Fluxos d`energia

14. Flux d’energia als ecosistemes
(#1)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#2)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#3)
Extinció de la radiació a ecosistemes aquàtics i terrestres:
S z = S0 ⋅ e
μS ⋅z
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#4)
Producció primària. Equivalència energia – carboni.
Producció Primària Neta
PPB
Producció Primària Bruta
Rp
Respiració plantes
Plantas
Pp
Pl
PPN = PPB − RP
PNE = PPN − Rh − Pl − Pp
Detritívoros
Respiració
heterotròfica
Pèrdues per
rentat/sediment.
Pèrdues per
perturbacions
Producció Neta de l’Ecosistema
Her bívoros
R esto de
anima le s
Rh
Rh
Rh
14. Flux d’energia als ecosistemes
Mesura de la producció primària (I)
9 Canvis en la concentració de CO2 a l'atmosfera (ecosistemes
terrestres). Covariança de remolins o Eddy covariance.
(#5)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#6)
Mesura de la producció primària (II)
9Mètode del O2 (ecosistemes aquàtics)
PPN = [O2 ]l − [O2 ]i
R = [O2 ]i − [O2 ]o
PPB = PPN + R = [O2 ]l − [O2 ]o
i
il·luminat
l
a les fosques
o
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#7)
Mesura de la producció primària (III)
™ Problema. En un lago eutrófico (rico en nutrientes) se ha medido la
producción primaria con el método de las incubaciones in situ y la
determinación del oxígeno disuelto. Las incubaciones han durado 4 horas
y los resultados de las determinaciones de O2 han sido los siguientes:
[O2]i = 9 mg O2·l−1, [O2]l = 10 mg O2·l−1 y [O2]o = 8 mg O2·l−1. (a) Si la zona
fótica del lago tiene 5 m de profundidad, ¿cuál es la PPN y la PPB del lago
en g C·m−2·hora−1 ? (b) ¿Y en g C·m−2·día−1?
Supondremos que el día tiene 12 horas
de luz y que la medición realizada es
representativa de las horas diurnas.
14. Flux d’energia als ecosistemes
Mesura de la producció primària (IV)
9Collites successives (vegetació terrestre)
ΔB Bfinal − Binicial
PPN ≈
=
t final − t inicial
Δt
¾ Però fullaraca, herbívors, arrels...
(#8)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Eficiència dels productors primaris
(#9)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Variació de la producció primària (I)
En l’espai, a diferents escales:
(#10)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Variació de la producció primària (I)
En el temps, a diferents escales:
(#11)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Variació de la producció primària (I)
Durant la successió:
(#12)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#13)
™ Problema. La producción primaria neta (aérea) de los bosques disminuye una
vez se cierra el dosel. Aunque este patrón parece ser universal todavía no se
conoce con exactitud cuáles son los mecanismos que lo causan. En uno de los
estudios más detallados que se han realizado, Ryan et al. (2004) siguieron el
desarrollo de una plantación de eucaliptos (Eucalyptus saligna) en Hawai durante
seis años. Aunque este periodo puede parecer corto, esta especie tiene unas
tasas de crecimiento elevadísimas, de modo que el dosel se cerró al cabo del
primer año, y la altura media de los árboles al final del experimento era de 25 m.
El estudio incluye multitud de experimentos y tratamientos, pero aquí sólo
trataremos lo ocurrido en las
parcelas control, cuyos
resultados se presentan en la
tabla siguiente. Se indica el
índice de área foliar (LAI), la
producción primaria bruta (PPB),
la respiración de hojas y madera
(R) y la asignación de carbono a
las raíces (TBCA); todas por
unidad de superficie de suelo.
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#14)
Un bosc temperat produeix de l’ordre de 75 tones de fullaraca per ha i
any. Als boscos tropicals es poden superar les 60 tones de fullaraca per
ha i any. Aquesta darrera taxa equival a 6 kg de fullaraca per m2 i
any, la qual cosa és un volum més que considerable.
Com és doncs que
quan entrem en
un bosc no ens
enfonsem en
metres i metres
de fullaraca?
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#15)
Descomposició de la matèria orgànica (via dels detritívors).
