Ecología de Ecosistemas: Ciclo de carbono y flujo de energía

•¿Qué es un ecosistema?

•¿Cómo entra el carbono a los ecosistemas?

•Productividad primaria neta

•Descomposición

•Respiración heterotrófica

•Productividad neta del ecosistema

¿Qué es un ecosistema?

• Es un concepto holístico que abarca los seres vivos y el ambiente en donde viven como una entidad

¿Qué es un ecosistema?

CHOICE A. La pradera B. La gota de agua C. Las manos D. Las tres E. Ninguna F. No sabe, no contesta G. No sabe H. Sabe pero no contesta

Fig. 1.2

Chapin et al., 2011 8/29/11

¿Qué estudia la ecología de ecosistemas?

La ecología de ecosistemas estudia stocks, flujos de materia y energía, y sus controles

¿Qué estudia la ecología de ecosistemas?

• COMPONENTES: Variables de estado

• FLUJOS: tasas

• REGULADORES: controles de los flujos

¿Cuáles son los componentes, los flujos y los reguladores de este sistema?

• ¿Por qué las selvas tienen mucha biomasa en pie pero poca en el mantillo mientras que en las turberas es al revés?

• ¿Por qué la concentración de CO2 atmosférico disminuye en el verano?

• ¿Qué pasa con el fertilizante de los cultivos que no se cosecha?

Fig. 1.3

Chapin et al., 2011 8/29/11

Fig. 1.7

Chapin et al., 2011 8/29/11

Fig. 1.8

Chapin et al., 2011 8/29/11

Paruelo 2015

Ciclo del Carbono

¿Cómo ingresa el carbono en los ecosistemas?

Fig. 5.2 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.4 8/31/11 Chapin et al., 2011

Controles sobre la fotosíntesis

Fig. 5.5 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.6 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.9 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.10 Chapin et al., 2011

Gan

anci

as

Pérd

idas

Fig. 5.12 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.13 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.14 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.18 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.19 8/31/11 Chapin et al., 2011

Controles de la productividad primaria bruta

Fig. 5.21 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.22 8/31/11 Chapin et al., 2011

Fig. 5.24 8/31/11 Chapin et al., 2011

Duración de la estación de crecimiento explica una diferencia importante entre los distintos biomas

PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA ¿qué es?

• Ganancia neta de carbono por parte de las plantas

– Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema

PPN = PPB - R

Productividad Primaria Neta

Respiración Productividad Primaria Bruta

Respiración Autotrófica ¿qué es?

• Es el proceso por el cual una planta obtiene energía para adquirir nutrientes, crecer y mantenerse

Respiración de la planta=

Crecimiento Mantenimiento Absorción de nutrientes

Energía hoja nueva

Reemplazo de proteínas

Adquisición contra gradiente

80Prod:20Resp 85% 25-50%

Respiración Autotrófica 50% de PPB

PPB (g C m-2 año-1) PPB (g C m-2 año-1)

PP

N (

g C

m-2

añ

o-1

)

Waring et al 1998, Forest Ecology

Productividad Primaria Neta ¿qué es?

Ganancia neta de cabono por parte de las plantas

[ g C m-2 año-1 ]

• Biomasa nueva

• Compuestos solubles excretados al medio (exudados)

• Transferencia de carbono a organismos simbiontes

• Emisión de volátiles

Difícil de estimar; 30% de PPN Curci et al 2009 Atmospheric Environment

Productividad Primaria Neta ¿qué es? - x.ej. cultivo

Productividad Primaria Neta ¿qué es? x.ej. bosque templado

Cosecha Estimadores indirectos

No destructivo Índice Verde

Productividad Primaria ¿cómo estimarla?

Identifican la biomasa producida en el año.

Productividad Primaria Neta: Océano Tierra

48,5 PgC/año 56,4 PgC/año

g C m-2 año-1 Field et al 98 Science 1PgC = 1012 kgC

Productividad Primaria Neta: Océano y Tierra

¿qué organismo la realiza?

Flombaum et al 2013 PNAS

Eucariotas Arqueas y Bacterias

Virus

Proteínas

Moléculitas Átomos

CIANOBACTERIAS

Controles de la Productividad Primaria Neta

ABIÓTICOS BIÓTICOS

• Precipitación

• Temperatura

• Luz

• Nutrientes

• Textura del suelo

• Composición de especies

• Herbivoría

• Riqueza de especies

• Asociaciones simbióticas

Control: Factor que regula la magnitud del flujo

Controles Abióticos Climáticos

Nemani et al 2003, Science

Sala et al. 1988 Ecology

Controles Abióticos Precipitación

Controles Abióticos Precipitación

Sala et al. 1988 Ecology

170 mm

6 especies 95% PPN

Controles Bióticos

Riqueza de Especies

Mulinum spinosum

Senecio filaginoides

Adesmia campestris

Poa ligularis

Stipa speciosa

Stipa humilis

Controles Bióticos Riqueza de Especies

Diversidad de especies [número]

2003

2005

2004

1 2 3 4 5 6

0

5

10

20

AN

PP

(log s

cale

) [g

m-2

yr-1

]

PP

NA

[g

m-2

añ

o-1

]

Flombaum & Sala 2008, PNAS

Productividad Primaria Neta

• Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema

• 50% de la PPN global es realizada en el océano por organismos unicelulares

• Existen controles bióticos y abióticos de la PPN, y su importancia varía según el contexto ecológico

DESCOMPOSICIÓN

• Es el proceso del ecosistema por el cual la materia orgánica muerta se transforma en CO2, nutrientes inorgánicos y un pool de moléculas recalcitrantes – Esta transformación se produce por lixiviación,

fragmentación y alteración química

– Cuando la descomposición está tan avanzada que no se reconoce el material original de la materia orgánica, se considera que forma parte de la materia orgánica del suelo (SOM)

Fig. 7.2 Chapin et al., 2011

Tasa de descomposición (y tiempo de residencia)

Lt = L0e-kt

ln (Lt/L0 ) = -kt

Lt y L0 materia en tiempo t y 0

-k : constante de descomposición

t: tiempo

Fig. 7.3 Chapin et al., 2011

Chapin et al., 2011 Fig. 7.4

Controles de la descomposición

• Calidad de la broza

• Características de la comunidad microbiana

• Ambiente físico

Chapin et al., 2011 Fig. 7.6

Calidad de la broza

Chapin et al., 2011 Fig. 7.7

Calidad de la broza

Chapin et al., 2011 Fig. 7.8

Calidad de la broza

Comunidad microbiana

• La actividad de los microorganismos es más importante que la biomasa de los mismos

– A mayor broza en el suelo, mayor biomasa de microorganismo

• Distintas comunidades de microorganismos difieren potencialmente en la tasa de producción y el tipo de enzimas

Ventaja de local

Chapin et al., 2011 Fig. 7.10

Controles ambientales

RESPIRACION HETEROTRÓFICA

Es el resultado de la actividad biológica de microorganismos del suelo y animales, y constituye la principal pérdida de CO2 de los ecosistemas

Chapin et al., 2011 Fig. 7.14

Chapin et al., 2011 Fig. 7.15

Chapin et al., 2011 Fig. 7.16

PRODUCTIVIDAD NETA DEL ECOSISTEMA

• Es el balance del carbono que entra menos el que sale del ecosistema

• NEP = GPP – Recosy = NPP – Rhet

Recosy es la suma de la respiración autotrófica y heterotrófica

Ciclo del Carbono