Producción primaria: ¿cómo le afectan las variables ambientales?

En la figura se muestra cómo la producción primaria se manifiesta con distintas intensidades en el mundo. Los factores que intervienen son la temperatura y la precipitación (Smith, T y R. Smith, 2007).

Fuente: Smith, T y R. Smith, 2006

Mientras haya mayor precipitación, las plantas tienen más recursos disponibles para realizar fotosíntesis, es decir, la tasa fotosintética aumenta (Smith, T y R. Smith, 2007).

Gráfico 1: Producción primaria según la cantidad de precipitación.

Fuente: Elaboración propia, 2015.

Las temperaturas deben mantenerse dentro de cierto rango, en el cuál hay un óptimo que produce una mayor tasa fotosintética, ya que si la temperatura es demasiado alta, los estomas de las hojas de las plantas se abren durante el día para permitir el intercambio gaseoso, que va acompañado de perdida de agua por transpiración, de esa forma causando un deficit hídrico si las condiciones no son las decuadas (Smith, T y R. Smith, 2007).

Gráfico 2: Producción primaria según la magnitud de la temperatura.

Fuente: Elaboración propia, 2015.

Fuentes:

SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. 6ta edición. Universidad de Virginia.

Algunos conceptos de ecosistemas

Biomasa en pie

   Es la cantidad de materia orgánica acumulada que se encuentra en un determinado lugar en un momento dado. (Centro de Investigación y Estudio en Cambio Climático, 2015).

    Habitualmente se expresa en las siguientes unidades: g/m2 o cal/ m2, refiendose a materia seca de orgánica (Smith, T. & Smith, R., 2007).

      Productividad Primaria Bruta

     Es la cantidad total de la energía asimilada por las plantas o el total de fotosíntesis, corresponde a la cantidad total de la energía fijada por las plantas, tanto para mantención como para producción de biomasa (Smith, T. & Smith, R., 2007).

  

     Productividad Primaria Neta

     Es el saldo de energía que luego de la mantención, se destina la producción de biomasa. Los vegetales necesitan energía para la producción, mantenimiento y reproducción, por lo que ésta es gastada en el proceso de respiración en donde se libera energía. El saldo de energía y que además es almacenado como materia orgánica corresponde a la productividad primaria neta. Esta se representa por la siguiente ecuación: PPB - Ra. Donde Ra es la respiración autotrófica (Smith, T. & Smith, R., 2007).

Fuente: Portafolio electrónico biología.

      Productividad Ecosistémica Neta

    Es la energía que luego de la respiración autotrófica y la respiración heterotrófica, se destina a la producción de biomasa Esta se representa por la siguiente ecuación: PEN= PPB - Ra - Rh = PPN - Rh, donde Rh es la respiración heretotrófica (Smith, T. & Smith, R., 2007).

      En genral la productividad de expresa en las unidades de: μmol CO2 m-2 s-1 , mol CO2 m-2 d-1 , kg CO2 m-2año-2 , ton ha-1.

      Fuentes:
   Centro de Investigación y Estudio en Cambio Climático (2015) PRODUCCIÓN NETA DEL ECOSISTEMA (PNE). URL: http://www.cambioclimaticoytecnologia.org/index.php?option=com_glossary (accedido el 17 de Diciembre de 2015).

    SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. En: Martín-Romo M & Caicoya M (eds) Séptima parte: Ecología del sistema: 444-496. Pearson Educación, Madrid, España.

Actividad: modelando ecosistemas

Observa la figura 1 y genera un esquema similar pero aplicado a un ecosistema chileno (para ello, escoge tres variables).

Fuente: Smith, 2006.

Se aplica el mismo esquema al ecosistema del Parque Nacional Torres de Paine en la Región de Magallanes.

Fuentes:
SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. 6ta edición. Universidad de Virginia.

Conceptos sobre Ciclos Biogeoquímicos

Todos los nutrientes fluyen desde los componentes abióticos hasta los bióticos, los que luego vuelven a los componentes abióticos del ecosistema al ser procesados por los descomponedores, siguiendo una vía más o menos cíclica llamada ciclo biogeoquímico (Smith, 2007).

A continuación definiremos algunos conceptos claves en los Ciclos Biogeoquímicos:

Reservorio

Compartimiento de un ecosistema, estos son componentes principales de los ecosistemas, por ejemplo reservorio del suelo (Smith, 2006). Corresponde a la principal reserva dentro de un ecosistema de cualquier compuesto que pase por ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, el suelo es el reservorio del fósforo en los ecosistemas terrestres.

