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BIOSFERA 1. El ecosistema. Concepto de ecosistema. Biotopo y biocenosis. Factores abióticos y bióticos. Biodiversidad. Conceptos básicos: ecosfera, biosfera, bioma, interacción, comunidad, población, hábitat, factores abióticos (luz, temperatura, humedad, pH) factores bióticos (relaciones intra e interespecíficas), niveles de la biodiversidad (variedad de especies, genética y de hábitats). 2. El ciclo de la materia en los ecosistemas. Elementos biolimitantes. Ciclos biogeoquímicos: carbono, nitrógeno y fósforo. Conceptos básicos: materia inorgánica, materia orgánica, productores, descomponedores, dióxido de carbono, carbonatos, combustibles fósiles, nitrógeno atmosférico, amoniaco, nitritos, nitratos, nitrificación, desnitrificación, fosfatos. 3. El flujo de la energía en los ecosistemas. Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas. Flujos de energía entre niveles tróficos. Pirámides de energía. Conceptos básicos: energía solar, energía química, autótrofos o productores, heterótrofos o consumidores (primarios, secundarios, terciarios), omnívoros, descomponedores, eficiencia ecológica, regla del 10%. 4. La producción biológica. Producción primaria y secundaria. Productividad. Tiempo de renovación. Conceptos básicos: biomasa, producción primaria bruta, respiración, producción primaria neta. 5. Autorregulación del ecosistema. 5.1 Mecanismos de autorregulación. Límites de tolerancia y factores limitantes. Dinámica de poblaciones. Dinámica de comunidades. Relaciones interespecíficas. 5.2. Sucesión de los ecosistemas. Sucesiones primarias y secundarias. Clímax. Conceptos básicos: especies "estenoicas" y "eurioicas", estrategas de la R y estrategas de la K, mortalidad, natalidad, migración, densidad de población, capacidad portadora o de carga, curva de supervivencia, competencia, comensalismo, mutualismo, simbiosis, parasitismo, depredación. 6. Recursos de la biosfera. 6.1. Recursos alimentarios. Agricultura, ganadería y pesca Conceptos básicos: distribución de los recursos en el planeta, el hambre en el mundo, la revolución verde, principales cultivos, agricultura tradicional, agricultura intensiva, agricultura ecológica fertilizantes, plaguicidas, ganadería tradicional, ganadería intensiva, ganadería ecológica, sobreexplotación pesquera, acuicultura. 6.2. Recursos forestales. Aprovechamiento de los bosques. Gestión de los recursos forestales.
Conceptos básicos: importancia ecológica de los bosques, importancia económica, explotación racional, reforestación. 6.3. Recursos energéticos. Biomasa. Conceptos básicos: combustión directa, biocarburantes. 7. Impactos sobre la biosfera. Degradación de selvas tropicales. Causas de la pérdida de biodiversidad y medidas para su conservación. EJERCICIOS DE APLICACIÓN : BIOSFERA
Interpretar y realizar esquemas de los distintos ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno y fósforo.
Analizar e interpretar parámetros de producción de diferentes ecosistemas
Interpretar y valorar distintos tipos de pirámides tróficas.
1. El ecosistema. Concepto de ecosistema. Biotopo y biocenosis.
Factores abióticos y bióticos. Biodiversidad. Conceptos básicos: ecosfera, biosfera, bioma, interacción, comunidad, población, hábitat, factores abióticos (luz, temperatura, humedad, pH) factores bióticos (relaciones intra e interespecíficas), niveles de la biodiversidad (variedad de especies, genética y de hábitats).
Un ecosistema es una comunidad de organismos que interaccionan entre sí y con el medio físico donde viven, intercambiando materia y energía. Definición según ODUM: Cualquier unidad que incluya la totalidad de los organismos en un área determinada que actúan en reciprocidad con el medio físico, de modo que una corriente de energía conducta a una estructura alimentaria, a una diversidad biótica y a unos ciclos de materia dentro del sistema. Definición según Margaleff: Sistema formado por individuos de muchas especies, en el seno de un ambiente de características definibles e implicados en un proceso dinámico de interacción, ajuste y regulación. Definición clásica: Es una biocenosis (todos los organismos vivos) más un biotopo (ambiente físico y químico en el que viven)
BIOTOPO Es el medio físico que comparten todos los organismos presentes en el ecosistema. Los principales componentes del biotopo son: El medio y los factores ambientales. El medio: Es el lugar donde viven y se desplazan los seres vivos en el ecosistema, con el cuál mantienen intercambios constantes de materia y energía. Existen dos tipos generales de medios: Terrestre y Acuático.
Medio terrestre: Corresponde a la superficie de los continentes, está en contacto con la atmósfera, intercambiando gases con ella. Mediante la fotosíntesis y la respiración celular circulan el CO2 y el O2. En este medio los organismos se desplazan por el suelo (plantas), las rocas (líquenes) o por otros seres vivos (animales sobre árboles).
Medio acuático: Está constituido por agua y es típico de los ecosistemas acuáticos (ríos, lagos, mares u océanos). Los seres vivos que lo habitan también intercambian gases con el agua. También se caracteriza por los nutrientes que contiene, la temperatura y sales en disolución. Los organismos acuáticos pueden vivir sobre distintos sustratos: el fondo de océano, ríos y lagos (algas) (organismos bentónicos). O sobre otro ser vivo (esponjas sobre conchas de moluscos). Y desde luego en el seno del agua, suspendidos en dicho medio viven los organismos planctónicos y nectónico (los peces).
LOS FACTORES AMBIENTALES: Son el conjunto de condiciones físicas y químicas del biotopo. Influyen en la vida y desarrollo de los seres vivos:
LUZ: Condiciona la proliferación de seres fotosintéticos.
AGUA: El agua es absolutamente imprescindible para los seres vivos, aunque existen adaptaciones a lugares áridos.
TEMPERATURA: Cada organismo está adaptado a un rango de temperatura determinada.
SALINIDAD: Las aguas oceánicas tienen una salinidad estable, mientras que los ríos y lagos dependen de las características de los suelos por donde circulan los ríos.
pH: Depende de la composición de los elementos que forman el suelo y las sustancias que contiene el agua en disolución.
BIODIVERSIDAD
Desde la conferencia de Rio de Janeiro sobre Medio Ambiente y Desarrollo de 1992
, se definió BIODIVERSIDAD como la diversidad biológica de los organismos que
habitan en el planeta.
La biodiversidad incluye varios niveles de organización: La diversidad genética
(referida a los genes, cromosomas que constituyen cada una de las especies),
diversidad de poblaciones, especies y comunidades y la diversidad de ecosistemas,
en la que están integrados los niveles anteriores, interrelacionando entre sí y con el
medio físico donde habitan.
Desde que comenzó la vida en este planeta la diversidad biológica ha cambiado
constantemente, debido a periodos de extinción masiva seguida por periodos donde
la proliferación de organismos es muy elevada. En la actualidad se observa una
biodiversidad máxima; sin embargo, la actividad antrópica está destruyendo
sistemáticamente hábitat y comprometiendo la permanencia de especies a las que
consideramos en peligro de extinción. (Camaleón, lince etc.)
La diversidad aumenta conforme nos acercamos a los trópicos y al ecuador;
disminuye conforme subimos hacia los polos.
Puede observarse que cada 62 millones de años aparecen periodos de pérdida de
biodiversidad que están relacionados con fenómenos catastróficos naturales.
¿Por qué es necesario para los humanos mantener la biodiversidad?
Todos los seres vivos intervienen en innumerables procesos relacionados con
los ciclos biogeoquímicos. El clima, los procesos erosivos, la génesis de
hidrocarburos, la producción de oxígeno etc, son todos fenómenos en los que
intervienen los seres vivos.
En torno 100000 especies animales y vegetales son usadas por los humanos
en su alimentación. Existen microorganismos y hongos que actuando sobre
diversas materias primas se consiguen alimentos como el queso, yogurt, vino
etc.
Mediante la biotecnología se ha podido obtener fármacos como antibióticos,
vacunas, hormonas, factores de coagulación, interferón etc, para ellos se
usan bacterias como el E.coli y Sacharomyces sp. El ácido acetilsalicílico
(aspirina) se obtiene de la corteza de sauces, la cataridina de escarabajos, la
digitalina de la digitalia. Hoy día hay empresas farmacéuticas españolas
investigando en el Amazonas y en los fondos submarinos buscando
sustancias químicas que inhiban tumores (taxol obtenido del tejo común).
La transgénesis en plantas y animales nos permite obtener organismos con
capacidades distintas a las originales para conseguir distintos tipos de
sustancias o bien organismos resistentes a parásitos.
Por lo tanto no se le puede asignar un valor económico a la diversidad
biológica, pero podemos hacernos una idea de lo dependientes que somos
de la biodiversidad.
PÉRDIDA DE BIODIVERSIDAD
La actividad humana ha tenido un efecto muy negativo sobre la diversidad biológica. Los
más afectados son los ecosistemas de agua dulce, las islas y los bosque ecuatoriales y
tropicales, cuya superficie se ve reducida en un 1% anual (20000km2).
