Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas

CIRCULACIÓN DE
MATERÍA Y
ENERGÍA EN LA
BIOSFERA
TEMA 4 (1ª parte)

Conceptos de Ecología
Biosfera: Es el conjunto formado por todos los
seres vivos que habitan la tierra.
Ecosfera: es el conjunto formado por todos los
ecosistemas de la tierra, o sea, es el gran
ecosistema planetario.
Biomas: Diferentes ecosistemas que hay en la
Tierra.

Biosfera Sistema abierto
Sistema cerrado

Conceptos de Ecología
Ecosistema: Es un sistema natural integrado
por componentes vivos y no vivos que
interactúan entre sí.
(Componentes bióticos + componentes abióticos)
Biocenosis: Comunidad de los seres vivos
(componentes bióticos) que componen un
ecosistema.
Biotopo: Es el ambiente físico y químico
(componentes abióticos) donde se desarrolla un
ecosistema.

Relaciones tróficas
Mecanismo de transferencia de energía de
unos organismo a otros en forma de
alimento.
Son relaciones de alimentación que se
representan mediante cadenas o redes
tróficas.

 Primer nivel trófico. Transforman la materia inorgánica
en orgánica mediante la energía solar (fotosíntesis) o la
energía liberada en reacciones de oxidación
(quimiosíntesis).
Nivel trófico: Productores

(Glucosa otras moléculas)
Crecimiento y reparación celular
(Reacciones de síntesis endergónicas)
Productores
H2O + CO2
Pigmentos fotosintéticos
Energía solar +
Materia inorgánica
Materia orgánica propia
(Glucosa)
FOTOSÍNTESIS (O QUIMIOSÍNTESIS)
+ O2
ANABOLISMO CATABOLISMO
Obtención energía
(Respiración celular)
Movimiento
Calor
Reacciones metabólicas

Fotosíntesis
 Se produce en los cloroplastos y su reacción global es:
6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa → C6H12O6 + 6 O2
(glucosa)
 La energía lumínica es captada por la clorofila de las
plantas utilizada para reducir moléculas de CO2 y sintetizar
moléculas orgánicas como la glucosa.
 Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otras
moléculas esenciales (para las que serán necesarias sales
minerales) en la constitución de las plantas.

Productores
 Parte de la materia orgánica sintetizada, es
consumida directamente en la respiración celular.
 El resto se almacena en forma de tejidos y puede ser
transferida a los siguientes niveles tróficos.

Organismos heterótrofos que se alimentan de
materia orgánica.
Nivel trófico: Consumidores
 Herbívoros: consumidores
1arios que se alimentan de los
productores.
 Carnívoros: consumidores
2arios que se alimentan de los
herbívoros.
 Supercarnívoros

Consumidores
Alimento (Materia orgánica)
Materia orgánica
Digestión y otras transformaciones
(Componentes sencillos alimento)
Alimento no digerido
(Excrementos )
Crecimiento y
reparación celular
+
Obtención energía
Movimiento
Calor

Respiración
 Se realiza en las mitocondrias:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energía
(glucosa)
 En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas para obtener
la energía necesaria para los procesos vitales.
 La energía desprendida en estas reacciones queda almacenada
en energía química (ATP y NADH) que la célula puede utilizar
para cualquier proceso en el que se necesite energía.

Nivel trófico: Descomponedores
Transforman la materia orgánica en materia
mineral:
Bacterias y hongos.
Productores
Consumidores
Descomponedores
Tejidos
muertos

Cadenas y redes tróficas
 Otros: Omnívoros, necrófagos, saprofitos, detritívoros...

 Ciclo de la materia:
La materia orgánica
se recicla en sales
minerales que sirven
de nutrientes para
los productores por
acción de los
descomponedores.
Ciclo de la materia
El ciclo de materia tiende a ser cerrado

 Flujo de energía: La energía
solar entra mediante la
fotosíntesis en la cadena
trófica y pasa de unos
eslabones a otros mediante
un flujo abierto y
unidireccional
 El flujo va disminuyendo al
degradarse parte de la
energía por la respiración y
las pérdidas por calor: regla
del 10%
Flujo de energía
El flujo de energía es abierto

Ciclo de materia y flujo de energía

Parámetros tróficos
BIOMASA
 Cantidad en peso de materia orgánica (viva o muerta)
de algún nivel trófico o ecosistema.
 Se expresa en unidades de peso o de energía y
puede estar referida a unidades de superficie o
volumen (g C/cm2 , kg C/m2 , tm C/ha).
 Es una medida del almacenamiento de la energía
solar en forma de energía química.

