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DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA

DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA. Parte I. Balance , Eficiencia de Uso y Conservación de Recursos en Agroecosistemas. Procesos, Funciones y Servicios Ecosistémicos. DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA. Parte II.

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DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA

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Presentation Transcript

  1. DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA Parte I Balance , Eficiencia de Uso y Conservación de Recursos en Agroecosistemas Procesos, Funciones y Servicios Ecosistémicos

  2. DINÁMICA DE MATERIA Y ENERGÍA Parte II Consecuencias del reemplazo de ecosistemas naturales por agroecosistemas sobre la sustentabilidad biofísica.

  3. Estados, procesos y propiedades Ecosistema Agroecosistema Recordemos … ECOSISTEMAS vs AGROECOSISTEMAS Biomasa Alta Baja Productividad Baja Alta Estabilidad (resistencia y/o resiliencia frente a perturbaciones) Alta Baja Diversidad biológica Alta Baja Reciclado, almacenamiento y reutilización de materiales Alto Bajo Importación / exportación de materiales Bajo Alto Flujos de energía Complejos Simples Subsidios energéticos No Si Externalidades negativas No Si

  4. DINÁMICA DE ENERGÍA Y MATERIA 1.1. Captación y transformación de energía radiante: PRODUCCIÓN PRIMARIA 1.2. Transferencia, conversión y disipación de energía en cadenas tróficas: PRODUCCIÓN SECUNDARIA. Eficiencias ecológicas. 2.1. Materiales: procesos de captación, asimilación, eficiencia de uso, almacenamiento y reciclado. BALANCES Y REDISTRIBUCIÓN 2.2. Eutrofización, desertización, contaminación

  5. ECOSISTEMA AGROECOSISTEMA EXPORTACIÓN SUBSIDIOS CONTAMINACIÓN EUTROFIZACIÓN

  6. R FLUJOS Y TRANSFORMACIONES cosecha cosecha VEGETACIÓN consumo H excresión abscición MATERIA ORGÁNICA absorción NUTRIENTES BM pérdidas mineralización-inmovilización conversión PP

  7. Captación y transformación de energía radiante(reducción y fijación de C) PRODUCCIÓN PRIMARIA

  8. PPNeta = PPBruta - R RFA : aprox. 45% rad.visible Co2, O2, H2O R (EUR: 0,5 a 3%) PPB P C VIA DE CONSUMIDORES “Cadena de forrajeo” C, H2O, minerales D VÍA DE DESCOMPONEDORES “Cadena de detritos” PPN = masa o energía fijada por unidad de superficie y de tiempo

  9. CO2, O2, H2O R PPB P C VIA DE CONSUMIDORES C,H2O,minerales D VÍA DE DESCOMPONEDORES Ecuación de fijación (PPN) y transferencias PPN = PPB –R = ΔP + C + D

  10. PRINCIPALES DETERMINANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Ppmente. Radiación, temperatura y lluvia CLIMA Ppmente. Capacidad de almacenamiento de agua y minerales Estructura de comunidades (biomasa, composición, distribución). PP VEGETACION SUELO

  11. VARIACIÓN GLOBAL DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA EN ALGUNOS BIOMAS TERRESTRES. Bosques templados Cultivos Pastizales templados Tundra y desiertos

  12. Vegetación • + Vegetación Banda IR – Banda R 0.5 Vegetación frondosa > Banda IR + Banda R Índices de vegetación NDVI Landsat TM5 Agosto 1998

  13. VARIACIÓN REGIONAL DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA La precipitación como determinante de la productividad primaria en pastizales templados (Adaptado de Sala et al. 1988) Y = 0,6X – 0,33 PPAN = 0,6*(Ppción.mm – 56 mm) donde 56 mm es “ppción. no efectiva”