¾ Model senzill amb un únic compartiment (cf. Model d’Olson de
descomposició de la fullaraca):
Temps
Quantitat de
matèria orgànica
Ht = H 0 ⋅ e
− k ⋅t
Taxa de descomposició
Composició MO
Clima
Disponibilitat O2
Poblacions descomponedors
Problema. El método de la bolsa de hojarasca
para la determinación de la tasa de descomposición
consiste en preparar un cierto número de bolsas de malla de una luz tal que impida que
escapen las hojas pero permita el acceso de la fauna edáfica. Se introduce una cantidad
conocida de hojarasca en cada una de las bolsas y éstas se colocan en el hábitat que se desee
estudiar. Las bolsas se van recogiendo a determinados intervalos de tiempo y se pesan.
Lógicamente, la masa será cada vez menor, puesto que la materia orgánica se irá
descomponiendo. Este método se aplicó a hojarasca de encina en el Montseny y se observó
que al cabo de 14 meses quedaba el 80% de la masa inicial en las bolsas. (a) ¿Cuál es la tasa
de descomposición de la hojarasca de encina en esta localidad? (b) ¿Cuánto tiempo deberá
transcurrir para que el contenido de las bolsas sea la mitad del inicial?
14. Flux d’energia als ecosistemes
Producció secundaria i dinàmica tròfica de l’ecosistema (I)
(#16)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Producció secundaria i dinàmica tròfica de l’ecosistema (II)
¾ Eficiències tròfiques
ET = EC ⋅ E A ⋅ EP =
Ci Ai Pi
P
⋅ ⋅ = i
Pi −1 Ci Ai P i −1
Eficiència de producció
Eficiència d’assimilació
Eficiència de consum
(#17)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Producció secundaria i dinàmica tròfica de l’ecosistema (III).
Mesura de la producció secundària (PS):
PS = Creixement + natalitat
PS = Increment net en la Biomassa + pèrdues per mortalitat
(∼ anàleg al mètode de les
collites successives per
mesurar la Producció Primària.)
(#18)
14. Flux d’energia als ecosistemes
Producció secundaria i dinàmica tròfica de l’ecosistema (IV)
(#19)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#20)
Problema. En la figura siguiente se presentan los resultados de uno de los
primeros estudios sistemáticos del flujo de energía en un ecosistema,
correspondiente a una zona húmeda en Georgia, EE.UU. (Teal 1962). [Nota: sólo
se representan los flujos principales entre niveles tróficos, no las pérdidas por
respiración. Las exportaciones se refieren a exportaciones de energía fuera del
ecosistema estudiado. Las unidades son kcal·m−2·año−1.] Determinar: (a) ¿cuál es
la producción primaria bruta de este ecosistema? ¿y la neta? (b) ¿cuál es la
eficiencia de los productores primarios en relación a la radiación solar
incidente? (c) ¿cuánto vale la producción secundaria del ecosistema (incluyendo
los animales comedores de detritos vegetales)? (d) ¿cuál es la eficiencia trófica
de los insectos? ¿y la de los cangrejos carnívoros? (e) ¿cuánto valen las pérdidas
por respiración de Spartina? ¿y las de las arañas carnívoras? (f) En el diagrama
se han representado sólo
los flujos principales. ¿Se
podría añadir alguna
flecha más que, aunque
pequeña, seguro que
existe?
14. Flux d’energia als ecosistemes
Síntesi:
9 Dependència respecte de l’energia solar.
9 Autòtrofs vs. heteròtrofs.
9 Via dels detritívors vs. via dels herbívors.
9 Importància de detritívors i descomponedors.
9 Nivells tròfics.
9 Eficiències tròfiques.
Diferències entre organismes...
(#21)
14. Flux d’energia als ecosistemes
(#22)
Lectures addicionals
General:
Chapin FS, Matson PA, Mooney, HA (2002) Principles of Terrestrial Ecosystem
Ecology. Springer Verlag, New York.
Wilkinson DM (2006) Fundamental Processes in Ecology. An Earth Systems
Approach. Oxford University Press.
Aplicat a les Ciències Ambientals:
Odum, HT (2007) Environment, Power and Society for the Twenty-First Century:
The Hierarchy of Energy. Columbia University Press, USA.
→ en la base de conceptes com economia ecològica, ecologia industrial,
metabolisme urbà, etc.