Para mantener la población mundial es necesario cambiar el uso del suelo de agrícola a
urbano y roturar espacios naturales donde establecer la agricultura, la ganadería y la
industria necesaria para la población. Por lo tanto la población humana es la
responsable, directa o indirectamente, de la sobreexplotación de los recursos naturales.
Por otro lado la introducción de especies en hábitat distintos a los originales ha causado
graves problemas medioambientales (cangrejo de río americano, escarabajo de las
palmeras etc. lirio de agua del amazonas, caulerpa en el Mediterráneo etc)
Causas de la pérdida de biodiversidad:
Degradación y fragmentación de hábitat.
Introducción de especies exóticas
Sobreexplotación de especies
Contaminación de atmósfera, aguas, suelo.
Cambio climático aumentado por la contaminación atmosférica (efecto
invernadero)
Industrialización de agricultura y ganadería que provocan desertización y
desforestación.
La dehesa en Andalucía se propone como ejemplo de lo que podría ser una relación
con el entorno que permita un desarrollo sostenible del ecosistema natural y
nuestros intereses alimenticios. Consiste en una roturación parcial del bosque
mediterráneo, de modo que quedan los grandes árboles y su fauna asociada a pesar
de que el suelo se cultive de cereales.
2. El ciclo de la materia en los ecosistemas. Elementos biolimitantes. Ciclos biogeoquímicos: carbono, nitrógeno y fósforo. Conceptos básicos: materia inorgánica, materia orgánica, productores, descomponedores, dióxido de carbono, carbonatos, combustibles fósiles, nitrógeno atmosférico, amoniaco, nitritos, nitratos, nitrificación, desnitrificación, fosfatos. Recuerda siempre que los ciclos materiales son cerrados (en el planeta no se gana ni se pierde materia) y los ciclos de energía son abiertos( la energía llega al planeta del sol y después de transformarse se disipa al espacio en forma de calor)
Elementos biolimitantes.
Son aquellos nutrientes esenciales para el desarrollo de un organismo que al estar
presentes en cantidades mínimas, limitan su crecimiento o cualquier otra respuesta del
mismo.
Ciclos de nutrientes gaseosos (O, C, N): La atmósfera es la principal reserva. El proceso
de circulación es relativamente cerrado y rápido, y no suele acarrear pérdidas de
elementos.
Ciclos de nutrientes sedimentarios (S,P): El depósito principal es la litosfera. Los
procesos de meteorización liberan lenta, pero continuamente, los elementos presentes
en las rocas y los incorporan al suelo. Estos ciclos son mucho más lentos y tienden a
estancarse al incorporarse el elemento a los sedimentos profundos del océano o de
lagos profundos, quedando inaccesible tanto para los organismos como para el reciclaje
continuo.
Ley del mínimo: Liebig descubrió que el rendimiento de las plantas suele estar
limitado no sólo por los nutrientes necesarios en grandes cantidades (CO2 y H2O), que
suelen abundar en el medio, sino por algunos elementos que se necesitan en cantidades
mínimas pero que escasean en el suelo (P, K, Mg,..)
La “ley del mínimo de Liebig” dice que el nutriente disponible sólo en cantidades
mínimas es el que limita la producción, aún cuando los demás estén en cantidades
suficientes.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS:
Es el recorrido que sigue un elemento químico en la naturaleza; es captado en el medio ambiente por los seres vivos, pasa de un ser vivo a otro y vuelve otra vez al medio. Los organismos descomponedores contribuyen de forma decisiva en el reciclaje de estos elementos; gracias a estos ciclos los seres vivos interaccionan con la atmósfera, geosfera e hidrosfera.
La velocidad a la que se producen estos ciclos depende de la naturaleza del elemento en cuestión; la lignina y madera se conservan durante mucho tiempo en el sotobosque formando el humus. A veces los elementos quedan secuestrados durante mucho tiempo, este el caso del carbono o el fósforo (carbón o sedimentos marinos respectivamente).
CICLO DEL CARBONO
Controla las transferencias entre los demás subsistemas.
En la hidrosfera, el carbono se encuentra disuelto en el agua marina en forma de CO2, bicarbonatos y carbonatos, en una proporción entre ellos que se mantiene en equilibrio. De la atmósfera se absorbe CO2 y los ríos aportan iones calcio y bicarbonatos.
En la atmósfera, el carbono se encuentra en forma de: CO2 (358ppm), CO (0,1ppm) y CH4 (1,6ppm).
En la litosfera lo podemos encontrar formando rocas carbonatadas y combustibles fósiles.
El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua para formar ácido carbónico que ataca a los carbonatos según la reacción:
CO2 + H2O + CaCO3 Ca+++ 2HCO3-
Al llegar al mar, parte del carbono precipita en el fondo en forma de carbono orgánico y en forma de carbono inorgánico (caliza de las conchas y corales) aunque sólo por encima de la lisoclina (profundidad de las aguas marinas a partir de la cual son disueltos los restos carbonatados).
A la atmósfera pasa oxígeno (no consumido en la respiración) y también parte del CO2.
Los seres fotosintetizadores (algas y metafitas) son los que retiran CO2 de atmósfera y todos los seres aerobios mediante la respiración celular, oxidando la materia orgánica, devuelven el CO2 a la atmósfera.
CICLO DEL NITRÓGENO
Los principales componentes nitrogenados atmosféricos son:
- N2, forma mayoritaria de presentación de este elemento en la atmósfera, es una molécula inerte e inaccesible para casi todos los seres vivos.
- NH3 procedente de las erupciones volcánicas o de la putrefacción de los organismos vivos.
- NO, N2O y NO2 (denominados NOx); compuestos que pueden difundir hacia los otros sistemas terrestres. Proceden del suelo, de las emisiones volcánicas, así como de la oxidación espontánea del N2 durante las tormentas eléctricas.
El ser humano ha incrementado dichas emisiones como resultado del abonado excesivo y de los procesos de combustión a altas temperaturas, provocadas por el paso de aire por la cámara de combustión de los motores.
FASES DEL CICLO DEL NITRÓGENO: Fijación (Atmosférica y Biológica); Amonificación; Nitrificación y Desnitrificación.
FIJACIÓN
Los organismos capaces de fijar el Nitrógeno atmosférico pueden ser:
Fijadores simbióticos como las bacterias y hongos (asociación de las bacterias Rhizobium con las raíces de leguminosas)
Fijadores de nitrógeno de vida libre; entre ellos están las bacterias del género Azotobacter (areobias) y Clostridium (anaerobias)
Gracias al uso indiscriminado de fertilizantes hay un 10% más de nitrógeno fijado anualmente que el que habría naturalmente. Esto puede provocar la eutrofización de las aguas continentales.
AMONIFICACIÓN
Cuando se incorpora el nitrógeno como nitrato en el seno de los organismos por asimilación y anabolismo, estos se desechan por su metabolismo (urea, ácido úrico). En el ambiente estos elementos son transformados por organismos descomponedores a una forma inorgánica (NH3, amoniaco)
NITRIFICACIÓN
El amoniaco se transforma en nitrato mediante el proceso de nitrificación; son responsables bacterias quimiosintéticas del suelo. El proceso se suele hacer en dos fases: las del género Nitrosomonas que convierten el amoniaco en nitrito y las del género Nitrosobacter que pasan el nitrito a nitrato. En los océanos no se sabe muy exactamente cómo es este proceso.
DESNITRIFICACIÓN
Consiste en la conversión del anión nitrato en nitrógeno molecular o gaseoso. La realizan hongos y bacterias como las Pseudomonas en anerobiosis de suelos encharcados con materia orgánica.
Ciclo del nitrógeno
CICLO DEL FÓSFORO
La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, sin embargo, el
papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN,
ARN; muchos nucleótidos no nucléicos tienen fósforo. También se encuentran en el ATP-
ADP-AMP, ejerciendo funciones energéeticas. Se encuentra también en los huesos y los
dientes de animales. La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los
depósitos de rocas marinas.
Los seres vivos toman el fósforo, P, en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas,
que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos que pasan a los
vegetales por el suelo, seguidamente, pasan a los animales, cuando estos excretan y los
descomponedores actúan se vuelven a producir fosfatos.
Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las
algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano. Este material se usa como abono
en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de las algas,
peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar ,en el fondo del mar, a rocas
fosfatadas que afloran por movimientos orogénicos.
De las rocas se libera fósforo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus
funciones vitales. Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros
animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el
fósforo se libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados
directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal). La
lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.
El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto
principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos
a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos
mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas
terrestres: Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través
de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus
excrementos. Otro es la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del
océano hacia tierra firme, un proceso lento. También es posible un afloramiento de
fósforo debido a las corrientes oceánicas profundas.
El hombre también moviliza el fósforo cuando explota las rocas que contienen fosfato.
