Producción primaria
Producción primaria
Producción primaria
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PARCIAL 20 MINUTOS<br />
• Quiénes son los productores primarios en los<br />
ecosistemas acuáticos límnicos? Compare y<br />
señale tres características en cada uno<br />
• Mencione 3 factores condicionantes de la<br />
estructura y dinámica de la comunidad de<br />
zooplancton
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong><br />
• Un proceso clave para la biósfera<br />
• Enlace entre el mundo abiótico y biótico,<br />
transformación de materia y energía<br />
• Base de las tramas tróficas<br />
• Generación de balance oxigénico en<br />
atmósfera.
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong><br />
en el medio acuático<br />
Energía<br />
Productores<br />
primarios<br />
Nutrientes disueltos<br />
Descomponedores<br />
Consumidores Consumidores<br />
Detritus<br />
Calor
Hábitat determina la composición de los productores<br />
primarios acuáticos<br />
Algas (perifiton) y bacterias<br />
asociadas a sustratos<br />
Macroalgas y plantas asociadas a<br />
sustrato o en suspensión<br />
Microalgas y<br />
bacterias en<br />
suspensión<br />
AUMENTA PROFUNDIDAD Y DISMINUYE LUZ
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong> bruta y neta<br />
<strong>Producción</strong>: proceso que ocurre en un lugar y en un tiempo<br />
PRODUCCIÓN BRUTA (PB): todo lo producido en un tiempo<br />
y espacio dado<br />
PRODUCCIÓN NETA (PN): lo producido luego de eliminar<br />
las pérdidas:<br />
• metabolismo, respiración, exudación (procesos catabólicos)<br />
• consumidores<br />
• sedimentación<br />
PB = PN + pérdidas<br />
Entrada<br />
PB<br />
salida<br />
(pérdidas)
Estimación de la producción <strong>primaria</strong><br />
Métodos:<br />
1. Directos: estimación del cambio en biomasa<br />
en el tiempo<br />
B tf - B t1/(t f - t 1)<br />
Muy usados en macrófitas<br />
2. Indirectos: estimación de la fotosíntesis<br />
• incorporación de CO 2<br />
• liberación de O 2<br />
Muy usados en fitoplancton y microalgas<br />
asociadas a un sustrato
Métodos indirectos:<br />
Oxígeno<br />
Se mide el cambio en la<br />
concentración de<br />
oxígeno disuelto en el<br />
agua al inicio y a lo largo del<br />
tiempo (horas).<br />
Bc – Bi = P NETA<br />
Bi – Bo = RESPIRACIÓN<br />
Bi<br />
T=inicial<br />
Alga<br />
P. NETA + RESPIRACION = P BRUTA<br />
(Bc – Bi) + (Bi – Bo) =<br />
= Bc - Bo<br />
O 2<br />
O 2<br />
O 2<br />
T=final<br />
O 2<br />
O 2<br />
O2 O2 O 2<br />
O 2<br />
Bi: botella inicial<br />
Bc: botella clara<br />
Bo: botella oscura<br />
Bc<br />
Bo
Tasa de fotosíntesis<br />
(mg C fij (mgclo) -1 h-1 Tasa de fotosíntesis<br />
(mg C fij (mgclo)<br />
12 PB máxima<br />
8<br />
4<br />
0<br />
-4<br />
Relación entre tasa fotosintética e<br />
intensidad de luz curvas “PI”<br />
Ic: Luz de compensación<br />
<strong>Producción</strong>+respiración = 0<br />
I k: intensidad de<br />
saturación <br />
PBmax<br />
50 100 150 200<br />
Irradiancia (µEm -2 s -1 )<br />
Las tres fases:<br />
Limitación<br />
Saturación<br />
Inhibición
Diferencias en los requerimientos<br />
lumínicos entre productores primarios<br />
Organismo<br />
Ic<br />
(compensación)<br />
(µEm -2 s -1 )<br />
Ik (de<br />
saturación)<br />
(µEm -2 s -1 )<br />
Planktothrix sp. 2 60<br />
Fucus (macroalga marrón) 12 200<br />
Cladophora glomerata<br />
(clorofita-perifiton)<br />
Myriophyllum (planta<br />
sumergida enraizada)<br />
40 - 100 300 – 1100<br />
42 – 45 250 - 300<br />
Valores mínimos de requerimientos de luz por<br />
macrófitas > 10 veces que para fitoplancton
Curva “PI”:<br />
fotosíntesisirradiancia<br />
Las tres fases:<br />
Limitación<br />
Saturación<br />
Inhibición<br />
Fotosíntesis<br />
Irradiancia (luz)<br />
Tasa de F (mg C fij<br />
(mgclo) -1 h-1 Z (m)<br />
12<br />
8<br />
4<br />
0<br />
-4<br />
Irradiancia (µmoles m -2 s -1 )<br />
50 100 150 200<br />
Sistema natural
Eficiencia =<br />
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>: eficiencia<br />
fotosintética<br />
