ecologia y sus elementos

1. LA ECOLOGÍA ANTE EL SIGLO XXI AULA SENIOR. Curso Académico 2012-2013 Departamento de Ecología e Hidrología Tema 6. La vida sobre tierra firme. Los ecosistemas terrestres: organización Los ecosistemas terrestres: organización y estructura Profesora: Concepción Marcos

2. Superficie de agua tierra y principales usos en los ecosistemas Superficie de agua, tierra y principales usos en los ecosistemas terrestres. (Datos de usos del territorio de 1989, FAO Production Yearbook, 1990). Area (millones de Km2) Porcentaje del total Porcentaje de la superficie emergida emergida Superficie terrestre total Océanos Aguas dulces Tierra Cultivos Pastos Bosques y s. forestales Otras tierras* 510 376 74% <1% 26% 3 131 14,8 33,0 40,9 42,1 11% 25% 31% 32% *Incluye los hielos, la tundra, los desiertos y las ciudades

3. Organización del ecosistema S l Sol Productores primarios p Herbívoros Herbívoros detritos carnívoros carnívoros Bacterias/ descomponedores p Carnívoros de 2º orden Carnívoros de 2º orden Detritívoros Detritívoros Ciclo de la materia Ciclo de la materia

4. ECOSISTEMA ECOSISTEMA BIOTOPO BIOTOPO BIOCENOSIS BIOCENOSIS RELACIONES RELACIONES ENTRE SERES VIVOS Y MEDIO

5. ECOSISTEMAS TERRESTRES • HAY UNA GRAN VARIABILIDAD TANTO ESPACIAL COMO TEMPORAL DE LOS FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS (Y , EN CONSECUENCIA, DE LAS COMUNIDADES O POBLAMIENTOS) POBLAMIENTOS) ASPECTOS DIFERENCIADORES: • AGUA O HUMEDAD COMO FACTORES LIMITANTES (EVITAR LA DESHIDRATACIÓN) • FLUCTUACIONES Y VALORES EXTREMOS DE TEMPERATURA MÁS FRECUENTES Y PRONUNCIADOS Y PRONUNCIADOS • RÁPIDA CIRCULACIÓN DEL AIRE A TRAVÉS DEL GLOBO. MEZCLA FÁCIL Y CONSTANTE DEL O2Y CO2. NO LLEGAN A FORMARSE CAPAS ANÓXICAS • EXISTENCIA DE BARRERAS GEOGRÁFICAS • EXISTENCIA DE BARRERAS GEOGRÁFICAS • ATMÓSFERA TERRESTRE MENOS DENSA (LIMITACIONES A LA VIDA Y AL TRANSPORTE SUSPENDIDO). DEPENDENCIA MAYOR DEL SUELO O SUSTRATO COMO SOPORTE FÍSICO • DESARROLLO DE MECANISMOS ESPECIALES PARA LA DISPERSIÓN DE INDIVIDUOS (YA QUE EL VIENTO Y LA ATMÓSFERA RESULTAN MENOS EFECTIVOS QUE EL AGUA Y LAS CORRIENTES OCEÁNICAS)

6. La radiación solar es la única fuente de energía (recurso energético) que las plantas verdes pueden utilizar para sus actividades metabólicas. La energía radiante llega hasta la planta en forma de flujo de radiación procedente del sol, ya sea de modo directo, tras difusión por la atmósfera, o reflejada o transmitida por otros objetos. Cuando una hoja intercepta energía radiante, esta puede ser reflejada, transmitida o absorbida. Tan sólo una reducida fracción llega hasta los cloroplastos y activa el proceso de la fotosíntesis. Esta energía es convertida durante la fotosíntesis en compuestos químicos de carbono, ricos en energía, que más tarde serán desdoblados en la respiración (ya sea de la propia planta o por los organismos que se alimentan de ella o la descomponen).

7. La radiación solar es un recurso continuo – un espectro de diferentes longitudes de onda- pero el aparato fotosintético sólo es capaz de acceder a la energía de una banda restringida de dicho espectro. Los pigmentos clorofílicos fijan la radiación en la banda de ondas comprendidas entre 380 y 710 nm Esta es la banda de radiación fotosintéticamente activa (PAR entre 380 y 710 nm. Esta es la banda de radiación fotosintéticamente activa (PAR, RFA). Tan sólo un 44% aproximadamente de la radiación solar total que incide sobre la superficie de la Tierra a nivel del mar se halla en esta banda, el resto no puede ser usado por las plantas puede ser usado por las plantas como recurso energético. Por consiguiente, la naturaleza del sistema clorofílico establece una limitación básica de la actividad de las plantas verdes. A su vez, esto limita la energía que fluye desde las plantas verdes hacia el conjunto del ecosistema.

