Ecologia d'Ecosistemes: Flux d'Energia, Cicles Biogeoquímics i Dinàmica Poblacional

Flux d'Energia en els Ecosistemes

Les plantes, com a productors primaris, només aprofiten aproximadament un 1% de la llum solar per realitzar la fotosíntesi, la qual cosa les fa relativament poc eficients en la conversió energètica en comparació amb, per exemple, una placa solar. A més, en el pas d'un nivell tròfic al següent, només s'aprofita al voltant d'un 10% de l'energia disponible, perdent-se la resta principalment en forma de calor.

Biomassa i Producció

La biomassa es defineix com la quantitat de matèria viva per unitat de superfície o volum, segons si ens trobem en un ecosistema terrestre o aquàtic, respectivament. Es pot mesurar en unitats com kg/Ha o Tn/ha.

La producció és la biomassa que fabrica un ecosistema per unitat de temps. S'expressa, per exemple, en kg/ha·any o Tn/ha·any.

Exemple de Càlcul de Producció

Si un ecosistema produeix 70 tones de biomassa en 3 hectàrees durant 1 any, la producció seria:

P = 70 Tn / (3 Ha · 1 any) = 23,3 Tn/Ha·any

Piràmides Tròfiques

Les piràmides tròfiques solen representar la biomassa o l'energia disponible en cada nivell tròfic. Tenen forma de piràmide perquè, a mesura que pugem en la cadena alimentària, la biomassa i l'energia disponibles disminueixen progressivament.

Reciclatge de la Matèria i Descomponedors

A diferència de l'energia, que es perd en cada transferència, la matèria sí que es recicla dins dels ecosistemes. Aquest procés és possible gràcies a uns microorganismes anomenats descomponedors, que converteixen la matèria orgànica en inorgànica, és a dir, en minerals. Aquest reciclatge inclou els cicles biogeoquímics d'elements essencials com el carboni, el nitrogen o l'aigua.

Cicles Biogeoquímics

Anomenem cicles biogeoquímics al camí que segueixen determinats elements químics des que formen part d'un ésser viu fins que retornen al medi ambient.

Els cicles més importants són:

Cicle del Carboni

El carboni és un element essencial per a tots els éssers vius. El cicle comença quan les plantes absorbeixen diòxid de carboni (CO₂) de l'atmosfera durant la fotosíntesi i el transformen en matèria orgànica. Els animals mengen aquestes plantes i incorporen el carboni als seus cossos. Quan plantes i animals respiren, moren o es descomponen, el carboni torna a l'atmosfera en forma de CO₂. També pot quedar atrapat durant molt de temps en roques o combustibles fòssils, que quan es cremen alliberen CO₂.

Cicle del Nitrogen

El nitrogen és vital per formar proteïnes i ADN. L'aire està format principalment per nitrogen gas (N₂), però la majoria d'éssers vius no el poden utilitzar directament. Per això, unes bactèries especials del sòl fixen el nitrogen, convertint-lo en compostos que les plantes poden assimilar. Els animals obtenen nitrogen menjant plantes o altres animals. Quan els éssers vius moren o produeixen excrements, altres bactèries descomponen aquests materials i retornen el nitrogen a l'atmosfera o al sòl, completant el cicle.

Cicle del Fòsfor

El fòsfor és necessari per a l'estructura dels ossos, dents i l'ADN. Aquest element es troba principalment en les roques. Quan les roques s'erosionen, el fòsfor passa al sòl i a l'aigua. Les plantes l'absorbeixen del sòl i els animals el reben menjant plantes o altres animals. Quan els éssers vius moren o fan excrements, el fòsfor torna al sòl, on pot ser reutilitzat. Aquest cicle és més lent que els altres perquè el fòsfor no passa gaire per l'atmosfera.

Factors Limitants i Capacitat de Càrrega

Factors Limitants

Els factors limitants solen ser elements químics o paràmetres ambientals que una espècie necessita per créixer. L'escassetat o poca disponibilitat d'aquest factor limita el creixement d'aquesta espècie.

Per exemple, el nitrogen i el fòsfor són sovint elements escassos. Si una espècie aconsegueix accedir-hi, es pot desenvolupar molt més ràpid que els seus competidors.

Quan hi ha un excés de nitrogen i fòsfor, es pot produir un problema ambiental anomenat eutrofització.