Número de moles de C fijados / mol de luz absorbida (cuantos)<br />
Ej, Lake Constance (Alemania)<br />
Biomasa absorbe 6 y 50% de<br />
la radiación PAR incidente<br />
Eficiencia (producción <strong>primaria</strong>) de fitoplancton : 0.16 – 1.65%<br />
En sistemas someros gran parte de la PP ocurre en el bentos
Fitoplancton: <strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong> anual (PPA)<br />
PPA gC m-2 a-1 PPA gC m<br />
3 órdenes de magnitud: ~ 4 a ~ 5700 gC m -2 a -1<br />
Lagos<br />
Factores:<br />
Luz<br />
Temperatura<br />
Nutrientes<br />
morfometría<br />
Modificado de Kalff 2002
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>: biomasa y<br />
diferencias entre productores primarios<br />
Rautio et al, 2011, lagos<br />
someros del ártico
Eficiencia diferente entre productores primarios<br />
número de asimilación asimilación (mgC/mgCloa (mgC/mgCloa m2h)<br />
100<br />
10<br />
1<br />
0.1<br />
0.01<br />
clorofila a (mg/m2)<br />
verde: fitoplancton<br />
rojo: perifiton<br />
azul: fitobentos<br />
0.001<br />
0.1 1 10 100 1000<br />
Lagunas Rocha y Castillos, Uruguay (datos S. Limnología)
P/B<br />
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>/biomasa (P/B)<br />
Es una medida de<br />
productividad<br />
La importancia del tamaño corporal:<br />
tasas de crecimiento, autosombreamiento, depredadores
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>: factores<br />
LUZ<br />
TEMPERATURA<br />
NUTRIENTES<br />
DEPREDADORES
Rautio et al 2011, lagos<br />
someros del ártico<br />
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>: luz<br />
UV
PRODUCCIÓN PRIMARIA, FITOPLANCTON<br />
FACTORES COMBINADOS – GRADIENTE LATITUDINAL<br />
LUZ<br />
TEMPERATURA<br />
AUMENTO<br />
CICLO ANUAL<br />
2. Lago Polar<br />
1. Lago Templado<br />
dimíctico<br />
3. Lago Tropical<br />
monomíctico
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong>/biomasa (P/B)<br />
PRODUCCIÓN<br />
PRIMARIA<br />
BIOMASA<br />
PRODUCCIÓN/<br />
BIOMASA<br />
(P/B)<br />
Variación anual,<br />
fitoplancton<br />
DEPREDADORES
Ejemplos, CURVAS P-I: posibles circunstancias?<br />
TF<br />
TF<br />
TF TF<br />
Tasa de<br />
fotosíntesis (TF)<br />
Wetzel (1983)
Estado<br />
trófico<br />
SISTEMAS<br />
LÉNTICOS<br />
Fitoplancton:<br />
producción <strong>primaria</strong> y estado trófico<br />
PP media<br />
mgC/m 2 d<br />
PP annual<br />
gC/m 2 año<br />
Clorofila a<br />
µg/L =<br />
mg/m 3<br />
Grupos dominantes<br />
Ultraoligo < 50 0.01 – 0.5 Chrysophyceae,<br />
Cryptophyceae,<br />
Bacillariophyceae<br />
Oligotrófico 50 – 300 11 - 91 0.3 – 3 Chrysophyceae,<br />
Cryptophyceae,<br />
Bacillariophyceae<br />
Mesotrófico 250 – 1000 2 –15 Bacillariophyceae,<br />
Chlorophyta,<br />
(Cyanobacteria)<br />
Eutrófico > 1000 300 - 640 10- 500 Bacillariophyceae,<br />
Chlorophyta,<br />
(Cyanobacteria),<br />
Euglenophyceae<br />
(Note que los valores de producción <strong>primaria</strong> diarios están expresados en miligramos)
Perifiton y macrófitas: producción <strong>primaria</strong><br />
en sistemas lénticos someros<br />
sistema PP gC/m 2 d<br />
PERIFITON<br />
Sombreado 0.01 – 0.1<br />
Soleado 0.25 – 2<br />
Áreas soleadas<br />
productivas<br />
Hasta 20<br />
MACRÓFITAS PP gC/m 2 d<br />
sumersas Ca. 3<br />
emergentes 10- 20<br />
Note que los valores de producción <strong>primaria</strong> diarios (d) están expresados en gramos
<strong>Producción</strong> secundaria
<strong>Producción</strong> secundaria<br />
SÍNTESIS DE MATERIA ORGÁNICA A PARTIR DE MATERIA<br />
ORGÁNICA POR UNIDAD DE ÁREA / VOLUMEN Y TIEMPO<br />
Formación de nuevo tejido a partir de la re-organización de<br />
las moléculas provenientes del alimento<br />
Ingestión I<br />
Asimilación A<br />
<strong>Producción</strong> P<br />
Respiración R<br />
Reflejan características de la:<br />
1- fisiología de los organismos<br />
consumidores<br />
2- fuente de energía de los<br />
organismos consumidos: “tipo” y<br />
“calidad” del alimento
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