8. Se conoce como producción primaria neta la diferencia entre la fotosíntesis y la respiración. La producción neta es negativa en la oscuridad, ya que la respiración es superior a la fotosíntesis. Hay un punto en el que la fotosíntesis compensa exactamente a la respiración: el Hay un punto en el que la fotosíntesis compensa exactamente a la respiración: el punto de compensación. Durante un día claro y soleado una hoja Durante un día claro y soleado, una hoja expuesta a la luz puede ser incapaz de aprovechar una alta proporción de la radiación incidente: -la intensidad luminosa será óptima cuando la radiación incida sobre la hoja con un ángulo de 90º -las hojas pueden estar superpuestas, formando varias capas. Cada estrato, cada planta y cada hoja interceptan la luz y crean así una zona de privación del recurso (ZPR). -la tasa de fotosíntesis de una hoja depende también de lo que exigen de ella otras partes de la planta.

9. Atenuación de la radiación solar que incide en distintas comunidades vegetales: a) bosque, b) pastizal TIPO DE ECOSISTEMA BOSQUE TROPICAL LLUVIOSO BOSQUE DE CONÍFERAS BOSQUE TEMPLADO CADUCIFOLIO BOSQUE TEMPLADO CADUCIFOLIO ISF 6 a 10 2 a 4 3 a 5 3 a 5 El índice de superficie foliar (ISF) mide la superficie de hojas por unidad de superficie de suelo.

10. La mayor eficacia de utilización de la luz que se ha encontrado en las plantas es del 3 4 5% en microalgas marinas cultivadas a intensidades plantas es del 3-4,5% en microalgas marinas cultivadas a intensidades luminosas bastante bajas, en los bosques tropicales los valores son de 1-3’5, y en los bosques de zonas templadas de 0’6-1’2%. La eficacia aproximada de los campos de las zonas templadas es de un 0’6% ’ % De tales niveles de utilización de la luz como recurso depende la energética de todos los ecosistemas energética de todos los ecosistemas. Eficacia en la utilización de la luz: 3 4’5% 3-4 5% 1 3’5% 1-3 5% 0’6 1’2% 0 6-1 2% 0’6% 0 6%

11. La mayoría de las hojas están sometidas a un régimen de luz que varía a lo largo del día y del año, y en un medio ambiente con otras hojas que modifican la calidad y cantidad de luz recibida. Esto ilustra dos propiedades importantes de todos los recursos: su provisión puede variar de modo sistemático y no sistemático. Las formas en que un organismo reacciona ante al abastecimiento sistemático (predecible) o no sistemático (impredecible) de un recurso refleja su fisiología actual y su evolución anterior evolución anterior. Podemos decir que los elementos sistemáticos de la variación de la intensidad luminosa son los ritmos diarios y anuales de la radiación solar.

12. Para hacer una planta se necesita algo más que luz, CO2 y agua, se requieren también recursos minerales o nutrientes: macronutrientes (aquellos necesarios en cantidades relativamente elevadas (N P Na S K Ca Mg y Fe)) y micronutrientes (Mn Zn Cu y Bo) relativamente elevadas (N, P, Na, S, K, Ca, Mg y Fe)) y micronutrientes (Mn, Zn, Cu y Bo). Cada elemento penetra en la planta de forma independiente, como ión o como molécula, y cada uno tiene sus propiedades características de absorción del suelo y de difusión que afectan a su capacidad de acceso a la planta afectan a su capacidad de acceso a la planta. Además, diversas especies no utilizan los recursos minerales en la misma proporción, y existen diferencias notables en la composición mineral de los tejidos de distintas especies y entre las distintas partes de una misma planta Estas diferencias pueden desempeñar un entre las distintas partes de una misma planta. Estas diferencias pueden desempeñar un papel importante en la limitación de determinadas plantas a determinados tipos de suelos. Entre el agua y los minerales del Entre el agua y los minerales del suelo como recursos para las plantas existen intensas interacciones. Existen interacciones similares entre Existen interacciones similares entre los recursos minerales.