3. El flujo de la energía en los ecosistemas. Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas. Flujos de energía entre niveles tróficos. Pirámides de energía. Conceptos básicos: energía solar, energía química, autótrofos o productores, heterótrofos o consumidores (primarios, secundarios, terciarios), omnívoros, descomponedores, eficiencia ecológica, regla del 10%.
Estructura trófica de los ecosistemas: cadenas y redes tróficas.
CADENAS TRÓFICAS o alimentarias representan la transferencia lineal, en un solo sentido, de materia y energía entre los organismos, de tal forma que los alimentos van pasando de una especie a otra, cada especie constituye un eslabón de esa cadena:
Alga unicelular larva de copépodo larva de jurel Herrera HUMANO. Debido a la pérdida de energía en forma de calor, las cadenas no suelen tener más de cinco eslabones. Se han descrito dos tipos de cadenas tróficas:
Cadena trófica de pasto. En ella la energía acumulada por la fotosíntesis en las metafitas pasa a los herbívoros y posteriormente a los carnívoros.
Cadena trófica de detritus. Se desarrolla en los residuos orgánicos del suelo o del fondo de ambientes acuáticos; en ella los detritívoros son el sustento de los depredadores.
REDES TRÓFICAS No son entidades aisladas ya que están interrelacionadas ya que un mismo organismo puede ser alimento a más de un predador. Todas las especies están relacionadas por los alimentos.
Observando la red trófica representada más arriba se puede llegar a las siguientes conclusiones:
Todas las especies de animales y plantas se pueden agrupar en niveles tróficos, según sean productores, consumidores o descomponedores.
Una misma especie puede servir de alimento a especies de distinto nivel trófico.
La desaparición de especies en distintos niveles tróficos puede acarrear la destrucción de la red. Pueden aparecer poblaciones masivas de una sola especie o pueden desaparecer o distorsionarse todos los niveles (caza indiscriminada, enfermedades, irrupción de especies foráneas etc.)
El conocimiento de las redes tróficas nos acerca a apreciar su estado de conservación y su evolución en el tiempo, sobre todo podremos apreciar cómo distorsiona la red las distintas actividades humanas.
Cadena trófica
Pirámides ecológicas
Para poder representar de una manera adecuada las relaciones trófica se usan las pirámides ecológicas, en ellas cada nivel trófico está representado por un escalón y en la base siempre están los productores. Existen tres tipos: de números, de biomasa y de energía.
PIRÁMIDES DE NÚMEROS:
La dimensión de cada uno de los escalones es proporcional al número total de individuos de las especies que ponen dicho nivel. Si esta pirámide se refiere a bosques puede ocurrir que la pirámide esté invertida ya que un número pequeño de árboles puede sustentar a miles de herbívoros. También se aprecian pirámides invertidas de números cuando el muestreo se hace muy próximo en el tiempo a un muestreo anterior. Este es el caso del número de organismos en el zooplancton o fitoplancton presentes en dos muestreos consecutivos; o bien porque existe una distribución nictomeral a lo largo del día.
PIRÁMIDES DE BIOMASA
Aquí se representa la cantidad de masa biológica, expresada en peso seco total por unidad de superficie del conjunto de organismos que constituyen cada uno de los niveles tróficos de un ecosistema. Se expresa en t/km2, kg/ha o g/m2. Si se refiere a ecosistemas acuáticos se usan unidades de volumen.
Estas pirámides nos hablan de la cantidad de masa biológica que existe en cada nivel trófico, aunque no informa de cuanta de esa masa está a disposición del siguiente escalón en una unidad de tiempo. Puede ocurrir que el tamaño de los productores sea muy pequeño en comparación con los consumidores, en este caso la pirámide estará invertida. La forma de la pirámide puede ir oscilando a lo largo del año, dependiendo de la estrategia de cada especie implicada. En ecosistemas terrestres la base es muy amplia.
PIRÁMIDES DE ENERGÍA
Cada uno de los escalones representa la biomasa o su equivalente en energía producida por unidad de tiempo. Se expresa en Se expresa en t/km2/año, kg/ha/año o g/m2/año, si las unidades venían expresadas en biomasa. También podría darse en unidades de energía: kcal/km2/año, kcal/ha/año o kcal/m2/año. Aquí lo que se cuantifica es la producción de biomasa o energía por nivel disponible para el consumo de otro nivel, por lo tanto nos dan una información más precisa de las relaciones tróficas de un
ecosistema, estableciendo la cantidad de biomasa o energía que se transfiere de un nivel trófico al siguiente, en una unidad de tiempo.
Con estos datos se pueden compara ecosistemas distintos como desiertos y bosques.
La biomasa de un nivel concreto no depende de la biomasa del nivel anterior sino de su producción.
La regla del 10% establece que solo un 10% de la energía procedente del nivel inferior es útil para los organismos del nivel superior. Por lo tanto solo un 10% de la energía presente en un nivel, es la décima parte de la energía acumulada en el nivel precedente. Puesto que la energía en realidad es obtenida en la fotosíntesis de los autótrofos, los niveles más bajos de la pirámide tendrán mayor disponibilidad de energía. Esta ley del 10% condiciona también el límite máximo de eslabones posibles en la trasferencia de energía. Por esta razón las pirámides no suelen tener más de cuatro o cinco niveles.
Se denomina eficiencia ecológica bruta precisamente la fracción de energía de que pude disponer un nivel trófico cualquiera (10% generalmente)
Se denomina eficiencia neta de cada nivel al porcentaje de alimento que se usa en crecimiento propio. Conforme subimos la pirámide nos encontraremos una mejor eficiencia.
4. La producción biológica. Producción primaria y secundaria. Productividad. Tiempo de renovación. Conceptos básicos: biomasa, producción primaria bruta, respiración, producción primaria neta.
La estructura trófica de un ecosistema nos informa acerca su capacidad para producir biomasa, cómo se transforma en energía y cómo esa energía fluye por todos los niveles tróficos en un ecosistema.
BIOMASA: Es la materia orgánica que se forma en un proceso biológico y que puede ser usada como fuente de energía, ya se directa o indirectamente. Se mide en g/cm3 o g/cm2 o g/ha. Si pasamos la masa a kilocalorías se podría expresar como Kcal/ha.
Biomasa primaria: Es la que producen todos los organismos autótrofos. Biomasa secundaria: Es la que producen los heterótrofos usando la biomasa primaria. Biomasa residual: Es la biomasa producida por algún tipo de actividad humana. (Alpechín, paja, cáscaras de almendras etc.) PRODUCCIÓN (P): Es el incremento de la biomasa, en un ecosistema, a lo largo del tiempo y en una superficie o volumen concreto. Por lo tanto nos informa del flujo de energía a través del ecosistema. Se mide en mg/cm2/día , g/cm2/año, Kcal/ha/año etc. PRODUCCIÓN PRIMARIA: En una biocenosis se considera producción primaria a toda la energía luminosa transformada en energía química gracias a los seres que realizan la fotosíntesis (algas y metafitas) PRODUCCIÓN primaria bruta (PPB) es una medida de toda la energía que puede producir los productores por unidad de tiempo y que usarán para su desarrollo, crecimiento y reproducción. PRODUCCIÓN primaria neta (PPN), es la materia orgánica que queda una vez que descontamos la respiración (R) (energía consumida es su propio mantenimiento).
PPN = PPB- R PRODUCCIÓN SECUNDARIA: Es la energía almacenada en los tejidos de los organismos heterótrofos. PRODUCCIÓN SECUNDARIA BRUTA (PSB). Es el porcentaje de alimento asimilado del total consumido. Los carnívoros son muy eficientes ya que asimilan casi un 75 % de todo lo que consumen; sin embargo, los herbívoros apenas asimilan un 10%. PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETA (PSN). Es la energía que queda a disposición de los siguientes niveles tróficos. Energía ingerida = Energía asimilada + energía de los excrementos Energía asimilada = Energía para procesos vitales + energía disipada en la respiración. Los excrementos pueden ser fuente de energía para los descomponedores. PRODUCTIVIDAD (p) : Tanto si se refiere a un ecosistema o a uno de sus niveles tróficos, es la relación entre la producción y la biomasa por unidad de superficie.
