Tema 8. Dinàmica Dels Ecosistemes

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans

TEMA 8. DINÀMICA DELS ECOSISTEMES 1. L’ECOSISTEMA TERRA O BIOSFERA Entre tots els ecosistemes que es poden delimitar a la Terra sempre hi ha intercanvis de matèria i energia, així doncs, al nostre planeta hi ha un únic ecosistema que és tot l’ecosistema Terra o biosfera. En l'ecosistema la matèria es recicla (és un cicle tancat) i la energia passa, flueix, flueix, (cicle obert) tot generant-se generant-se organització en el sistema. sistema. 1.1 Nínxol ecològic i hábitat El nínxol ecològic d’una espècie és el conjunt d’estratègies d’estr atègies que realitza per nodrir-se, reproduir-se i relacionar-se. relacionar-se. És doncs com la funció, l’ofici, que fa una espècie a l’ecosistema. l’ecosistema. Dues espècies pertanyen al mateix nínxol ecològic si s’alimenten de la mateixa manera, són atacades pels mateixos depredadors i són afectades de manera semblant per les diferents variables ambientals. Aquestes especies estableixen, estableixen, per tant, competència competència entre si. L’hàbitat és L’hàbitat és el conjunt de llocs, on a causa de les condicions físico-químiques ambientals, viu o pot viure una espècie, es pècie, és a dir els llocs on la podríem trobar. S’anomenen espècies vicàries les que pertanyen a un mateix grup taxonòmic i pertanyen al mateix nínxol ecològic però ocupen regions biogeogràfiques diferents. Per això són equivalents ecològics i quan desapareix desapareix la barrera biogeològica que les separa s’estableix una competència entre ambdues. Ex: rata comuna desplaça la negra. 1.2 Nivells tròfics El nivell tròfic és el conjunt d’organismes d’una comunitat que es nodreixen de la mateixa manera, és a dir, que ocupen una mateixa posició en la cadena alimentària. Tenim 5 nivell tròfics: 1. Productors: Productors: Són els organismes autòtrofs, els fotosintetitzadors fonamentalment. (també els quimiosintètics) Fan servir energia lumínica per sintetitzar matèria orgànica a partir de la matèria inorgànica del medi. Una part d'aquesta matèria orgànica, en forma de fulles, fruits, etc, l'aprofitaran altres organismes i, d'aquesta manera, l'energia passa als nivells superiors. En els ecosistemes marins, els productors estan constituïts per un conjunt de microorganismes fotosintètics que es mantenen en suspensió en els primers metres de profunditat i que reben el nom de fitoplàncton. 2. Consumidors primaris: primaris : Són organismes heteròtrofs que incorporen matèria i energia a partir de la matèria orgànica ja fabricada prèviament, directament o indirectament pels autòtrofs. Són els animals herbívors, que s'alimenten directament dels vegetals, amb el consegüent aprofitament de l'energia química que hi ha emmagatzemada. en els medis marins el constitueix el zooplàncton. 3. Consumidors secundaris: secundaris: Són organismes heteròtrofs que incorporen matèria i energia a partir de la matèria orgànica ja fabricada previament, directament o indirectament pels autòtrofs. S’alimenten dels consumidors primaris, són els animals carnívors o depredadors. 1

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 4. Descomponedors: Descomponedors: Obtenen la seva energia a partir de cadàvers, residus i excrements, i duen a terme el reciclatge al món mineral dels elements constitutius de la matèria orgànica. Als ecosistemes terrestres terrestres són principalment fongs i bacteris del sòl. 5. Transformadors: Transformadors: Organismes que transformen els compostos inorgànics anteriors en substàncies aprofitables pels productors. Formen aquest nivell diferents tipus de bacteris. A més d’aquests nivells tròfics, n’hi pot haver d’altres, per exemple, els superdepredadors o superdepredadors o depredadors de carnívors, com ara a ra l’àguila l’àguila marcenca; els necròfags o carronyaires, carronyaires, que són els animals que s’alimenten de cadàvers d’altres animals com els voltors, i els detrívors o organismes que s’alimenten de fragments de les restes d’animals i plant es, com ara els microartròpodes del sòl. 1.3 Cadena alimentària i xarxa tròfica La cadena alimentària és alimentària és la seqüència d’organismes d’un  d’un  ecosistema, cadascun en un nivell tròfic diferent, que s’alimenten els uns dels altres.   Per exemple la següent: Plantes -> papallones ->ocells -> guineu La xarxa tròfica és tròfica és el sistema format per dues o més cadenes alimentàries que estan interconnectades perquè tenen una o diverses baules comunes.