PRODUCCIÓN
Se refiere al incremento de biomasa. Es una
medida del flujo de energía que recorre el
ecosistema por unidad de superficie y tiempo.
Producción primaria: es la cantidad de energía
luminosa transformada en materia orgánica (biomasa)
por los productores.
Producción secundaria: Se refiere a la biomasa
producida por los consumidores.
Producción (P) = Biomasa / Tiempo

PRODUCCIÓN BRUTA
 Es el total de energía fijada por
unidad de tiempo en un nivel trófico.
PRODUCCIÓN NETA
 Es el aumento de biomasa por
unidad de tiempo.
 Es la energía almacenada en un
nivel trófico, o sea la energía que
queda a disposición del siguiente
nivel trófico después de descontar la
respiración.
Producción neta (PN) = Producción bruta (PB) ─ Respiración

Productores
H2O + CO2
Pigmentos fotosintéticos
Energía solar +
Materia inorgánica
(Glucosa) (PRODUCCIÓN PRIMARIA BRUTA)
FOTOSÍNTESIS (O QUIMIOSÍNTESIS)
(PRODUCCIÓN PRIMARIA)
+ O2
(Glucosa otras moléculas)
Obtención energía
Movimiento
Calor
(PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA) (CONSUMO ENERGÉTICO)

Bosque : Gran cantidad
de productores primarios:
Producción Primaria bruta alta.
Producción neta baja. Ya que
los organismos consumen mucho
en la respiración para mantener
sus estructuras.
Pradera: Predominancia
de plantas anuales que sufren
intensa depredación: Producción
primaria bruta baja.
Producción neta proporcionalmente
alta. El gasto en respiración es bajo
debido a que no tienen que
mantener estructuras complejas.

Consumidores
Alimento (Materia orgánica)
(PRODUCCIÓN SECUNDARIA BRUTA )
Digestión y otras transformaciones
(Componentes sencillos alimento)
(PRODUCCIÓN SECUNDARIA )
Alimento no digerido
(Excrementos )
(Reacciones químicas de síntesis que consumen
energía)
(PRODUCCIÓN SECUNDARIA NETA)
+
Obtención energía
Movimiento
Calor
(CONSUMO ENERGÉTICO)

Regla del 10%
 La energía que pasa de un
eslabón a otro es
aproximadamente el 10%
de la acumulada en él.
 Este porcentaje suele ir
aumentando en los últimos
eslabones

PRODUCTIVIDAD
 Relación que existe entre producción neta y biomasa.
 Indica la producción de nueva biomasa en relación con la
existente. Es un índice de la velocidad de renovación del
ecosistema o tasa de renovación. Varia entre 0 y 1.
TIEMPO DE RENOVACIÓN
 Tiempo que tarda en renovarse un nivel trófico.
Productividad = (Producción neta / Biomasa) × 100
Tiempo de renovación = Biomasa / Producción neta (días, años…)

La productividad en dos ecosistemas
CULTIVO: Productividad = 1
BOSQUE: Productividad = 0

EFICIENCIA
 Cociente entre la energía fijada en un nivel trófico o
ecosistema y la energía que llega a ese ecosistema o
nivel, o lo que es lo mismo: cociente salidas/entradas.
 Productores: Energía asimilada (Biomasa)/Energía incidente
(Aprox 1-3%)
 Consumidores: PN/alimento total ingerido.
 PN/PB(Energía asimilada) Calcula las pérdidas por
respiración (Vegetales >50% de eficiencia)
 PN/PN (nivel inferior) x 100
Eficiencia = PN del nivel n / PN del nivel n-1 × 100

Eficiencia ecológica
Eficiencia de la PPB
(Ea/Ei)
% dedicado a
Respiración (Pn/Pb)
Comunidades de
fitoplancton
< 0,5%
10 - 40%
Plantas acuáticas
enraizadas y algas de poca
profundidad
> 0,5%
Bosques 2 - 3'5% 50 - 75%
Praderas y comunidades
herbáceas
1 - 2% 40 - 50%
Cosechas
< 1,5% 40 - 50%
La eficiencia sirve para valorar los ecosistemas explotados por el hombre.