p= P/B La productividad es un índice que nos informa de la velocidad de renovación
de la biomasa y de la eficacia con que se transmite la energía a los siguientes niveles: Productividad bruta (pB) o flujo de energía a otros niveles : pB = PB/B Productividad neta (r) o tasa de renovación (turnover): r = PN/B Tiempo de renovación (tr) de la biomasa (turnover time) tr = B/PN Productividad neta: Señala la velocidad de renovación de la biomasa del ecosistema o nivel considerado, también puede considerarse la productividad neta como la riqueza en biomasa de una biocenosis. Varía del 0 al 100%. El plancton marino tiene una elevada productividad neta ya que sus poblaciones se renuevan muy rápidamente por su altísima tasa reproductiva, pudiéndose alcanzar el 100% diario de productividad neta. En la vegetación terrestre la productividad neta varía desde un 2 a un 100% anual, es decir desde un 0.0006 y 0.3% diario. Ejemplos: comparar la productividad en tres ecosistemas: pastizal, cultivo y bosque. Pastizal: La permanencia de los vegetales es efímera, y su productividad es muy elevada, a veces se pueden compara con comunidades planctónicas. (p<1) Cultivo: La productividad es máxima; puesto que toda la materia producida es retirada del ecosistema, la renovación de la biomasa es continua (p = 1) Bosque: Tienen una gran cantidad de biomasa que se mantiene constante. Entonces toda la energía que le llega se usa en su automantenimiento (p = 0). Aquí la energía fluye por los niveles tróficos sin aumentar ni disminuir la biomasa de cada nivel
FACTORES LIMITANTES QUE REGULAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA: Son todos aquellos que condicionan la fotosíntesis ya que regulan la producción de los mismos:
La luz. La fotosíntesis se realiza con longitudes de onda del rojo corto 680nm y rojo largo 700nm. Aumentando su intensidad se aumenta el rendimiento fotosintético hasta un determinado nivel ya que se satura el CPR puede fotooxidarse y disminuiría el rendimiento fotosintético. Así evolutivamente se han seleccionado adaptaciones que permiten que algunas plantas sean de “sol“o de “sombra”. También se han seleccionado plantas con distintas estrategias para asimilar mejor el CO2 y obtener un mayor rendimiento energético (ciclos CAM, C4 o HSK).
El agua. La ausencia de agua hace que los estomas se cierren y el trasiego de dióxido de carbono se detenga. Por otra parte el agua es el vehículo de transporte para las sales minerales, imprescindibles para la fabricación de la savia bruta.
Nitrógeno y fósforo. Son imprescindibles para la síntesis orgánica. La proporción relativa de los tres principales elementos (carbono, nitrógeno, fósforo, es de 106:16:1). Puesto que el carbono es más abundante que el fósforo, éste último elemento se convierte en un auténtico factor limitante para la producción primaria en la biosfera. El secuestro de fósforo insoluble que usamos como fertilizante, hace que se pierda para ciclo global del nutriente (repasa el ciclo de fósforo). El nitrógeno es muy abundante en la atmósfera, por esto su importancia es menor.
Temperatura. Un aumento global de la temperatura podría provocar un aumento de la producción; sin embargo, podría ocurrir que aumentase la respiración, por lo cual no aumentaría la PPB.
Concentración de CO2. Las plantas C4 están adaptadas a una doble carboxilación (repasa el ciclo), por lo tanto un aumento de la concentración de este gas haría que su producción fuese mayor. Sobre las C3 no tiene un efecto aparente. Las plantas CAM realizan la captación por la noche, así los estomas los tiene cerrados durante el día evitando la pérdida de agua por evaporación.
Factores Limitantes y Ley del Mínimo La Ley del Mínimo de Liebig La idea de que un organismo no es más fuerte que el eslabón más débil en su cadena ecológica de requerimientos fue expresada claramente por Justus Liebig en 1840. Liebig fue uno de los pioneros en el estudio del efecto de diversos factores sobre el crecimiento de las plantas. Descubrió, como saben los agricultores en la actualidad, que el rendimiento de las plantas suele ser limitado no sólo por los nutrientes necesarios en grandes cantidades, como el dióxido de carbono y el agua, que suelen abundar en el medio, sino por algunas materias primas como el cinc, por ejemplo, que se necesitan en cantidades diminutas pero escasean en el suelo. La afirmación de Liebig de que "el crecimiento de una planta depende de los nutrientes disponibles sólo en cantidades mínimas" ha llegado a conocerse como "ley" del mínimo de Liebig.
5.1 Mecanismos de autorregulación. Límites de tolerancia y factores limitantes. Dinámica de poblaciones. Relaciones interespecíficas.
Los factores limitantes son los factores ambientales, como la luz y la temperatura que limitan la capacidad de desarrollo de determinadas especies. Cada especie presenta una cierta capacidad de resistir modificaciones de su entorno sin que le afecten, pero también tiene unos límites de tolerancia frente a sus respectivas variaciones. Por encima o debajo de éste límite de tolerancia los individuos mueren. Al intervalo en el cual el rendimiento de la especie es máximo se conoce como zona de respuesta óptima. La ley del mínimo establece que cualquier proceso que depende de varios factores estará controlado por el que más se aproxime al valor para el cual el proceso se detiene. Según la tolerancia a los factores ambientales las especies pueden clasificarse como: ESPECIES EURIOICAS: Intervalo de tolerancia amplio para uno o varios factores ambientales. (Euriterma, eurihalina, etc.) ESPECIES ESTENOICAS: Son organismos más exigentes ya que no pueden vivir fuera de un estrecho intervalo de tolerancia. (Estenotermas, estenohalina etc.)
VALENCIA ECOLÓGICA: es la aptitud de un organismo para explotar medios diferentes.
BIOCENOSIS Está constituida por todos los organismos de un ecosistema que se relacionan entre sí. El conjunto de individuos de la misma especie se denomina POBLACIÓN y el espacio físico que ocupa se denomina HABITAT. La función que cumple un organismo en esa biocenosis se denomina: NICHO ECOLÓGICO, que depende en gran medida de la alimentación de esa especie. Por ejemplo, las libélulas en un lago cumplen con el papel de predador de dípteros y efímeras. Los abejarucos comen libélulas. De esta manera en los ecosistemas coexisten diversas especies que se equilibran entre ellas (en lo que al nº de individuos se refiere). En los estudios de ecología siempre se usan las poblaciones, nunca los individuos. Por esta razón es necesario conocer las características y las variables de las poblaciones:
Efectivo (N) es el número total de individuos que la componen.
Densidad, es el nº de individuos por unidad de superficie o volumen
Tasa de natalidad (b), es el nº de individuos nacidos (B) en una población. Se expresa como b=B/N
Tasa de mortalidad (d), es el nº de individuos muertos en una población en el mismo tiempo. Se expresa como m=M/N. b y m son promedios. Ahora bien, si no tuviésemos en cuenta la emigración ni la emigración, o bien que estos dos factores se compensen, tendríamos que: ∆𝑵
∆𝒕= 𝑩 − 𝑴 = 𝒃. 𝑵 − 𝒎. 𝑵 = (b-m).N
∆𝑁, es el incremento de esa población desde su tamaño inicial Nº a su tamaño final N1 dentro del intervalo ∆𝑡 Se denomina tasa intrínseca de aumento natural de una población (r) , a la diferencia entre la tasa de natalidad y mortalidad r = b-m. Si la tasa de natalidad es superior a la tasa de mortalidad, r es positivo, si la tasa de natalidad es inferior a la de mortalidad (b<m), r es negativo y la población disminuye sus efectivos. Por lo tanto la ecuación anterior podemos expresarla así:
∆𝑁
∆𝑡= 𝑟. 𝑁
r alcanzaría su mayor máximo en una población que crece sin límites de espacio ni alimento, sin enfermedades ni predadores; en este caso la natalidad es máxima y la mortalidad nula. A este valor de r se le denomina potencial biótico. Suele tener valor altos para organismos pequeños con un tiempo de generación muy pequeño (edad en que los padres se reproducen) CURVAS DE SUPERVIVENCIA: Es el % inical de una población que permanece viva a una edad considerada. Se obtiene restando a cada intervalo de edad el número de muertes. Si se representa gráficamente se obtiene una curva de supervivencia:
Tipo I, mortalidad juvenil baja, aumenta progresivamente con la vejez (humanos)
I
II
III
Tipo II, organismos con tasa de mortalidad constante a lo largo de su vida (lagartos) Tipo III, mortalidad juvenil muy elevada. Los que sobreviven llegan al estado adulto, donde la tasa de mortalidad es baja, (ostras)
LAS POBLACIONES CRECEN CON EL TIEMPO
Si imaginamos una población teórica en la cual hay Pammixia (los individuos se reproducen al azar), no hay límites espaciales ni temporales que impida su crecimiento y también alimento suficiente para la nutrición, la población crecería rápidamente. Si consideramos ∆𝑁 𝑦 ∆ 𝑡 lo más pequeño posible ,la ecuación: ∆𝑵
∆𝒕= 𝒓𝒎𝒂𝒙. 𝑵 ,quedaría así: dN/dt = r.N, donde r es una constante. La curva
así representada se denomina potencial biótico:
Pero las poblaciones no pueden crecer de esta forma ya que los nutrientes se agotarían
rápidamente. Todos los factores (físicos, químicos y biológicos) que impiden este tipo de
crecimiento se reúnen bajo el concepto de factores de resistencia ambiental o simplemente
resistencia ambiental. Cuando las poblaciones son suficientemente grandes la resistencia
ambiental aumenta y la tasa de crecimiento disminuye. La curva se hace asintótica al límite
máximo que la población podría alcanzar en ese medio (K, capacidad de carga).