  14. (B+N)max N B Bmax t BR MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA PPN EN VEGETACIÓN HERBÁCEA Método de la biomasa máxima (Bmax) en poblaciones de especies anuales (ej. cultivos) Puede ser un estimador aceptable de la PPN poblaciones anuales (ej.cultivos) de comunidades herbáceas con crecimientoestacional: PPN = Bmax Supuestos y limitaciones: asume que no hay pérdidas por abscición (hojas y raíces) ni senescencia. La masa de raíz puede estimarse por muestreos pero generalmente se estima a partir de determinaciones de la relación R /A 1´.Bmaxajustada por abscición PPN = (B + N)max

  15. B +∆BB +∆B t Método IBP standard aplicable a pastizales templados. PPN = Σ (∆Bpositivos) • Supuestos y limitaciones: • El crecimiento (∆B) y la senescencia (∆L) no son simultáneos. • La PPN nunca es negativa • La PPN subterránea puede medirse igual o estimarse (R/P). No considera el recambio de raíces en cada período. • No considera pérdidas por abscición y descomposición mes En pastizales, generalmente se determina mensualmente, y se expresa como PPN media diaria: g / m2.día ; kg /ha.día; kCal/ m2.día; kj/ m2.día ó MJ/ha.día (*IBP: Programa Internacional para el estudio de la Biosfera)

  16. EFICIENCIAS ECOLÓGICAS EN CADENAS DE FORRAJEO EEps = EC x EA x EP

  17. Efectos del pastoreo sobre la captación y transferencias de energía en un pastizal natural de la Pampa Deprimida (Est. Las Chilcas; Pdo. Pila, Prov. Bs. As) . Adaptado de Doll y Deregibus 1988

  18. 2673.103 kJ/m2.año 2673.103 kJ/m2.año BA 3285 BA 915 4,41 (3) 8,66 (14) 2,88 (4,6) 10,53 (28) 24,75 (40) N 7255 N 1000 4,97 (13) 3,75 (6) L 0 L 2030 PPN 22830 PPN 13735 37,63 (100) 62,55 (100) R 11665 R 15465 37,80 (60) 27,12 (72) R 27612 R 24035 39,49 (63) 26,44 (70) SIN PASTOREO C (10,53 – 4,41) CON PASTOREO

  19. Desarrollo sucesional Eficiencias de captación y uso de radiación

  20. Productividad de la biomasa Tasa metabólica (entropía) del sistema

  21. PRODUCCIÓN SECUNDARIA La producción de herbívoros es dependiente de la disponibilidad (D) y calidad de forraje (C ): PS = f (D; C)

  22. Es función de su digestibilidad y su composición química. • CALIDAD DEL FORRAJE Proporción de material consumido que puede ser descompuesto y asimilado por el herbívoro. • DIGESTIBILIDAD • A mayor digestibilidad del forraje, mayor eficiencia por unidad consumida (eficiencia de asimilación). • A mayor digestibilidad del forraje, mayor consumo (si la disponibilidad no es limitante) por mayor velocidad de pasaje por tracto digestivo mayor eficiencia de consumo

  23. Digestibilidad como función de la composición y estructura de la comunidad vegetal Leguminosas > Gramíneas C3 > Gramíneas C4 herbáceas > leñosas anuales > perennes

  24. Disponibilidad, selectividad y EFICIENCIA DE CONSUMO plantas erectas > rastreras y rosetas canopeo alto y denso > canopeo bajo y ralo ovinos > equinos > bovinos • A mayor disponibilidad  mayor selectividad • A mayor disponibilidad  menor movilidad de los herbivoros

  25. CONSUMO POR HERBÍVOROS 20 a 40% (vegetación herbácea) 10 a 15% (vegetación leñosa)

  26. (IN)EFICIENCIA ECOLÓGICA DE LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA 0,5 a 1,5‰ de la PP

  27. EFICIENCIAS DE CONVERSIÓN (asimilación x producción o crecimiento) PP  PS • Insectos (0,7-0,8) • > peces (0,6-0,7) • >aves (0,4-0,5) • > cerdos (0,3) • > ovinos (0,2-0,05) • > vacunos (0,2 – 0,005)

  28. FASE EDÁFICA: Descomposición de la Materia Orgánica Y Reciclado de Nutrientes CADENA DE DETRITOS  detritívoros  descomponedores 