13. La mayoría de las plantas terrestres obtienen del suelo el agua que necesitan. La cantidad de agua que éste contiene y su disponibilidad para las plantas La cantidad de agua que éste contiene, y su disponibilidad para las plantas, varía con su estructura física. Potencial hídrico atm -Textura del suelo 100 100 - Potencial hídrico (fuerza que tienen que vencer las raíces de las plantas para extraer el agua del suelo) agua del suelo) 10 1 AGUA DISPONIBLE DISPONIBLE 0,1 - La mayoría de las plantas pueden ejercer una tracción equivalente a una fuerza de 15 t b l ~15 atm sobre el agua del suelo. Nos referimos al potencial hídrico de 15 atm como el coeficiente de marchitamiento o t d hit i punto de marchitamiento del suelo. 0,01 d l l N 10 20 30 40 50 Humedad del suelo % t d l l -Capacidad de campo (cantidad de agua retenida contra la gravedad por fuerzas de atracción > 0,1 atm) - La diferencia entre la capacidad de campo y el coeficiente de marchitamiento campo y el coeficiente de marchitamiento mide el agua disponible para las plantas.

14. Un factor importante para los organismos es la humedad relativa del ambiente aéreo, que normalmente presenta una concentración de agua más baja que la de los propios organismos. Por ello, los organismos tienden a perder agua por evaporación y a través de la excreción de los productos residuales, pérdidas que son contrarrestadas por el agua p , p obtenida a través del metabolismo, o la ingerida. q p g En la práctica, los efectos de la humedad relativa resultan difíciles de separar de los de la temperatura la temperatura. Además, la humedad relativa y la temperatura pueden actuar junto con la velocidad del viento: el movimiento rápido del aire sobre una superficie de evaporación mantiene el di t d h d d i t l t gradiente de humedad e incrementa la tasa de evaporación. d ió Finalmente, a menudo resulta imposible separar la humedad relativa de un medio ambiente de la disponibilidad general de agua dentro del mismo. Ambas cosas tienen una causa común y se combinan para caracterizar a un medio ambiente que exige especializaciones en cuanto a la morfología, fisiología, comportamiento y ciclo vital.

15. Al examinar las relaciones entre los organismos y la temperatura ambiental se organismos y la temperatura ambiental se podría dividir a los organismos en dos tipos: - Homeotermos: aquellos que, cuando la q temperatura ambiental varía, mantienen una temperatura corporal aproximadamente constante. q , - Poiquilotermos: aquellos que, cuando la temperatura ambiental varía, muestran una temperatura corporal variable temperatura corporal variable. O, de otro modo: - Endotermos (aves y mamíferos), que Endotermos (aves y mamíferos), que regulan su temperatura mediante la producción de calor dentro del propio cuerpo. E t t - Ectotermos (otros animales, plantas, hongos,..) que dependen de fuentes exteriores de calor. ( t i l l t

16. Casi todos los ectotermos modifican o moderan el calor intercambiando con el medio a través de distintos mecanismos (algunos son propiedades fijas de determinadas especies como las hojas reflectantes, lustrosas o plateadas de muchas plantas de los desiertos, otros son respuestas de comportamiento, o aspectos complejos de su fisiología). A pesar de esto, la temperatura corporal de un ectotermo varía significativamente con la de su ambiente por tres razones principales: significativamente con la de su ambiente por tres razones principales: -el poder regulador de los ectotermos es muy limitado, -dependen de las existencia y el tipo de las fuentes exteriores de calor, p y p , -el grado en que un organismo regula su temperatura será un compromiso entre los costes y los beneficios que implique.

17. Cuando la relación entre el crecimiento y/o el desarrollo y la temperatura es Cuando la relación entre el crecimiento y/o el desarrollo y la temperatura es efectivamente lineal, podemos hablar de un valor único muy útil: el número de grados-día. No se puede decir que los ectotermos necesiten un cierto tiempo para completar el desarrollo, lo que necesitan es una combinación de tiempo y temperatura: tiempo fisiológico.

18. Es importante observar que la distribución global de las comunidades vegetales y p q los principales biomas puede ser explicada por los efectos combinados de la temperatura y las precipitaciones anuales medias, o por los efectos combinados de la temperatura y la humedad relativa. g g y

19. Convergencia entre comunidades: Los biomas terrestres nieves perpetuas nieves perpetuas nieves perpetuas tundra tundra tundra taiga taiga taiga altura bosque templado bosque templado bosque templado bosque tropical bosque tropical bosque tropical bosque tropical bosque tropical bosque tropical bosque templado bosque templado bosque templado taiga taiga taiga tundra tundra tundra casquete polar casquete polar casquete polar latitud latitud latitud En función de la latitud, la temperatura y las precipitaciones, en definitiva, de las características básicas del clima, podemos dividir la tierra en zonas con elementos , p semejantes. Un bioma, también llamado paisaje bioclimático, es una determinada parte del planeta que comparte un clima, vegetación y fauna relacionados.