La mayoría de los organismos exhiben una curva exponencial “en J” cuando la población
comienza a explotar un ambiente determinado, sin embargo, algunas poblaciones siguen
creciendo, supera la capacidad de carga y posteriormente caen bruscamente, tal y como se
aprecia en el primer gráfico. En este caso aparecen varias curvas en J, repetidas unas tras otras.
Se conocen como ciclos. Lo normal es que N oscile alrededor del valor de K.
Curva exponencial, o curva en J Curva de potencial biótico de la especie
K
Si atendemos al tipo de curvas que muestran las variaciones en una población, observaríamos
dos tipos generales de estrategias: poblaciones oportunistas y poblaciones en equilibrio.
1) OPORTUNISTAS: Aquellos organismos, ya sean animales o vegetales, que están
sometidas a cambios bruscos (incendios, inundaciones, sequías etc.), están adaptadas a
explotar los medios físicos aprovechando los periodos que son favorables. SE
DENOMINAN ESTRATEGAS DE LA R. La gráfica poblacional que pueden describir son
curvas en J que se agotan rápidamente y de nuevo comienza otro ciclo, así
sucesivamente. Curva de supervivencia III. Potencial biótico alto. En la reproducción
surgen muchos individuos muy pequeños. Ecosistemas poco organizados.
2) EN EQUILIBRIO: Aquellos organismos que presentan densidades estables en un mismo
biotopo y están en equilibrio con los recursos posibles. Las gráficas que presentan son
sigmoidales, es decir, en principio crecen exponencialmente y posteriormente se hacen
asintóticas. SE DENOMINAN ESTRATEGAS DE LA K. Curva de supervivencia I y II.
Potencial biótico bajo. En la reproducción aparecen pocos individuos y son de mayor
tamaño. Ecosistemas bien organizados.
INFLUENCIA DE LOS FACTORES ABIÓTICOS Y BIÓTICOS EN EL CRECIMIENTO DE LAS
POBLACIONES.
ABIÓTICOS: Los factores climáticos, el espacio, la luz o los nutrientes pueden ejercer como
factores limitantes al crecimiento de una población. Se pueden incluir aquí los desastres
naturales (inundaciones, tormentas, incendios etc.) Recuerda la “ley del mínimo”
La ley de tolerancia indica que tanto si son muy escasos como si son muy abundantes ciertos
factores pueden ser perjudiciales o limitantes para los organismos.
El intervalo de tolerancia de una especie respecto a un factor del medio se denomina valencia
ecológica y es la aptitud de un organismo para poblar medios diferentes. (repasa los conceptos
de esteno y euri).
BIÓTICOS:
RELACIONES INTRAESPECÍFICAS: Son las interacciones que ocurren entre individuos de la
misma especie. La competencia entre los individuos de una población es más intensa si
pertenecen a la misma especie ya que la demanda de recursos al sistema es similar. Contribuye
a regular el tamaño de las poblaciones. Hay que tener siempre en cuenta los siguientes factores:
Factores demográficos: Al aumentar la densidad de población, disminuye la tasa de
natalidad.
Factores etológicos o de comportamiento: Las agrupaciones familiares, el
territorialismo, la migración ayudan a controlar y distribuir los recursos en los
ecosistemas. El territorialismo es la habilidad de acotar un terreno para la alimentación,
reproducción o la cría, que se defenderá de intrusos. Las migraciones provocan un
cambio en la explotación de ecosistemas diferentes, donde los factores limitantes se
acerquen mejor al óptimo de la especie.
Se suele estudiar las relaciones intraespecíficas desde dos puntos de vista: LA COMPETENCIA
INTRAESPECÍFICA Y LA COOPERACIÓN (AGRUPACIONES DE INDIVIDUOS)
LA COMPETENCIA INTRAESPECÍFICA: La luz, el alimento, pareja para la reproducción, espacio
para refugio o nidificación pueden llegar a ser insuficientes para las necesidades de la población.
En este momento se llegará a la competencia intraespecífica como una interacción negativa
entre individuos de la misma especie por un recurso del medio que es escaso. En algunas
especies se puede llegar al canibalismo en casos extremos. En otros organismos la competencia
se manifiesta por medio del aislamiento y la terrtorialidad.
AISLAMIENTO Y TERRITORIALIDAD:
Una especie es territorial cuando defiende una parte del hábitat para su uso exclusivo
(alimentación, reproducción etc.) Se puede hacer mediante cantos, gruñidos, olores etc. Los
vegetales también son territoriales cuando dificultan el acceso a la luz o a algún tipo de nutriente
del suelo.
COOPERACIÓN: AGRUPACIONES DE INDIVIDUOS:
Las más importantes son las siguientes:
Las colonias: Agrupaciones permanentes ya que los progenitores están unidos a sus hijos. Los
corales son un buen ejemplo. Existen dos tipos:
Colonias homomorfas: Formadas por organismos iguales. Coral rojo
Colonias heteromorfas: Presentan individuos con funciones diferentes, (defensiva,
alimenticia, captura etc.) Colonia de Volvox
La familia: Organización temporal o permanente cuya finalidad es la reproducción. Existen en
ella individuos jóvenes y adultos.:
Familia monógama: macho y hembra reproductores
Familia polígama: un adulto de un sexo y varios de otro (Familia poligínica y poliándrica)
Gregarismo: Algunos animales buscan agrupaciones muy numerosas cuya finalidad es buscar
seguridad y defensa. Los grupos pueden ser temporales o permanentes:
Temporales: Migraciones para pasar el invierno (murciélagos)
Permanentes: Típicas de mamíferos herbívoros (bisontes), en estos grupos hay una
jerarquía y comportamientos muy complejos.
Las sociedades : Es una organización formada por individuos de la misma especie que viven
juntos y dependen unos de otros para su supervivencia. Existe una jerarquía y una clara división
del trabajo en beneficio de la sociedad. (Hormigas, abejas)
RELACIONES INTERESPECÍFICAS
En una comunidad se observan diferentes poblaciones que pueden interactuar entre sí,
ejerciendo un efecto positivo, negativo o nulo. Esta relación se ejerce entre los individuos de
poblaciones distintas que forman parte de una misma comunidad.
Competencia interespecífica: Es una relación negativa entre individuos de diferentes
especies por un recurso del medio que es escaso. Puede ocurrir que una especie excluya
a la otra al cabo del tiempo.
Relación depredador-presa: Es una interacción compleja entre dos especies en las que
los individuos de una de ellas capturan a los de la otra y se alimentan de ellos. Esta
relación es positiva para la especie depredadora y negativa para la presa.
Parasitismo: Dos individuos de especies diferentes viven juntos y uno de ellos, el
parásito, obtiene su alimento del otro, el hospedador, al cual perjudica:
- Ecotoparásitos: viven sobre la superficie del organismo hospedador
(garrapatas, pulgas)
- Endoparásitos: Viven dentro del hospedador (protozoos, tenias, etc.)
Mutualismo : Relación positiva y recíproca entre dos especies distintas que favorece su
supervivencia, crecimiento, reproducción:
- Mutualismo simbiótico: Existe una interacción física y su relación es obligatoria
(líquenes)
- Mutualismo no simbiótico: No implica la unión permanente de los dos
organismos ( insecto polinizadores y plantas)
Comensalismo: Es una relación entre dos especies que beneficia solamente a una de
ellas, la especie comensal, sin causar beneficio ni perjuicio a la otra. ) Holoturias y peces
que se cobijan en ella temporalmente)
Foresia: Unos organismos trasportan a otros ya que lo usan como medio de transporte
(remora)
Tanatocresis: Un organismo usa restos de otro sin fin nutritivo. (Cangrejo ermitaño)
5.2. Sucesión de los ecosistemas. Sucesiones primarias y secundarias. Clímax
EL ECOSISTEMA EN EL TIEMPO Si pudiésemos observar todo lo que ha ocurrido desde el comienzo del Cuaternario hasta hoy en un territorio de unos 100 m2, veríamos como se han ido sucediendo las especies vegetales y animales a lo largo del tiempo. Desde que ese terreno fue una roca, han ido apareciendo líquenes, hongos, briofitos, metafitas, matorrales y al final un bosque. Posteriormente veríamos desaparecer ese bosque y reaparecer centenares de veces en los últimos 10.000 años. Esta sucesión de etapas o fases seriales hasta alcanzar una fase de relativa estabilidad recibe el nombre de sucesión ecológica. El estado final hacia el que tiende la sucesión ecológica, estable y en equilibrio con el clima dominante en la región, se denomina climax. Cuando las primeras etapas de una sucesión ecológica se asientan sobre un área que no había sido ocupada por ningún otro organismo o comunidad, la sucesión se denomina primaria. Ejemplos: Sobre una roca desnuda, sobre una duna recién formada, sobre una colada de lava que se acaba de secar etc. Esta sucesión es relativamente lenta. SI la sucesión se inicia en un lugar donde ha desaparecido la comunidad que existía anteriormente, se denomina sucesión secundaria. Ejemplos: Campos de cultivo abandonados, bosque talado o incendiado etc. Esta sucesión suele ser rápida ya que las condiciones del suelo no han variado sustancialmente.
