplacen a través de l’aire, com C, N, O o H. Un exemple és el cicle del Nitrogen.
Efectes de les pertorbacions sobre els cicles de nutrients Les pertorbacions alteren considerablement els cicles nutrients. Estudis realitzats en conques experimentals mostren que la taxa total d’xportació de nutrients és 13 vegades superior a la zona pertorbada que a la control. Hi ha dos fenòmens principals responsables d’això: 1.- L’enrome reducció de la superfície de transpiració, que fa que es dreni més aigua i les taxes de lixiviació o rentat de nutrients siguin més altes.
2.- La ruptura del cicle de nutrients, que fa que es desconnecti la captació de nutrients per les plantes amb la descomposició, de manera que els nutrients es renten amb l’aigua de drenatge.
ECOLOGIA 3r curs Biologia UAB Exemple: concentració d’ions a l’aigua de sortida d’una conca control iuna conca deforestada experimentalment a la zona de Hubbart Brook (EUA). Després de la deforestació la sortida de nutrients de la conca deforestada és molt més alta que a la conca control.
CONCEPTES CLAU DEL TEMA      Els ecosistemes es caracteritzen per la biomassa, els fluxos d’energia i els cicles de nutrients.
La producció primària és l’energia captada pels productors primaris. Als ecosistemes terrestres està limitada principalment per l’aigua, i als ecosistemes auàtics per la llum i els nutrients.
La producció secundària varia directament amb la produccio primària. La transferència d’energia entre diferents nivells tròfics és d’un 10%.
La importància de la via dels descomponedors és sempre molt més gran que la dels fitòfags.
Els nutrients circulen de manera cíclica pels diferents nivells tròfics. Si hi ha intercanvis o no amb l’atmosfera es parla de cicles globals o locals, respectivament.
...