Xarxa tròfica

2. EL CICLE DE LA MATÈRIA I EL FLUX D’ENERGIA En un ecosistema no hi entra ni en surt matèria, matèria , per aquest motiu l’únic ecosistema real que coneixem és el planeta Terra (biosfera). La matèria descriu un cicle que passa d’un nivell tròfic a un altres. A diferència de la matèria, l’energia no descriu un cicle en l’ecosistema, sinó que hi entra, el fa funcionar i després en surt la mateixa quantitat que havia entrat. És a dir, l’energia segueix un flux unidireccional. Les plantes transformen l’energia lluminosa en energia química. Aquestes molècules es combinen en la respiració o fermentació i formen ATP. Quan l’ATP es descompon per fer les funcions (creixement, Flux d’energia de l’ecosistema Terra reproducció) i es produeix una pèrdua d’energia en forma de calor. Finalment, total l’energia química dels enllaços passa a energia calorífica que s’escapa de la Terra en forma de calor. 2

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 3. PARÀMETRES PER A L’ESTUDI DE LA DINÀMICA DELS DINÀMICA  DELS ECOSISTEMES La biomassa (B)  (B)  d'un ecosistema és la massa del conjunt d'éssers vius que constitueix la biocenosi. És la quantitat en pes de d e matèria orgànica viva o morta de qualsevol nivell tròfic o de qualsevol ecosistema. La producció (P) és (P) és l'augment de biomassa per unitat de temps. Es mesura en mg /cm3/dia, Kg/ha/any o Kcal /ha/any. Com que tots els organismes consumeixen una part de la seva biomassa per obtenir l’energia necessària per créixer i reproduir -se, cal distingir entre producció bruta, bruta, que és tot el que s’ha produït , i la producció neta, neta, que és la diferencia entre la producció bruta i la part consumida mitjançant la respiració o la fermentació. Aquesta última ens dóna una idea de la massa que hi ha disponible pel nivell tròfic següent sense que perilli l’estabilitat de l’ecosistema. Productivitat o taxa de renovació. La productivitat és la relació entre la producció i la biomassa. Aquest valor és la velocitat de la renovació de la biomassa (taxa de renovació), és a dir , la proporció de biomassa que es renova per unitat de temps. Per tant permet conèixer la proporció de biomassa que es pot retirar sense perill per a l’ecosistema, és a dir el grau d’explotació. Temps de renovació. És el temps que ha de transcórrer perquè es renovi la biomassa, és a dir perquè la producció iguali la biomassa. S’obté dividint la biomassa entre la producció; per tant és el valor invers de la productivitat. Eficiència. és la relació entre el que ha produït i el que hi ha entrat. Generalment s’expr essa en percentatge. Hi ha moltes maneres d’expressar d’expressar l’eficiència; per exemple, exemple, En els animals, la més objectiva és la relació entre l’increment de biomassa corporal producció neta) i la biomassa de l’aliment ingerit. 4. PRODUCCIÓ I BIOMASSA La producció (P) és (P) és l'augment de biomassa per unitat de temps. La producció neta, neta, que és la diferencia entre la producció bruta i la part consumida mitjançant la respiració o la fermentació. La producció neta ens dóna una idea de la massa que hi ha disponible pel nivell tròfic següent sense que perilli l’estabilitat de l’ecosistema. Segons el nivell tròfic que considerem tindrem: 4.1 Producció primària i secundària Producció primària: primària: És l'augment de biomassa dels organismes productors per unitat de temps. Definim com producció primària bruta (PPB) com la quantitat total de matèria que sintetitzen els productors (organismes autòtrofs fotosintètics i quimiosintètics) per unitat de temps. Si a aquesta PPB descomptem la biomassa consumida als processos catabòlics (respiració: R) ens queda l'anomenada la producció primària neta (PPN) 

PPN = PPB – PPB – R  Rautòtrofs 3

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 



Producció secundària (PS): PS): representa la quantitat de biomassa que s'emmagatzema als nivells tròfics superiors (consumidors, descomponedors i transformadors). La producció secundària bruta (PSB ( PSB)) és el percentatge d’aliment assimilat del total consumit. La producció secundària neta (PSN ( PSN)) fa referència a l’energia (biomassa) que queda disponible per al nivell tròfic següent. Cal descomptar l’energia (biomassa) utilitzada pel creixement, excreció excreció i reproducció, més l’energia dissipada en la respiració. Producció neta de l'ecosistema (PNE) : representa l'augment de biomassa final que s'acumula a l'ecosistema. És igual a l'energia fixada pels productors (PPB) menys la utilitzada en la respiració dels diferents nivells tròfics. PNE = PPB - (Rautòtrofs + RHeteròtrofs )