Cambios en una sucesión ecológica. Desde que comienza la sucesión hasta la etapa climas o de máxima madurez, los ecosistemas presentan cambios estructurales y cambios funcionales. CAMBIOS ESTRUCTURALES. Cuando comienza la sucesión son más abundantes las especies estrategas de r que son menos exigentes al relacionarse con el medio. En las etapas finales de la sucesión predominan las especies estrategas de la k. A medida que se van sucediendo las etapas aumenta considerablemente la diversidad biológica, llegando a construir redes tróficas muy complejas. El espacio se estratifica horizontal y verticalmente. CAMBIOS FUNCIONALES. Quedan nichos ecológicos sin ocupar. Aumenta progresivamente la cantidad de biomasa al aumentar la diversidad. En las etapas iniciales el cociente producción/respiración (P/R)>1, el sistema es autótrofo. En las etapas finales (P/R=1). Podría ocurrir que (P/R<1), que significa que la respiración es mayor que la producción, en este caso se dice que el sistema es heterótrofo que corresponde a un ecosistema que ha acumulado materia procedente de otro ecosistema. La evolución natural en una sucesión es la de estabilizarse cuando (P/R=1)
6. Recursos de la biosfera. 6.1. Recursos alimentarios. Agricultura, ganadería y pesca Conceptos básicos: distribución de los recursos en el planeta, el hambre en el mundo, la revolución verde, principales cultivos, agricultura tradicional, agricultura intensiva, agricultura ecológica, fertilizantes, plaguicidas, ganadería tradicional, ganadería intensiva, ganadería ecológica, sobreexplotación pesquera, acuicultura. 6.2. Recursos forestales. Aprovechamiento de los bosques. Gestión de los recursos forestales. Conceptos básicos: importancia ecológica de los bosques, importancia económica, explotación racional, reforestación. 6.3. Recursos energéticos. Biomasa. Conceptos básicos: combustión directa, biocarburantes Las poblaciones de humanos se han desarrollado a expensas de su posibilidad de alimentarse, de tal manera que desde el Neolítico hasta hoy la población ha ido creciendo paralelamente al desarrollo de las actividades agrícolas y ganaderas; pero evidentemente, el uso de la biosfera en beneficio propio ha provocado problemas de difícil solución. En el siglo XIX la población humana era de unos 1000 x 106 individuos. Al comienzo del siglo XX alcanzó 1600 x 106. En la actualidad somos unos 7500 x106 individuos en el planeta, por lo tanto los recursos que tiene el planeta para alimentar y dar energía a esta enorme población pasa por una degradación continua de nuestro entorno, tanto a nivel local, como a nivel planetario. Por si fuese poco, la población se concentra en zonas subdesarrolladas con una tasa de crecimiento del 0.45% frente a una tasa de crecimiento de -0.10% en regiones desarrolladas.
RECURSOS AGRÍCOLAS. Según todos los indicios, la agricultura comenzó hace unos 10000 años en las regiones de Tigris y Éufrates. Posteriormente se extendió por el norte de África y sur de Europa. Desde España diversas culturas (griegas, romanas, árabes) aportaron conocimientos para cultivar naranjos, olivos, almendros, vides etc.). Pero no fue hasta el siglo XIX cuando se hizo de la agricultura un proceso industrial. En la actualidad cada habitante necesita 2500 m2 de superficie cultivada para sobrevivir. Las presiones demográficas y económicas han hecho que en grandes áreas, como en Asia, se haya llegado al límite de la explotación de la tierra cultivable. Para conseguir más zonas de cultivo no queda más remedio que destruir los bosques (lo cual incide negativamente sobre los ecosistemas naturales) Los países desarrollados industrialmente como EEUU o Australia tienen una base agrícola importante, pero otros como Japón tienen que cambiar tecnología por alimentos. Los países en vías de desarrollo no pueden cambiar tecnología por alimentos, ni tienen una agricultura industrial, por lo tanto practican una agricultura de cultivos a pequeña escala y para colmo tiene poca tierra disponible para el cultivo. En la India se dispone de tan solo 1600 m2/habitante y Bangladesh (1300m2/habitante) A principios de la década de 1960, como resultado del desarrollo de nuevas variedades de arroz y trigo a cargo de los Grupos Asesores de Investigación Agraria Internacional (GAIAI) de Filipinas y México, surgió la llamada Revolución verde, que contribuyó al aumento de la producción de alimentos a nivel mundial. Esta revolución se sustentó en tres cereales: el trigo, el arroz y el maíz. Con técnicas de hibridación y selección se pudo duplicar la producción agrícola sin variar la superficie cultivada. De esta forma países deficitarios pudieron llegar a exportar grano a otros países. La única zona que no se benefició de esta revolución fue el África subsahariana y hoy día es la zona que necesita con urgencia grandes inversiones en agricultura. De esta manera ha surgido una agricultura intensiva caracterizada por monocultivos en grandes extensiones, un consumo de agua desorbitado y un abuso de abonos y plaguicidas. También ha provocado el uso de maquinaria pesada que consume grandes cantidades de combustible. La acción combinada de estos factores ha provocado el empobrecimiento de los terrenos, agotados por su uso continuado y la contaminación de suelos y acuíferos por plaguicidas y herbicidas. En Andalucía se practican tres tipos de agricultura: la de secano, la de regadío y la de invernadero
Secano (tradicional): Se practica en zonas áridas o semiáridas. Depende de las precipitaciones naturales. Son de baja productividad y se cultiva en zonas no aptas para otro tipo de cultivos (laderas de montaña muy escarpadas), aunque da alimento a unos 600x106 de personas. En Málaga son típicos los cultivos de almendro en laderas de los Montes de Málaga. Regadío (tradicional): Depende de los sistemas de riego, son muy productivos y ocupan más de 280x106 millones de hectáreas. En Málaga se cultivan de esta manera el trigo, girasoles, maíz. Invernadero (intensiva): La demanda de agua es mucho menor que en el caso del cultivo por regadío, se pueden obtener más de una cosecha al año. Se usan abejorros como agentes polinizadores y usan fertilizantes e insecticidas continuamente. Paisajísticamente es un autentico desastre la observación de los mares de plásticos de la costa de Almería.
PROBLEMAS AMBIENTALES DERIVADOS DE LA AGRICULTURA
El objetivo actual de la agricultura es conseguir la máxima producción posible en el mínimo espacio y tiempo. Este modelo de agricultura intensiva se ha propagado en los países subdesarrollados provocando grandes impactos medioambientales:
Desforestación para conseguir más superficie de terreno cultivable.
Incremento del efecto invernadero por quema de bosques.
Pérdida de la Biodiversidad. Debido a presión de los mercados, se promocionan especies seleccionadas genéticamente, perdiéndose diversidad genética en especies autóctonas.
Desertización, erosión y salinización de suelos. Fenómenos relacionados con la desforestación, el uso de maquinaria pesada, sobreexplotación de acuíferos que si se hace cerca del litoral se provoca la salinización de los mismos de forma irreversible.
Eutrofización del agua debido al uso indiscriminado de fertilizantes.
Efectos tóxicos de plaguicidas, herbicidas, fungicidas, gracias al uso de monocultivos que hacen proliferar los insectos que comen de las cosechas.
Generación de residuos (plásticos, envases)
Impacto paisajístico ( invernaderos) LA AGRICULTURA SOSTENIBLE o ECOLÓGICA Este es el objetivo a conseguir: Reducir el deterioro ambiental que provocan fertilizantes, plaguicidas y fungicidas mediante:
Usar fertilizantes orgánicos mediante compostaje.
Usar biopesticidas específicos para la especie que se quiere combatir.
Controlar las plagas a un nivel aceptable sin exterminar la especie que la provoca. Las feromonas son muy útiles para impedir la reproducción, de esta manera no se liberan tóxicos al medio.
Introducir predadores naturales para controlar la población de especies (mariquita y pulgón)
Manipular genéticamente las especies para conseguir que sean capaces de fijar nitrógeno atmosférico.
Disminuir la demanda de agua gracias a: o Riego por gotero en vez de inundación. o Agilizar el control del agua por parte de los afectados y la
Administración.
Aprovechamiento de los cultivos mediante: o Cultivos rotativos para no dejar en barbecho los terrenos haciendo
que cultivos que retiren nitrógeno del suelo se combinen con cultivos que deje nitrógeno en el suelo (patatas, garbanzos)
o Selección genética de plantas que tengan mayor rendimiento fotosintético y sean más resistentes a los insectos y enfermedades.
o Reducir el consumo de carne en los países desarrollados, evitando el cultivo de cereales para hacer pienso.
RECURSOS GANADEROS Existen en la actualidad modelos de ganadería tradicional como el pastoreo nómada (practicado en centro-áfrica), junto a la ganadería extensiva (los animales se crían al aire libre sobre campos acotados de extensión variable), no precisa de aporte energético adicional, es poco productiva, y la ganadería intensiva, industrial o estabulada donde los animales se crían en granjas industrializadas para abastecer la gran demanda de proteínas animales de los países desarrollados. Problemas ambientales derivados de la ganadería intensiva:
En la ganadería intensiva se consumen grandes cantidades de combustibles fósiles para mantener la temperatura en los establos.