Bioacumulación
Se refiere a la acumulación de sustancias
tóxicas en concentraciones cada vez más
elevadas a lo largo de la cadena trófica y
superiores a las registradas en el medio.

El baño de Tomoko
 “Se llama Tomoko Uemura. El mercurio en el vientre de su
madre la envenenó” (1972)
Bahia Minimata (Japón)

Pirámides ecológicas
 Pirámides de números: Representa el nº de
individuos en un nivel trófico.
 Pirámides de biomasa: Representa la biomasa
acumulada en ese nivel. En sistemas acuáticos la
base puede ser más pequeña que el siguiente
escalón.
 Pirámides de energía: Sigue la regla del 10%, la
base representa la cantidad de energía en ese nivel.

Pirámides ecológicas
Pirámides de energía Pirámides de números
Pirámides de biomasa
CLIC SOBRE
LAS PIRÁMIDES
PARA AMPLIAR

Consumidores terciarios:
1,9 × 107 kcal/km2 · año
Consumidores secundarios:
5 × 108 kcal/km2 · año
Consumidores primarios:
7 × 109 kcal/km2 · año
Productores:
5 × 1010 kcal/km2 · año
Pirámide de energía
VOLVER

Pirámide de números
 Representa el nº de individuos en un nivel trófico.
3 individuos/km2
2,5 × 104 individuos/km2
Productores:
3,7 × 105 individuos/km2

8 individuos
92 individuos
Productores:
1 individuo
Pirámide de números
VOLVER

Pirámide de biomasa
 Representa la biomasa acumulada en ese nivel.
12 g peso seco/m2
43 g peso seco/m2
Productores:
950 g peso seco/m2
1 g peso seco/m2

5,3 × 105 gC/km2
7 × 105 gC/km2
Productores:
1,6 × 105 gC/km2
8 × 104 gC/km2

5 × 103 gC/km2
3,1 × 105 gC/km2
Productores:
9,3 × 105 gC/km2

21 g peso seco/m2
Productores:
5 g peso seco/m2
VOLVER
 En sistemas acuáticos la base puede ser más pequeña que el
siguiente escalón.

Factores limitantes de la producción
primaria
 LEY DEL MÍNIMO: El crecimiento de una especie vegetal se ve
limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad
inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante.
Temperatura
Agua (humedad)
Nutrientes (nitrógeno y fósforo)
Luz
Concentración de CO2
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos11.htm

Temperatura
 Un aumento incrementa la producción, pero si aumenta en
exceso decrece bruscamente.
 Los productores presentan temperaturas óptimas diferentes
según su hábitat.

Concentración de CO2
Niveles altos de CO2 aumentan la productividad como
ocurre en invernaderos.

Humedad y CO2
 El agua permite el crecimiento, al servir de vehículo
a las sales minerales.
 Los estomas se cierran para evitar la pérdida de
agua por transpiración.
 Si los estomas se cierran se impide la entrada de
CO2 por ellos y el rendimiento de la fotosíntesis
disminuye.
i[CO2] h [CO2]

Luz
 Una mayor cantidad de luz provoca un aumento de
la productividad hasta cierto nivel, sobrepasado el
cual no aumenta la productividad.
i[CO2] h [CO2]

Nutrientes
 La riqueza y productividad de los ecosistemas dependen de los
mecanismos de reciclado de los nutrientes.
 Nitrógeno y fósforo son factores limitantes muy importantes. En
ecosistemas marinos son mucho más condicionantes debido a la
dificultad para el reciclado.