Paper de la producció primària en el manteniment dels ecosistemes Quan el valor de la producció primària bruta és igual que el de la respiració, la producció neta de l’ecosistema és nul·la (PNE=0) i per tant, l’ecosistema és manté estable (no canvia). Això succeeix en els ecosistemes madurs (boscos madurs (boscos i selves) on la biomassa produïda és igual a la destruïda. Quan el valor de la PPB és superior a la respiració, la PNE > 0, per tant, l’ecosistema creix i augmenta en diversitat i complexitat. Això passa en els ecosistemes joves com joves com ara un prat, una zona boscosa després d’un incendi, etc. Quan el valor de la PPB és inferior és inferior al de la respiració, la PNE < 0, per tant, l’ecosistema disminueix i perd diversitat i complexitat. Això passa en els ecosistemes contaminants com contaminants com ara una bassa contaminada, un camp de conreu sobreexplotat per una plaga o per una extracció abusiva de productes per part dels humans. 4.2 Regla del 10% En els ecosistemes estables la producció d’un nivell tròfic ha de ser aproximadament igual a l’explotació, és a dir, al consum que exerceix sobre ell el nivell tròfic següent. Si un nivell tròfic per sobreexplotació posa fi al nivell inferior, el que hi ha per sota d’aquest creixerà molt, ja que s’hauran eliminat els depredadors i pot provocar la desaparició del seu nivell inferior de tots, i així successivament fins que s’arriba a destruir tot l’ecosistema. En canvi si el nivell tròfic superior és el que desapareix és el nivell superior per marca d’aliment, l’ecosistema es recuperarà però amb un nivell tròfic  menys, que és el que passa a molts dels nostres boscos. Per terme mitjà, la producció d’un nivell tròfic és el 10% de la producció del nivell anterior . Això es coneix com la regla del 10%. Posem l’exemple en un bosc on es produeix 900 kg de fulles cada any, la producció d’insectes fitòfags serà de 90 kg, la d’ocells insectívors serà de 9 kg i la de falcons només del 0,9 kg cada any. En canvi, si hi hagués conills al bosc, que mengen fulles directament, es produirien 90 kg de conills i per tant, 9 kg de falcons. Això

4

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans explica per què quan l’entorn natural es redueix molt, com passa als països desenvolupats, els organismes més afectats són els que pertanyen a nivells tròfics superiors. Contràriament a la producció, la biomassa que hi ha a cada nivell no segueix en 10 per cent sinó que pot ser molt diferent depenent de la velocitat a què es renova. 4.3 Piràmides de producció i biomassa Piràmides de producció Representació gràfica de les produccions dels diferents nivells tròfics d’un ecosistema en forma d¡esglaons amb una amplada proporcional a la producció. Generalment la producció d’un nivell és el 10% del nivell anterior. 

Piràmides de biomassa Representació de la biomassa d’un nivell tròfic en un moment determinat. Per tant, la biomassa d’un nivell tròfic no sempre serà menor que la del nivell inferior, ja que depèn de la taxa de renovació de cada nivell. Com més capacitat de renovació tingui un nivell, menys biomassa acumula en un determinat moment. 

5

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 5. FLUX D’ENERGIA La mitjana d’energia solar que s’utilitza per a la vida i per tant, es transforma fotosintèticament a través dels productors en energia química és del 0,1%. La causa d’aquesta baixa eficiència és la manca d’aigua, fosfats i nitrats. La resta de l’energia és la que escalfa l’aire, la terra i el mar i provoca vent i precipitacions. A nivell global, la biomassa dels consumidors és molt inferior a la dels productors primaris i pel que fa a la producció, l’energia es transmet d’un nivell tròfic al següent complint la llei del 10%. 10%.

En els animals, del 100% de l’aliment ingerit, el 70% es gasta en respiració, el 20% passa als descomponedors en forma d’excrement i tan sols el 10% 10% s’utilitza en producció (creixement i reproducció) que és el 10% que pot consumir en nivell tròfic següent. L’augment de la biomassa disponible per al nivell tròfic següent és relativament baix. La destinació de tota la biomassa que no ha estat menjada o assimilada són els descomponedors als quals arriba per mitjà dels necròfags i carronyaires. Als boscos i les selves, més del 90% de la producció vegetal segueix la via dels descomponedors en lloc de la dels herbívors. Els descomponedors són els fongs i bacteris  bacteris  i es caracteritzen perquè tenen enzims capaços d’aprofitar totes les substàncies. Els fongs predominen en els ecosistemes terrestres i els bacteris en els aquàtics.