Se generan grandes cantidades de purines (orines mas excrementos) que contaminan las aguas subterráneas debido a las bacterias de origen fecal, a los antibióticos y antidiuréticos que se usan en las granjas. Estas aguas no son recuperables.
Otro problema añadido a la ganadería intensiva es el consumo de cereales, a este fin se destina el 40% del a producción mundial que podría servir para alimentación humana.
La transformación de los bosques en pastos para la cría de ganado, ha provocado la desforestación de 20 millones de hectáreas de bosque en América Latina, aunque su propio consumo de carne es muy escaso.
Por otro lado la ganadería extensiva puede agotar por sobrepastoreo los recursos forestales de una zona determinada. RECURSOS PESQUEROS La pesca es un recurso que la humanidad ha usado desde la antigüedad. Existen zonas en el planeta en las que los nutrientes del fondo oceánico llegan a la superficie, estos nutrientes provocan el aumento de las poblaciones planctónicas y consecuentemente las poblaciones de peces; a estas zonas se las denominan caladeros de pesca (banco subsahariano, costa de Perú, Islandia, Canadá, Alaska, Japón). Existen dos tipos de pesca: artesanal o de bajura y pesca de altura. Pesca artesanal o de bajura: es una modalidad de pesca tradicional, se usan pequeñas embarcaciones que no se alejan de la costa, da trabajo a muchas personas, es de baja contaminación y es bastante productiva. Pesca de altura. Se usan grandes embarcaciones equipadas con cámaras frigoríficas, congeladores y factorías conserveras que pueden procesar, conservar y almacenar sus capturas. Utilizan medios muy sofisticados para detectar los bancos de peces (sonar, GPS, radares, aviones, etc.). Técnicas de pesca:
Palangre: Sedal kilométrico llenos de anzuelos.
Curricán: Sedal más corto con un solo anzuelo.
Nasa: cesto cilíndrico de junco o mimbre con varias entradas donde los peces y crustáceos quedan atrapados.
Redes: o De cerco o superficiales: Se donde por donde se imaginan que van
a pasar los peces. (Almadrabas para la peca de atunes) o De arrastre o fondo: Tienen forma de saco y están sujetas por
cables de acero al barco. Pueden tener kilómetros de larga y sirve para pescar los peces de fondo. Esta técnica destruye los fondos marinos de forma irreversible y lógicamente a todos los seres vivos bentónicos.
o Copo: Red en forma de saco que se echa al mar desde una barca de pequeñas dimensiones y que se recoge desde la playa tirando de ellas.
Problemas medioambientales derivados de la pesca: Sobrexplotación: El abuso de los recursos pesqueros puede llegar a extinguir incluso a especies concretas y por supuesto a los organismos que dependían de esa especie. Pesca de inmaduros o alevines: En Málaga concretamente, debido al abuso de la pesca de inmaduros (mal denominados chanquetes), han desparecido de nuestro litoral numerosas especies que antes abundaban en la bahía. A pesar de los esfuerzos de la Administración para evitar la pesca de inmaduros, se pueden encontrar pescadores furtivos al atardecer echando el “copo” para pescar de una forma no selectiva todo tipos de peces y crustáceos.
Pesca “sucia”: La pesca no selectiva captura peces, mamíferos, reptiles etc. sin valor nutritivo o económico. Estos peces o seres vivos capturados son devueltos al mar cuando ya han muerto. Este tipo de pesca afecta a unos 25 millones de toneladas al año, los más afectados son las tortugas y los delfines. Se han hecho campañas publicitarias para evitar estas capturas innecesarias y gracias a ello muchas industrias conserveras indican en sus productos “dolphin safe” para no perder clientes. Contaminación de las aguas: Casi toda la actividad pesquera se realiza en la plataforma continental que es donde surgen los afloramientos de nutrientes. De esta manera se puede entender que cualquier vertido que afecte a las aguas oceánicas influye negativamente sobre el rendimiento de la actividad pesquera. Una vez introducido el contaminante en la red trófica, por bioacumulación, puede llegar a ser toxico o incluso mortal para los humanos (enfermedad de Minamata, producida por vertido de metil-mercurio en la bahía de Minamata en Japón) MEDIDAS PARA EVITAR EL AGOTAMIENTO DE LOS RECURSOS PESQUEROS.
Crear comisiones pesqueras que establezcan, en cada caladero, las cuotas pesqueras anuales de captura de cada especie. Las inspecciones deben de ser continuas y rigurosas.
Buscar caladeros alternativos que no estén explotados, para dejar que se repongan los caladeros más usados.
Establecer las vedas de pesca para respetar los distintos ciclos biológicos de cada especie (parada biológica)
Ampliar la lista de especies muy abundantes y poco explotadas como el kril (especie de gamba) de los que se alimentan los cetáceos.
Reducir la contaminación marina, evitando los vertidos industriales, petróleo, residuos urbanos etc.
Erradicar los métodos de captura ilegales y ejecutando sanciones económicas muy elevadas a los infractores de los acuerdos internacionales de pesca.
Desarrollar la acuicultura en piscifactorías para aumentar la producción, (doradas, lubinas etc.) Es de destacar la empresa de Riofrío (Granada), donde se cultivan truchas y esturiones. Se necesitan más de diez años para que la producción de caviar sea económicamente viable, oero ahora tienen un producto de altísima calidad que está muy cotizado en el mercado. Otras empresas de acuicultura están destacando en la cría de doradas, sargos, herreras, besugo, etc. También se cultiva en el norte moluscos como la chirla, mejillones y pulpos y entre los crustáceos los langostinos y el famoso cangrejo rojo americano. La acuicultura:
Es el cultivo de animales y algas marinos para obtener las proteínas que demanda la población. De no ser por este tipo de cultivos los recursos pesqueros estarían ya prácticamente agotados ya que la demanda es muy superior al límite de sostenibilidad de las especies marinas. Estas técnicas se conocen desde hace miles de años en China y Egipto. En España casi el 80% de esta floreciente industria se concentra en Galicia. El cultivo se hace en instalaciones situadas cerca del mar y debidamente equipadas para controlar la temperatura del agua y la concentración de oxígeno en los tanques de cría. Son muy frecuentes las enfermedades bacterianas que se tratan con agentes antibacterianos; las enfermedades víricas suelen remitir una vez que los peces se llevan a los contenedores en el mar. La asepsia en estos cultivos es muy importante para evitar pérdidas económicas.
6.2. Recursos forestales. Aprovechamiento de los bosques. Gestión de los recursos forestales. Conceptos básicos: importancia ecológica de los bosques, importancia
económica, explotación racional, reforestación. Sin duda, los bosques son ecosistemas muy valiosos desde la perspectiva de la biodiversidad y desde luego desde un punto de vista económico y social. Sin embargo, en los últimos 50 años se ha reducido la superficie boscosa del planeta en 1/3 de la superficie original. La roturación para ampliar la superficie cultivable, la obtención de madera, los incendios, el desarrollo urbano y la lluvia ácida han contribuido notablemente a esta merma. Los bosques tropicales desaparecen a razón de 16Km2 por hora. Beneficios del bosque:
Contribuyen a la formación del suelo, amortigua los cambios térmicos.
Evitan las inundaciones por lluvias torrenciales ya que retienen el agua.
Almacena agua, previniendo las sequías. En la selva amazónica la mitad del agua que llueve es retenida por los bosques y devuelta a la atmósfera. Por lo tanto, mantienen el ciclo hidrológico.
Evitan la erosión de las pendientes.
Contribuyen a mantener la biodiversidad de animales y plantas.
Retiran CO2 de la atmósfera evitando el efecto invernadero; reciclan el nitrógeno y otros nutrientes.
Proporcionan combustibles en forma de madera y carbón.
Son una fuente de materia prima para medicamentos, aceites, gomas, resinas, caucho, frutos, tintes etc.
Son paisajes muy valorados por los humanos.
Causas de la desforestación:
Presión para aumentar la superficie de pastoreo y cultivo.
Obtención de madera y leña para consumo doméstico y a gran escala para la obtención de papel. Curiosamente, los consumidores de madera no son los países que la producen.
Incendios forestales, sobre todo si son recurrentes.
Plagas de hongos e insectos.
Lluvia ácida.
Desarrollo urbano y obras
públicas (carreteras,
pantanos, etc. A pesar de todo se puede hacer un uso
sostenible de los bosques para evitar su pérdida y deterioro
permanente:
Aumentar la eficiencia de industria maderera, eliminando el desperdicio de madera.
Usar papel reciclado.
Evitar en lo posible el uso de madera como combustible, para cocinar y para calefacción en chimeneas. Prácticamente el 50% de la madera que se extrae de los bosques es para este fin, más de 2000 millones de personas lo hacen diariamente; cuando no existe posibilidad de encontrar madera, se usa como combustible el estiércol con lo cual se pierden más de 20 millones de toneladas de cereales, que se podrían conseguir si se usara el estiércol como abono.