Eutrofització

L'eutrofització és un fenomen de contaminació que té lloc exclusivament en medis aquàtics. És un desequilibri ecològic causat per l'excés de nutrients (principalment nitrogen i fòsfor) que provoca un creixement excessiu d'algues i plantes aquàtiques. Aquest creixement desmesurat, seguit de la seva descomposició, condueix a una disminució dràstica de l'oxigen dissolt, afectant greument la vida aquàtica i la qualitat de l'aigua.

Les conseqüències de l'eutrofització inclouen:

• Absència de peixos
• Proliferació de bacteris anaerobis
• Mala olor de l'aigua
• Aigua no potable
• Augment de la terbolesa

La seva principal causa és la contaminació per nitrogen i fòsfor d'origen humà (fertilitzants agrícoles, aigües residuals, etc.), i la seva prevenció passa per una gestió adequada dels residus i fertilitzants.

Capacitat de Càrrega

La capacitat de càrrega és el màxim nombre d'individus d'una espècie que un ecosistema pot sostenir sense degradar-se o patir danys irreversibles.

Tècniques de Mostreig

El mostreig és el conjunt de tècniques utilitzades per obtenir una mostra representativa d'una població o comunitat biològica. L'objectiu és estudiar-ne les característiques sense haver d'analitzar tots els individus, la qual cosa seria inviable en la majoria dels casos.

Corbes de Creixement i Estratègies de Supervivència

Estratègies de Supervivència

Les espècies poden seguir diferents estratègies de supervivència per assegurar la continuïtat de la seva població. Les dues més conegudes són:

Estratègia de la R

Aquesta estratègia és pròpia d'espècies colonitzadores que es reprodueixen molt ràpidament. Les seves característiques principals són:

• Tenen un nombre molt gran de descendents.
• No hi ha cura parental dels fills.
• L'objectiu és produir molts descendents amb l'esperança que alguns arribin a l'edat adulta.

Exemples: rates, insectes, salmons.

Estratègia de la K

Aquesta estratègia és típica d'espècies que arriben més tard a un ecosistema o que viuen en ambients més estables. Les seves característiques principals són:

• Tenen pocs fills.
• Inverteixen molta energia en la cura parental dels fills.

Ambdues estratègies busquen assegurar la supervivència de la descendència, tot i que per camins diferents.

Corbes de Creixement Poblacional

Les corbes de creixement poblacional normalment tenen una forma sigmoide (en forma de 'S').

Un cop la població s'adapta al medi, el seu creixement s'accelera. No obstant això, a mesura que s'acosta a la capacitat de càrrega de l'ecosistema, el creixement s'alenteix fins a arribar a una fase estacionària, on la població s'estabilitza i no pot créixer més en aquestes condicions.

Sistema Depredador-Presa

En un sistema depredador-presa, s'observa un equilibri dinàmic on les poblacions de depredadors i preses oscil·len de manera cíclica i oposada: quan una arriba al seu màxim, l'altra tendeix al seu mínim.

L'anàlisi de taules i la representació gràfica són eines fonamentals per comprendre la dinàmica d'aquests sistemes. Aquesta interacció genera un cicle poblacional característic.

Plagues

Una plaga és un creixement descontrolat d'una espècie que causa danys significatius a l'ecosistema o a les activitats humanes. Les plagues solen sorgir per l'absència de depredadors naturals i una gran abundància de recursos, com ara aliments o, en el cas de les plantes, llum i nutrients. La disponibilitat il·limitada de recursos essencials afavoreix el desenvolupament d'una plaga, que sempre té efectes negatius.

Lluita contra Plagues

Hi ha dos tipus principals de lluita contra les plagues:

Plaguicides

Són substàncies químiques tòxiques que s'utilitzen per eliminar o controlar les plagues. El seu ús pot causar problemes ambientals com la bioacumulació en la cadena tròfica.

Lluita Biològica

Consisteix en l'ús de mètodes naturals per controlar les plagues, minimitzant l'impacte ambiental. Alguns mètodes inclouen:

• Introducció de depredadors: Alliberar espècies que són depredadors naturals de la plaga (sol ser un mètode efectiu).
• Trampes de feromones: Utilitzen substàncies químiques alliberades pels insectes per atreure el sexe oposat, permetent la captura massiva o el monitoratge de la població.
• Alliberament de mascles estèrils: Consisteix en l'alliberament de mascles que han estat esterilitzats. Aquests mascles s'aparellen amb les femelles, però sense produir descendència, reduint així la població de la plaga.