6

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 6. CICLES BIOGEOQUÍMICS 6.1 Cicle del carboni Els productors capten el carboni en forma de diòxid de carboni i l'incorporen a la seva biomassa com a matèria orgànica, generalment com a glúcid, per mitjà de la fotosíntesi. Els consumidors incorporen el carboni quan s'alimenten dels productors, i els descomponedors l'incorporen quan metabolitzen les restes vegetals, els cadàvers i els productes de rebuig dels animals. Els processos respiratoris retornen la major part del carboni incorporat al medi en forma de CO 2. Quan aquestes restes queden acumulades en condicions anaeròbiques es carbonitzen en forma de carbó o petroli o restes carbonatades. 6.2 Cicle de l’aigua, l’oxigen i l’hidrogen A causa de l’escalfor del Sol, l’aigua s’evapora i passa a l’atmosfera on es condensa i cap en forma de precipitacions. A més, una part de l’aigua és  incorporada per les plantes i animals que torna al medi a través de la transpiració (plantes) i de l’excreció i sudoració (animals). Ara bé, una part de l’aigua es descompon mitjançant la fotosíntesi en H + i O2. L’oxigen que produeix les plantes passa a l’atmosfera l ’atmosfera i l’hidrogen, en forma de matèria orgànica segueix les diferents cadenes alimentàries. Finalment, aquest hidrogen i aquest oxigen es tornen a unir i donen lloc a aigua mitjançant la respiració de productors, consumidors i descomponedors. 6.3 Cicle del nitrogen L'acció dels descomponedors sobre les restes de vegetals i animals, sobre les defecacions i sobre els productes d'excreció, transforma els grups amino de les proteïnes en amoníac, i amb aquest s'enriqueix el sól. Aquest procés s'anomena amonificació. Nitrificació. Nitrificació. L'amoníac que arriba al sól passa ràpidament a ió nitrat per l'acció quimiosintètica d'alguns bacteris.

o

Desnitrificació. Desnitrificació. És la transformació del nitrat en nitrit, i d'aquest en nitrogen, que passa a l'aire. o

6.4 Cicle del fòsfor El fósfor es troba a l'escorça terrestre, principalment en forma del mineral apatita, que,  juntament amb altres minerals, constitueix la roca fosforita. Per l'efecte de la motorització química es transforma en ió fosfat, que és transportat en dissolució per l'aigua. Una part precipita al sól, en forma de fosfat càlcic; una altra part és absorbida per les arrels de les plantes. 6.5 Cicle del sofre El sobre es troba com a sulfat s ulfat al sól; com a àcid sulfhídric a les aigües pantanoses d'alt contingut orgànic, i com a diòxid de sofre s ofre a l'atmosfera. Les plantes absorbeixen el sofre en forma de ió sulfat.

7

Tema 8. Dinàmica dels ecosistemes_Núria Sans 7. ECOSISTEMES AQUÀTICS I TERRESTRES 7.1 Ecosistemes aquàtics Està constituït per mars, rius, llacs, etc. Hi ha una part superficial, la zona fòtica, fòtica, que constantment és enriquida d'oxigen per l'atmosfera i està il·luminada i escalfada pel Sol. I una part inferior, la zona afòtica, afòtica, a la qual aquests recursos no arriben o arriben en molt poca quantitat. La producció primària és frenada per la ràpida disminució que experimenta la llum a mesura que augmenta la profunditat, la gran distància que hi pot haver entre la zona fòtica i el fons, i la manca d'oxigen a les zones profundes. Els dos nutrients minerals més importants són els nitrats essencials per a la síntesi d’aminoàcids, i els fosfats indispensables per a la síntesi d’ATP. En el mar, la producció primària està limitada pels fosfats i, en els grans grans llacs d’aigua pels fosfats. 7.2 Ecosistemes terrestres Segons la zona on habiten els éssers vius, es pot dividir en aeri, aeri, comunitat comunitat d’organismes que estan en suspensió a l’aire l’ai re i són transportats pel vent i edàfic, edàfic, comunitat d’organismes d’organismes que viuen al sòl. El productors obtenen CO2, O2 i humitat de l'aire; i aigua i nutrients minerals del sòl. En el sòl, els productors i descomponedors conviuen junts. Les plantes inverteixen molta energia a posseir estructures perdurables que els permetin competir per la llum. 7.3 Diferències entre els ecosistemes terrestres i aquàtics - Els ecosistemes terrestres terrestres estan molt més organitzats verticalment que els aquàtics. - En els ecosistemes terrestres la major part de la producció primària no passa als herbívors, sinó als detritívors. - En els ecosistemes terrestres, la major part de la producció s'inverteix en creixement, és a dir, en estructures perdurables amb arrels i tiges, mentre que en els aquàtics s'inverteix en reproducció del fitoplàncton. Això fa que el coeficient biomassa animal/biomassa vegetal sigui 0,001 en els ecosistemes terrestres terrestres i 1 en els aquàtics. - La mitjana de producció dels ecosistemes terrestres és el triple que la dels aquàtics, atès que la gran distància entre productors i descomponedors en els ecosistemes aquàtics alenteix molt el reciclatge de la matèria. No obstant, en els ecosistemes terrestres també hi ha causes d'alentiment.

8