  29. Humus estable 70 a 90% Nematodes, algas, levaduras, protozoos 10% MO lábil 10 a 20% Masa orgánica total 1 a 6% Biomasa detritívoros 3 a 9% SUELO MASA ORGÁNICA Bacterias y actinomicetes 30% minerales Hongos 50% Fauna 10%

  30. DESCOMPONEDORES BACTERIAS LEVADURAS HONGOS Las bacterias y levaduras consumen principalmente materiales solubles como azúcares y aminoácidos. No pueden digerir materiales estructurales (celulosa, lignina, quitina y queratina). Estos son degradados por hongos especializados.

  31. MICROBÍVOROS (< 2 mm) BACTERIÓFAGOS: protozoos, amebas, nematodes (< 2mm) FUNGÍVOROS: ácaros, colémbolos, hormigas, nematodes, termitas. INVERTEBRADOS DETRITÍVOROS (trituran, digieren y distribuyen): MICRO-  < 100 μm MESO- 100 μm a 2 mm MACRO- 2mm a 20 mm MEGA-  > 20 mm

  32. RED TRÓFICA DE DETRITOS Ácaros carnívoros Colémbolos Nematodes herbívoros Raíces Ácaros Nematodes carnívoros Micorrizas Nematodes fungívoros Hongos Residuos de plantas y animales Dinoflagelados Amebas Bacterias Nematodes bacteriófagos

  33. Estructura de vegetación y descomposición de broza C / N C / P Lignina %C org. Ca Fenoles y terpenos Leñosas Pastos C4 Pastos C3 Dicos herbáceas Leguminosas tiempo

  34. CIRCULACIÓN DE NITRÓGENO EN UN PASTIZAL DE LA PAMPA DEPRIMIDA

  35. Atmósfera 2,05 Raíces vivas 3,2 14 Follaje vivo 1,8 38 Solución 3,9 11 8 Raíces muertas 5,8 Follaje muerto 0,5 43 26 10 MO del suelo Pasiva activa ca.360 39 Broza o litera 0,5 11,2 SIN PASTOREO Estados(cajas):g/m2 Flujos (flechas):mg/m2.día Dinámica de N en un pastizal de la Pampa Deprimida (período junio-noviembre-mayo.Adaptado de Chaneton et al. 1996)

  36. CON PASTOREO (en rojo) Atmósfera 0,6 2,05 2,05 6,6 Raíces vivas 4,7 3,2 14 11 Follaje vivo 1,0 1,8 Vacas 0,43 38 50 Solución 4,2 3,9 15 11 0,6 8 0,3 0,1 Raíces muertas 5,2 5,8 Follaje muerto 0,1 0,5 48 43 21 26 1,7 10 3,5 MO del suelo Pasiva activa 360 23 39 Broza o litera 0.1 0,5 1,5 11,2 4,7 1,2 (Adaptado de Chaneton et al. 1996)

  37. Dado que el período estudiado comprendió la estación de mayor PP (aprox.60% del total anual) del pastizal , con acumulación de nutrientes en biomasa (entradas > salidas) y disminución en fracciones muertas (salidas>entradas), los flujos estimados representarían valores máximos. • El pastoreo aumentó la absorción de nutrientes (aprox 50%), lo cual podría ser explicado por mayor demanda aérea y subterránea (mayor relación R/P y mayor tasa de recambio de raíces) para la reposición de tejidos, e indirectamente por una mayor tasa de mineralización (mayor temperatura del suelo por menor cobertura) y en mucho menor medida por transferencia desde herbívoros (7 a 9%)via excretas. • Si bien el pastoreo no cambió significativamente la disponibilidad de esos nutrientes en el suelo, aceleró la tasa de reciclado. • El pastoreo redujo las transferencias de N vía descomponedores

  38. Lecturas complementarias: • Flujo de energía a través de las comunidades. Begon, M., Harper J.L. y Townsend C.R. Capítulo 18. In ECOLOGÏA 3ª. Ed. , Omega. • Introducción TP N° 3. Dinámica de la materia y la energía en ecosistemas.

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