Fuente

Según Smith (2006), es un sinónimo de reservorio, lo deja claro al expresar "Estos reservorios, que son los componentes principales de los ecosistemas, también son llamados, reservas, fuentes o compartimientos".

Flujo

Intercambio entre dos reservorios, en los cuales se pueden intercambiar nutrientes y energía (Centro de Investigación y Estudio en Cambio Climático, 2015).

Sumidero

Es un proceso, actividad o mecanismo que elimine de la atmósfera un gas de efecto invernadero, un aerosol, o alguno de sus precursores. Aunque si nos referimos a un sumidero de carbono o sumidero de CO2, este es un depósito natural o artificial de carbono, que absorbe el carbono de la atmósfera y contribuye a reducir la cantidad de CO2 del aire. (Centro de Investigación y Estudio en Cambio Climático, 2015). 

Fuente:
ARANGO CASTAÑO, B. E., 2007. Sumideros de carbono en el marco del Protocolo de Kioto. s.l.:Universidad Libre Seccional Pereira.

SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. 6ta edición. Universidad de Virginia.

Flujos de dióxido de carbono diarios

Las plantas alternan los procesos de fotosíntesis y respiración dependiendo de la luz que tengan disponible, durante el día, cuando la luz llega a sus hojas, se produce la fotosíntesis, los  estomas se abren para dejar entrar el CO2 y liberar el oxígeno; por la noche, cuando la luz ya no llega a las hojas, se produce la respiración, cuando las plantas utilizan los productos de la fotosíntesis, ahora liberando CO2. En la imagen, podemos observar los efectos que producen la respiración y la fotosíntesis a lo largo del día en un ecosistema determinado, provocan que los niveles de dióxido de carbono cambien (Smith, T y R. Smith, 2007).

Figura 1: Flujo de dióxido de carbono en un bosque.

Fuente: T. Smith y R. Smith, 2007.

Estas variaciones están dadas por la alternancia entre los procesos de fotosíntesis y respiración, desde el amanecer, las plantas captan la radiación solar junto con el CO2 del aire, descendiendo sus niveles hasta que la radiación comienza a disminuir cerca del anochecer, cuando comienza la respiración y los niveles aumentan. Estas variaciones se dan en los estratos medios y altos de los bosques, no así en la parte baja, que mantiene niveles relativamente constantes, ya que los descomponedores emiten dióxido de carbono permanentemente, indiferentes a la variación de la radiación en un mismo lugar.

Fuentes:

SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. 6ta edición. Universidad de Virginia.

Fotosíntesis: la energía se convierte en biomasa

La fotosíntesis la entendemos como el proceso químico de producción que ocurre en las plantas verdes, es decir, con clorofila, que permite, utilizando la energía del sol, convertir sustancias inorgánicas en compuestos orgánicos altos en energía potencial química.

6CO2(g) + 12H2O(l) ---Luz---> C6H12O6 (s)+ 6H2O(l) + 6O2(g)

La clorofila tiene la capacidad de absorber la energía solar y cederla para transformar agua y dióxido de carbono en hidratos de carbono (almidón). Este proceso produce además oxígeno, que es liberado a la atmósfera y que es fundamental para el desarrollo de la vida en la Tierra, siendo su sustento.

Fuente: Fotosíntesis plantas, 2015

Este proceso es único en su tipo, ya que es capaz de reducir la entropía (grado de desorden) de los compuestos inorgánicos para transformarlos en un compuesto orgánico, más complejo y que contiene mayor cantidad de energía, lo que recibe el nombre de neguentropía, acuñado por Léon Nicolas Brillouin que planteaba que los sistemas vivos importan y almacenan neguentropía.

Figura 2: fotosíntesis en una hoja

Fuente: Universidad del Rosario.

El almacenamiento de energía en forma de entropía se manifiesta en la producción de biomasa, los procesos biológicos, se sustentan en la fotosíntesis, el crecemiento de plantas que luego dan alimento a los herbívoros y estos a la vez a los carnívoros, y todos ellos a los descomponedores.

Fuente: Bioléctrica.

Al transportarse la energía de un organismo a otro en forma de alimento se va perdiendo una parte en forma de calor, el que no puede ser transformado en otra forma, la entropía aumenta. 

Fuentes:

MARTINEZ J C. Entropía y vida. URL: http://es.slideshare.net/Klaudy1/entropia-y-vida

SMITH T & SMITH R (2007) Ecología. 6ta edición. Universidad de Virginia.