Ecología de Ecosistemas: Ciclo de carbono y flujo de energía
•¿Qué es un ecosistema?
•¿Cómo entra el carbono a los ecosistemas?
•Productividad primaria neta
•Descomposición
•Respiración heterotrófica
•Productividad neta del ecosistema
¿Qué es un ecosistema?
• Es un concepto holístico que abarca los seres vivos y el ambiente en donde viven como una entidad
¿Qué es un ecosistema?
CHOICE A. La pradera B. La gota de agua C. Las manos D. Las tres E. Ninguna F. No sabe, no contesta G. No sabe H. Sabe pero no contesta
Fig. 1.2
Chapin et al., 2011 8/29/11
¿Qué estudia la ecología de ecosistemas?
La ecología de ecosistemas estudia stocks, flujos de materia y energía, y sus controles
¿Qué estudia la ecología de ecosistemas?
• COMPONENTES: Variables de estado
• FLUJOS: tasas
• REGULADORES: controles de los flujos
¿Cuáles son los componentes, los flujos y los reguladores de este sistema?
• ¿Por qué las selvas tienen mucha biomasa en pie pero poca en el mantillo mientras que en las turberas es al revés?
• ¿Por qué la concentración de CO2 atmosférico disminuye en el verano?
• ¿Qué pasa con el fertilizante de los cultivos que no se cosecha?
Fig. 1.3
Chapin et al., 2011 8/29/11
Fig. 1.7
Chapin et al., 2011 8/29/11
Fig. 1.8
Chapin et al., 2011 8/29/11
Paruelo 2015
Ciclo del Carbono
¿Cómo ingresa el carbono en los ecosistemas?
Fig. 5.2 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.4 8/31/11 Chapin et al., 2011
Controles sobre la fotosíntesis
Fig. 5.5 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.6 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.9 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.10 Chapin et al., 2011
Gan
anci
as
Pérd
idas
Fig. 5.12 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.13 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.14 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.18 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.19 8/31/11 Chapin et al., 2011
Controles de la productividad primaria bruta
Fig. 5.21 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.22 8/31/11 Chapin et al., 2011
Fig. 5.24 8/31/11 Chapin et al., 2011
Duración de la estación de crecimiento explica una diferencia importante entre los distintos biomas
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA ¿qué es?
• Ganancia neta de carbono por parte de las plantas
– Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema
PPN = PPB - R
Productividad Primaria Neta
Respiración Productividad Primaria Bruta
Respiración Autotrófica ¿qué es?
• Es el proceso por el cual una planta obtiene energía para adquirir nutrientes, crecer y mantenerse
Respiración de la planta=
Crecimiento Mantenimiento Absorción de nutrientes
Energía hoja nueva
Reemplazo de proteínas
Adquisición contra gradiente
80Prod:20Resp 85% 25-50%
Respiración Autotrófica 50% de PPB
PPB (g C m-2 año-1) PPB (g C m-2 año-1)
PP
N (
g C
m-2
añ
o-1
)
Waring et al 1998, Forest Ecology
Productividad Primaria Neta ¿qué es?
Ganancia neta de cabono por parte de las plantas
[ g C m-2 año-1 ]
• Biomasa nueva
• Compuestos solubles excretados al medio (exudados)
• Transferencia de carbono a organismos simbiontes
• Emisión de volátiles
Difícil de estimar; 30% de PPN Curci et al 2009 Atmospheric Environment
Productividad Primaria Neta ¿qué es? - x.ej. cultivo
Productividad Primaria Neta ¿qué es? x.ej. bosque templado
Cosecha Estimadores indirectos
No destructivo Índice Verde
Productividad Primaria ¿cómo estimarla?
Identifican la biomasa producida en el año.
Productividad Primaria Neta: Océano Tierra
48,5 PgC/año 56,4 PgC/año
g C m-2 año-1 Field et al 98 Science 1PgC = 1012 kgC
Productividad Primaria Neta: Océano y Tierra
¿qué organismo la realiza?
Flombaum et al 2013 PNAS
Eucariotas Arqueas y Bacterias
Virus
Proteínas
Moléculitas Átomos
CIANOBACTERIAS
Controles de la Productividad Primaria Neta
ABIÓTICOS BIÓTICOS
• Precipitación
• Temperatura
• Luz
• Nutrientes
• Textura del suelo
• Composición de especies
• Herbivoría
• Riqueza de especies
• Asociaciones simbióticas
Control: Factor que regula la magnitud del flujo
Controles Abióticos Climáticos
Nemani et al 2003, Science
Sala et al. 1988 Ecology
Controles Abióticos Precipitación
Controles Abióticos Precipitación
Sala et al. 1988 Ecology
170 mm
6 especies 95% PPN
Controles Bióticos
Riqueza de Especies
Mulinum spinosum
Senecio filaginoides
Adesmia campestris
Poa ligularis
Stipa speciosa
Stipa humilis
Controles Bióticos Riqueza de Especies
Diversidad de especies [número]
2003
2005
2004
1 2 3 4 5 6
0
5
10
20
AN
PP
(log s
cale
) [g
m-2
yr-1
]
PP
NA
[g
m-2
añ
o-1
]
Flombaum & Sala 2008, PNAS
Productividad Primaria Neta
• Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema
• 50% de la PPN global es realizada en el océano por organismos unicelulares
• Existen controles bióticos y abióticos de la PPN, y su importancia varía según el contexto ecológico
DESCOMPOSICIÓN
• Es el proceso del ecosistema por el cual la materia orgánica muerta se transforma en CO2, nutrientes inorgánicos y un pool de moléculas recalcitrantes – Esta transformación se produce por lixiviación,
fragmentación y alteración química
– Cuando la descomposición está tan avanzada que no se reconoce el material original de la materia orgánica, se considera que forma parte de la materia orgánica del suelo (SOM)
Fig. 7.2 Chapin et al., 2011
Tasa de descomposición (y tiempo de residencia)
Lt = L0e-kt
ln (Lt/L0 ) = -kt
Lt y L0 materia en tiempo t y 0
-k : constante de descomposición
t: tiempo
Fig. 7.3 Chapin et al., 2011
Chapin et al., 2011 Fig. 7.4
Controles de la descomposición
• Calidad de la broza
• Características de la comunidad microbiana
• Ambiente físico
Chapin et al., 2011 Fig. 7.6
Calidad de la broza
Chapin et al., 2011 Fig. 7.7
Calidad de la broza
Chapin et al., 2011 Fig. 7.8
Calidad de la broza
Comunidad microbiana
• La actividad de los microorganismos es más importante que la biomasa de los mismos
– A mayor broza en el suelo, mayor biomasa de microorganismo
• Distintas comunidades de microorganismos difieren potencialmente en la tasa de producción y el tipo de enzimas
Ventaja de local
Chapin et al., 2011 Fig. 7.10
Controles ambientales
RESPIRACION HETEROTRÓFICA
Es el resultado de la actividad biológica de microorganismos del suelo y animales, y constituye la principal pérdida de CO2 de los ecosistemas
Chapin et al., 2011 Fig. 7.14
Chapin et al., 2011 Fig. 7.15
Chapin et al., 2011 Fig. 7.16
PRODUCTIVIDAD NETA DEL ECOSISTEMA
• Es el balance del carbono que entra menos el que sale del ecosistema
• NEP = GPP – Recosy = NPP – Rhet
Recosy es la suma de la respiración autotrófica y heterotrófica
Ciclo del Carbono