21. -Tundra: Presenta escasez de precipitaciones y un clima muy frío, permaneciendo su suelo helado la mayor parte del año (sólo en verano se descongela) Abundan los musgos y año, (sólo en verano se descongela). Abundan los musgos y líquenes. Se extiende principalmente por Siberia, Alaska, Groenlandia, sur de Chile y Argentina y algunas zonas del norte de la Antártida. -Taiga: o bosque boreal esta caracterizado por las formaciones boscosas de coníferas, siendo la mayor masa forestal del planeta. Se sitúa principalmente en Siberia, norte de Europa, norte de Canadá y Alaska, no existiendo en el hemisferio sur. El clima es extremadamente frío y húmedo con pocas precipitaciones El suelo está cubierto de nieve la con pocas precipitaciones. El suelo está cubierto de nieve la mayor parte del tiempo y el periodo favorable para la vida de las plantas se reduce a cuatro meses. - Bosques templados. Es un área boscosa asociada a climas fríos. Tiene una pluviosidad intermedia entre las sabanas y el bosque tropical y presenta estaciones bien dif i d P d b diferenciadas. Pueden ser bosques de árboles caducifolios (pierden sus hojas en invierno) o perennes (mantienen la hoja durante todo el año). En este último caso destacan los bosques de coníferas que se explotan para extraer madera y bosques de coníferas que se explotan para extraer madera y celulosa. d á b l d if li

22. - Pradera: o estepa, se caracteriza por su clima templado y contrastado entre el invierno (frío) y el verano (caluroso). Se le considera el ecosistema de transición entre el Se le considera el ecosistema de transición entre el desierto y el bosque, suele aparecer en el interior de los continentes y la mayoría han sido alteradas extensamente y ahora son las principales regiones mundiales de d ió d l L producción de cereales. Las praderas principales se extienden en la Pampa argentina, los Grandes llanos del norte de América y Eurasia Central. - Sabana: Generalmente son llanuras de clima tropical Sabana: Generalmente son llanuras de clima tropical donde las precipitaciones son mucho menores que en el bosque tropical existiendo una estación seca y otra lluviosa. En las sabanas abundan los matorrales, pastos y i t á b l S existen pocos árboles. Son consideradas zonas de transición entre bosques y estepas. Las sabanas son frecuentes en África (Serengueti, Ngorongoro) pero también existen en otras zonas del planeta (sabana de San también existen en otras zonas del planeta (sabana de San Rafael en Venezuela). - Bosque húmedo tropical. También recibe el nombre de selva tropical. Se caracteriza por abundantes i it i lt t t precipitaciones, altas temperaturas que se mantienen estables a lo largo del año (en torno a 25º C) y una gran biodiversidad. Tienen también un gran interés desde el punto de vista de la farmacología porque de ellas proceden p gran cantidad de medicinas naturales. El caso más característico es la selva del Amazonas. d i i l id d d ti g p q p

23. - Desiertos: Se caracterizan por la escasez de lluvias, la escasez de vegetación y los drásticos cambios de temperatura: los días son tremendamente calurosos mientras que las noches son muy frías. Destacan los desiertos de: Sáh K l h i G bi A i Sáhara, Kalahari, Gobi, Arizona, Atacama, etc. At t

24. CONVERGENCIA ENTRE COMUNIDADES Un tipo de vegetación como el “maquis mediterráneo” puede ser encontrado alrededor del mediterráneo pero también en California, Chile, Sudáfrica y sur de Australia. Todas ellas son áreas con climas muy similares. La similitud de las vegetaciones de pone de manifiesto en las fotografías aéreas o con la simple observación visual. Sin embargo, la lista que un taxónomo puede con la simple observación visual. Sin embargo, la lista que un taxónomo puede obtener de las especies existentes (incluso de las familias representadas) no proporcionaría ninguna indicación de la similitud.