Ciclos Biogeoquímicos
Atmósfera
Hidrosfera
Corteza terrestre
Biosfera

Ciclos biogeoquímicos
 Son los caminos realizados por la materia cuando
escapan de la biosfera y pasan por la atmósfera,
hidrosfera y litosfera.
 Tienden a ser cerrados.
 Las actividades humanas ocasionan la apertura y
aceleración de los mismos.
 Las acciones humanas contravienen el principio de
sostenibilidad de los ecosistemas: reciclar al máximo la
materia para que no se produzcan desechos.

Ciclo del Carbono
 Ciclo biológico: Fotosíntesis que fija carbono y
respiración que lo devuelve.
 Ciclo biogeoquímico: Atmósfera e hidrosfera
intercambian CO2 por difusión.
 Paso de la atmósfera a la litosfera: el CO2 se disuelve en
agua que ataca rocas (carbonatadas y silicatadas) formando
compuestos que irán al mar.
 Retorno del CO2 a la atmósfera mediante erupciones.
 Sumideros fósiles.

Ciclo del carbono
CO2 ATMOSFÉRICO
PRODUCTORES CONSUMIDORES
Restos Restos
RESPIRACIÓN
y
DESCOMPOSICIÓN
CARBÓN Y PETRÓLEO
Combustión
CO2 disuelto en
HIDROSFERA Incendios
Vulcanismo
DESCOMPONEDORES
Caparazones
y esqueletos
ROCAS CARBONATADAS
Fijación
bioquímica
Equilibrio
Disolución
rocas
carbonatadas
Meteorización
química
LITOSFERA: Mayor depósito terrestre de carbono.

Ciclo del Carbono
CO2 ATMOSFÉRICO
PRODUCTORES CONSUMIDORES
Restos Restos
RESPIRACIÓN
y
DESCOMPOSICIÓN CARBÓN Y PETRÓLEO
Combustión
CO2 disuelto en
HIDROSFERA Incendios
Vulcanismo
DESCOMPONEDORES
Caparazones
y esqueletos
ROCAS CARBONATADAS
Fijación
bioquímica
Equilibrio
Disolución
rocas
carbonatadas
Meteorización
química
LITOSFERA: Mayor depósito terrestre de carbono.

Ciclo del Nitrógeno
El N2 se encuentra en grandes cantidades
en forma de gas en la atmosfera, pero es
inaccesible para la mayoría de seres vivos.
Es imprescindible para la construcción de
aminoácidos y ácidos nucleicos.
Es después del P el principal condicionante
de la producción de biomasa.

Ciclo del nitrógeno
 El ciclo consta de 4 procesos:
 La fijación (N2 →NOx): se puede realizar en la
atmósfera, pero la mayor parte la realizan
microoganismos.
 La amonificación (→NH3): la realizan bacterias que
producen amoniaco proveniente de la descomposición
de seres vivos.
 La nitrificación la realizan bacterias que transforman
el amoniaco en primer lugar en nitritos (NO2
-) y después
en nitratos NO3
-).
 La desnitrificación: la realizan bacterias
anaeróbicas que descomponen los nitritos en N2.

VEGETALES CONSUMIDORES
Restos orgánicos
DESCOMPONEDORES
NO3
-
(Nitratos)
NH4
+
(Amonio)
Amonificación
(Bact. Quimiorganotrofas)
NO2
-
(Nitritos)
Nitrosación
(Nitrosomonas sp.)
LEGUMINOSAS
(Rhizobium sp.)
Fijación simbiótica
Desnitrificación
(hongos
y
Pseudomonas…)
Vulcanismo
ACTIVIDAD HUMANA:
Combustiones, Fijación
industrial, uso fertilizantes
N2 atmosférico

Ciclo del Fósforo
La reserva principal de fósforo lo
constituyen los fosfatos (litosfera -> lento
retorno).
Aunque existe mucho más N que P en la
Tierra, los organismos necesitamos tener
más P que N, por ello es el principal factor
limitante para la producción de biomasa.

Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas

Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas

Similar a Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas (20)

Más de IES Vicent Andres Estelles

Más de IES Vicent Andres Estelles (20)

Último

Último (20)

Presentación T4a 2022. Circulación de materia y energía en los ecosistemas