En comparación con los productores primarios:<br />
Productores<br />
primarios<br />
Productores<br />
secundarios<br />
+ DIVERSIDAD en cuanto a origen filogenético -<br />
- DIVERSIDAD de ESTRATEGIAS de alimentación +<br />
INTERACCIONES BIÓTICAS FUERTES<br />
AFECTAN el<br />
FUNCIONAMIENTO<br />
ECOSISTEMICO<br />
(ej.: ESPECIES “CLAVE” , peces, con fuerte potencial<br />
modificador y controlador de TODO el sistema)
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
No todo lo que se ingiere se asimila<br />
INGESTIÓN (I) = ASIMILACIÓN (A) + FECAS (F)<br />
Fecas: material<br />
que NO se usa<br />
(PSB) PRODUCCION SECUNDARIA BRUTA<br />
= ASIMILACION<br />
(PSN) PRODUCCION SECUNDARIA NETA<br />
PSN = I – F – (Respiración+ Excreción)<br />
A M: pérdidas metabólicas<br />
PSN incluye: CRECIMIENTO<br />
Y REPRODUCCION
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
Tomado de Lampert & Sommers 2007<br />
PSN = I – F – (Respiración+ Excreción)<br />
Importancia del valor umbral<br />
Asimilación<br />
Respiración<br />
<strong>Producción</strong><br />
-Aumento del<br />
tamaño (biomasa)<br />
-Reproducción<br />
Ej: peces y copépodos
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
No todo lo que se ingiere se asimila<br />
Balance energético difiere entre organismos<br />
Eficiencia:<br />
K1(P/I)100 (%)<br />
AQ: % de lo ingerido<br />
que es asimilado
Tamaño de la presa:<br />
una cuestión de economía energética<br />
Experimento de Werner & Hall 1974:<br />
Presa: Daphnia (tres tamaños: grandes, medianas y chicas)<br />
Depredador: pez<br />
El tiempo de búsqueda es un factor<br />
clave en la elección<br />
• El pez elige las daphnias más<br />
grandes si el tiempo de<br />
búsqueda < 0,5 minutos<br />
• 0,5 a 5 minutos: depreda<br />
grandes y medianas<br />
• A mayor tiempo come lo que sea
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
<strong>Producción</strong> <strong>primaria</strong> y secundaria<br />
son proporcionales<br />
<strong>Producción</strong> secundaria = -36.05 + 0.128 PP<br />
r 2 =0.82, n=17 (de: International Biological Program)<br />
Larson
300 PRODUCCIÓN (kg/ha año)<br />
200<br />
100<br />
0<br />
30<br />
15<br />
0<br />
2.0<br />
1.5<br />
1.0<br />
0.5<br />
0.0<br />
LAGOS RIOS<br />
PESO PROMEDIO PEZ (g)<br />
LAGOS RIOS<br />
RELACION P/B<br />
LAGOS RIOS<br />
Estudio comparativo:<br />
<strong>Producción</strong> de peces en<br />
lagos y ríos, sist. templados<br />
LAGOS<br />
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
n= 19-31<br />
RÍOS<br />
Especies 6,3 9,4<br />
Densidad<br />
(/ha)<br />
Biomasa<br />
(kg/ha)<br />
n= 42-58<br />
5580 75700<br />
83,8 146<br />
Los ríos son más productivos<br />
Tomado de Moss 1998
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
PRODUCCIÓN DE PECES EN LAGOS Y RÍOS<br />
1- Ríos reciben más MOP de la cuenca: SUBSIDIO ENERGETICO<br />
2- Lagos son más profundos zona trofogénica restringida<br />
3- Ríos tienen más heterogeneidad de habitats y alimento<br />
4- En lagos el control de piscívoros es mayor Menor<br />
número de especies de mayor tamaño corporal<br />
El litoral es más productivo que la zona pelágica<br />
Los ríos son más productivos que los lagos
PRODUCCIÓN SECUNDARIA<br />
Flujo de MATERIA ORGÁNICA se realiza en la ZONA<br />
EUFÓTICA a través de la:<br />
1- FASE PARTICULADA (MOP)<br />
2- FASE DISUELTA (MOD)<br />
Revalorización del papel de BACTERIAS planctónicas como<br />
productores secundarios !<br />
Organismos PROTOZOARIOS<br />
MOP (desde 0,2-0,5 µm) MOD<br />
METAZOARIOS<br />
(desde crustáceos a<br />
peces): algunos<br />
especializados en “romper”<br />
partículas grandes (bentos)<br />
BACTERIAS<br />
(y hongos)
Las bacterias como productores secundarios<br />
SEPULTACIÓN O FOSA (“SINK”) DE NUTRIENTES (CARBONO)<br />
ENLACE (“LINK”):TRAMA TRÓFICA MICROBIANA - TRAMA CLÁSICA<br />
Reintroducción del carbono en forma particulada<br />
Fitoplancton<br />
0,2 – 2000 µm<br />
COD<br />
Zooplancton grande (Metazoa)<br />
Bacterias<br />
Zooplancton<br />
pequeño (flagelados,<br />
ciliados)<br />
COP