25. Estas similitudes han demostrado ser extraordinariamente difíciles de describir y de medir. A menudo se trata de rasgos de la “arquitectura” de las diversas plantas de medir. A menudo se trata de rasgos de la arquitectura de las diversas plantas existentes, y estos rasgos no son fáciles de cuantificar. Por ello se utilizan a menudo términos cualitativos, algo vagos, tales como b t t t b j t l arbusto, mata, monte bajo, matorral, maleza, etc. l t Uno de los modos más simples de clasificar las formas vegetales sin tener en cuenta su sistemática, es el propuesto por el botánico danés Raunkiaer (1934), teniendo en cuenta la forma en que están dispuestos y protegidos los meristemos en las plantas. ,

27. Formas de vida de Raunkiaer: clasificación de las formas Formas de vida de Raunkiaer: clasificación de las formas vegetales según disposición y protección de los meristemos. yemas

28. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Fanerófitos: Fanerófitos: (phaneros=visible) yemas perennes por encima de los 25 perennes por encima de los 25 cm. Árboles y arbustos > 25 cm Climas cálidos y húmedos Climas cálidos y húmedos

29. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Caméfitos: (chamia=en el suelo) Caméfitos: (chamia=en el suelo) yemas perennes en la superficie del suelo o hasta 25 cm suelo o hasta 25 cm Climas fríos y secos

30. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Criptófitos: (kryptos = escondido) Criptófitos: (kryptos escondido) yemas perennes enterradas en el suelo, en un bulbo, rizoma o tubérculo. Protección hielo y sequías Climas fríos y húmedos y

31. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Terófitos: (theros = verano) Terófitos: (theros = verano) plantas anuales con semillas Tí i Típicos de desiertos y pastos d d i t t

32. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Hemicriptófitos: (hemi=mitad Hemicriptófitos: (hemi=mitad kryptos = escondido) yemas perennes en la superficie del suelo. perennes en la superficie del suelo. Muchas desarrollan rosetas de hojas Climas fríos y húmedos

33. Formas de vida de Raunkiaer: Formas de vida de Raunkiaer: Epífitos: (epi = sobre) plantas que crecen sobre otras plantas. Raíces aéreas p

35. El hombre y los ecosistemas terrestres terrestres El hombre rompe el equilibrio del ajuste entre las diferentes especies y el medio que las alberga: - Fragmentación de los paisajes Fragmentación de los paisajes (metapoblaciones, extinción de especies) - Alteración y destrucción de los hábitats Alteración y destrucción de los hábitats - Cambios en la estructura original de las comunidades e introducción de especies ló t Pé did d Bi di alóctonas. Pérdida de Biodiversidad id d - Contaminación en general: térmica, por hidrocarburos, productos tóxicos o bioacumulables, hidrocarburos, productos tóxicos o bioacumulables, plaguicidas, etc. - Selección genética de variedades y razas

36. Ubicación de los bosques por regiones. Dos tercios de los bosques del mundo están situados en sólo 10 países: la Federación de Rusia, Brasil, Canadá Estados Unidos de América China Australia la República Canadá, Estados Unidos de América, China, Australia, la República Democrática del Congo, Indonesia, Angola y Perú

37. Superficie forestal en porcentaje de la superficie terrestre del país

38. Variación anual neta de la superficie forestal por regiones, 1990-2000

44. FRAGMENTACIÓN FRAGMENTACIÓN DE LOS HÁBITATS

45. Cambios medios en las condiciones climatológicas provocadas por la urbanización. A partir de Landsberg (1970), Horbert (1978), Oke (1980) y Hobbs (1980) p g ( ) ( ) ( ) y ( ) Elemento Comparación con el entorno rural Radiación Radiación Global Global Ultravioleta, invierno Ultravioleta, verano Duración día-luz 2 10% menos 2-10% menos 30% menos 5% menos 5-15% menos Temperatura Media anual Días de sol Mayor diferencia nocturna 1-2ºC más 2-6º más 11ºC más Velocidad del viento Media anual Sin viento 10-20% menos 5-20% más Humedad relativa Humedad relativa Invierno Invierno Verano 2% menos 2% menos 8-10% menos Precipitaciones Total 5-30% más Nubosidad Cielo cubierto Niebla, invierno Niebla, verano 5-10% más 100% más 30% más Contaminación Núcleos de condensación Mezclas gaseosas 10 veces más 5-25 veces más

47. DESTRUCCIÓN DEL HÁBITAT CONTAMINACIÓN EN CONTAMINACIÓN EN GENERAL