Hacer políticas de repoblación en lugares esquilmados con especies de árboles de alto rendimiento (fagáceas, pinos etc.)
Evitar las talas. Propiciar la recolección de frutos, esencias, tintes, productos medicinales etc.
Los indios yanomanis que habitan las selvas tropicales han usado los recursos forestales durante siglos sin destruirlos. ¿Por qué no podemos hacer lo mismo los países desarrollados económicamente?
6.3. Recursos energéticos. Biomasa. Conceptos básicos: combustión directa, biocarburantes La biomasa es un recurso muy importante que puede contribuir a paliar el déficit energético actual, debido a que es una energía renovable, limpia, barata y que usa tecnologías poco sofisticadas. Esta energía se obtiene de una gama muy amplia de productos: forestales (leña, madera, desechos de las industrias que procesan la madera); agrícolas (paja); ganaderos (excrementos, purines) y de las basuras urbanas (papel, cartón, resto de alimentos etc.). Puesto que el transporte es caro y gasta combustibles fósiles, es necesario procesar la biomasa en el mismo lugar de donde se obtiene. Esta energía se puede considerar renovable si se plantan tantos árboles o vegetales como se consumen para obtener dicha energía; así el balance de CO2 atmosférico tampoco se verá afectado. Ya hemos comentado en temas anteriores el papel que juegan las basuras urbanas en la obtención de energía de la biomasa. La incineración de los papeles, cartones y plásticos en las plantas de tratamiento de residuos liberan la energía necesaria para obtener calor, vapor de agua a presión para fabricar energía eléctrica. (Recordad que hay que filtrar los gases para que las partículas sólidas precipiten antes de emitir gases). TRANSFORMACIÓN EN BIOCOMBUSTIBLES Los residuos orgánicos pueden transformarse, mediante la acción de las bacterias y otros procesos químicos, en biofueles líquidos o gaseosos. Tipos de biocombustibles:
Biogás (60% de metano y 40% de CO2), producido por la descomposición anaerobia de los residuos y obtenido mediante la inserción de tuberías en el lugar donde estén enterrados los residuos.
Etanol. Se obtiene de la fermentación alcohólica y posterior destilación de cereales, caña de azúcar, remolacha. Desde 1987 se hace en Brasil, mezclando gasolina con etanol para reducir la factura de petróleo. En los EEUU se hace a partir de maíz, su coste es elevado aunque está subvencionado por el gobierno.
Metanol. Se obtiene a partir de madera, restos agrarios, basuras, carbón.
Bioaceites. Producidos a partir de semillas oleaginosas como la colza, girasol y soja. Una vez refinado se mezcla con gasoil para motores diesel modificados.
Inconvenientes de este tipo de energía:
- Es necesario modificar los motores de los automóviles.
- Los biocombustibles son altamente corrosivos. - La combustión provoca la aparición de NOx y formaldehido
(cancerígenos) - Los motores que usan estos biocombustibles son más difíciles de
arrancar. - Se reduce la autonomía entre un 30 y 40%.
7. Impactos sobre la biosfera. Degradación de selvas tropicales. Causas de la pérdida de biodiversidad y medidas para su conservación.
PÉRDIDA DE LA BIODIVERSIDAD La actividad humana ha tenido un efecto muy negativo sobre la diversidad
biológica. Los más afectados son los ecosistemas de agua dulce, las islas y los
bosque ecuatoriales y tropicales, cuya superficie se ve reducida en un 1% anual
(20000km2).
Para mantener la población mundial es necesario cambiar el uso del suelo de
agrícola a urbano y roturar espacios naturales donde establecer la agricultura, la
ganadería y la industria necesaria para la población. Por lo tanto la población
humana es la responsable, directa o indirectamente, de la sobreexplotación de
los recursos naturales.
Por otro lado la introducción de especies en hábitat distintos a los originales ha
causado graves problemas medioambientales (cangrejo de río americano,
escarabajo de las palmeras etc. lirio de agua del amazonas, caulerpa en el
Mediterráneo etc.)
Causas de la pérdida de biodiversidad:
Degradación y fragmentación de hábitat, gracias al cambio del uso del
suelo. Extracciones masivas de agua, fragmentación de hábitat por
urbanismo (caso de los camaleones de Málaga), construcciones de obras
públicas etc.
Introducción de especies exóticas que desplazan a las autóctonas. Estas
especies introducidas no tienen predadores naturales.
Sobreexplotación de especies. Desforestación con fines madereros,
sobrepastoreo, caza y pesca abusiva, coleccionismo, comercio ilegal de
especies protegidas.
Contaminación de atmósfera, aguas, suelo.
Cambio climático aumentado por la contaminación atmosférica (efecto
invernadero)
Industrialización de agricultura y ganadería
que provocan desertización y
desforestación.
La dehesa en Andalucía se propone como
ejemplo de lo que podría ser una relación
con el entorno que permita un desarrollo
sostenible del ecosistema natural y
nuestros intereses alimenticios. Consiste en una roturación parcial del
bosque mediterráneo, de modo que quedan los grandes árboles y su fauna
asociada a pesar de que el suelo se cultive de cereales.
MEDIDAS PARA LA CONSERVACIÓN DE LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA: El 29 de diciembre de 1993 entró en vigor el convenio sobre la Diversidad biológica (firmado en la confería de Rio de 1992), en dicho convenio se recalca de una manera muy especial la importancia de la conservación de los “genes silvestres”, sin ellos muchos cultivos podrían desaparecer ya que cada cierto tiempo hay que tratar las especies mediante técnicas de hibridación para evitar su decaimiento genético. Además aún hay especies por descubrir y propiedades que tampoco se han descubierto. Tan importante es la conservación de la biodiversidad que ahora la riqueza de cada país se valora en tres sentidos: riqueza económica, riqueza cultural y riqueza biológica o biodiversidad. Las medidas más adecuadas son las siguientes:
Establecer una serie de espacios protegidos: Parques nacionales, parques naturales, reservas de la Biosfera, Parajes Naturales etc.
Realizar estudios sobre el estado de los ecosistemas como los indicadores PER (presión: presión directa o indirecta que ejercen las actividades humanas sobre el medio ambiente. Estado: Describen los efectos derivados de la presión sobre la calidad del medio, da una idea del impacto ambiental. Respuesta: Indican el esfuerzo político o social en materia de medio ambiente. Sirve para marcar los objetivos y tomar decisiones sobre los modelos de explotación de los recursos). Los más usados son dos:
- Huella ecológica. Es una forma comprensible y fácil de evaluar si
nuestro actual consumo de recursos es sostenible o no. Es una medida de impacto ambiental total generado sobre el medio ambiente por una determinada población. Se expresa mediante la cantidad de área productiva en Ha, de la superficie terrestre necesaria para producir los recursos que se consumen, (asimilar los residuos generados, absorber todo el CO2 emitido etc.). La huella ecológica se puede calcular de forma individual, para un país o para el planeta. El valor medio anual es de 2,3Ha/hab. Sin embargo, la capacidad ecológica del planeta es de 2,1Ha/hab. Lo que significa que ya hemos superado la capacidad de carga de la Tierra. Aunque este cálculo no es matemáticamente muy exacto, puede servir muy bien para fomentar la conciencia ciudadana sobre la necesidad de respetar los ecosistemas naturales.
- Índice del Planeta Viviente: se mide el grado de pérdida de biodiversidad en los ecosistemas terrestres más representativos. Se hizo en un periodo de tiempo comprendido entre 1970 y 1999:
o Los forestales muestran una tasa de extinción del 12% de
un total de 319 especies de aves registradas en los bosques tropicales.
o Los de agua dulce muestran una tasa de extinción de un 50% de un total de 194 especies registradas.
o Los océanos muestran una tasa de extinción del 35% de un total de 217 especies de organismos marinos registrados.
El Índice de Plantea Viviente se calcula por el valor medio de los tres porcentajes descritos, lo que supone una tasa de extinción de 32.33%, es decir un tercio de las especies registradas.
Decretar y respetar las leyes promulgadas para la preservación de especies y ecosistemas. Una de las más importantes es la promulgada en 1973 para la conservación de especies en el X Convenio CITES (Convenio internacional de especies en peligro) de la ONU a los que España está adherida. Este convenio ha elaborado una lista con más de 800 especies que se encuentran en peligro de extinción, prohibiendo su comercialización. Incluye además otra lista con más de 29000 especies a las que se consideran amenazadas. En Andalucía existe una comisión de expertos que ha elaborado el denominado “Libro Rojo” de especies en peligro, que abarca especies vegetales como las orquídeas o los insectos.
Creación de bancos de genes y semillas que garanticen la supervivencia de las especies amenazadas.
Fomento del ecoturismo, en el que se valora la conservación de la naturaleza y se fomenta el conocimiento de los organismos.
