Fundamentos de Ecología de Sistemas: Estructura, Flujos de Energía y Dinámica de Ecosistemas

1. Ecosistemas: Sistemas Abiertos y Dinámicos

Los ecosistemas son sistemas físicos, abiertos y alejados del equilibrio termodinámico. Intercambian constantemente energía y materia con su entorno. Mantienen su estructura gracias a los flujos energéticos, lo cual implica que no son sistemas cerrados ni están en equilibrio.

2. Producción y Flujo de Energía

Definiciones Clave

• Producción Bruta (PB): Energía total fijada.
• Producción Neta (PN): $\text{PN} = \text{PB} - \text{R}$ (donde R es la Respiración).

En ecosistemas maduros, la producción bruta se aproxima a la respiración ($\text{PB} \approx \text{R}$), resultando en una producción neta cercana a cero ($\text{PN} \approx 0$). Es importante notar que la $\text{PN}$ puede ser negativa.

Fuentes de Energía

La energía puede clasificarse según su origen:

• Endosomática: Proviene del alimento consumido.
• Exosomática: Proviene de maquinaria, fertilizantes u otras fuentes externas.

En sistemas humanos o intensivos, la energía exosomática suele ser mayor que la endosomática ($\text{exo} > \text{endo}$).

3. Eficiencias Ecológicas

Se definen varias métricas de eficiencia:

• Asimilación: $\text{A} / \text{I}$ (Asimilación dividida por Ingesta).
• Crecimiento: $\text{P} / \text{A}$ (Producción dividida por Asimilación).

En términos de consumo, los pastizales suelen mostrar eficiencias mayores que los bosques.

4. Nicho Ecológico y Competencia

Definición de Nicho

• Nicho Fundamental: El espacio teórico que una especie podría ocupar si no existiera competencia.
• Nicho Efectivo: El nicho real ocupado por la especie bajo la influencia de la competencia.

Principio de Exclusión Competitiva

El principio establece que competidores completos no pueden coexistir a largo plazo en el mismo nicho. El resultado de una competencia intensa es la extinción de uno de los competidores o la partición del nicho (especialización).

5. Sucesión Ecológica

La sucesión describe el cambio en la composición de especies a lo largo del tiempo. Se observan diferencias claras entre las etapas iniciales y maduras:

Etapa Inicial

• Producción Neta ($\text{PN}$) alta.
• Pocas especies (spp).
• Estrategia de vida: estrategia r (rápido crecimiento).
• Especies: Generalistas.
• Cadenas tróficas: Simples.
• Nicho: Amplio.

Etapa Madura

• Equilibrio: $\text{PB} = \text{R}$.
• Muchas especies.
• Biomasa estable.
• Especies: Especialistas (estrategia K).
• Nicho: Estrecho.
• Ciclos: Largos.
• Materia Orgánica ($\text{MO}$): Alta.
• Estructura trófica: No cadenas lineales.

6. Control Trófico

La estructura de las redes tróficas puede ser regulada por dos mecanismos principales:

• Control Top–down (De arriba hacia abajo): Los depredadores limitan a los herbívoros ($\text{herbívoros} \downarrow$), lo que indirectamente aumenta los productores ($\text{productores} \uparrow$).
• Control Bottom–up (De abajo hacia arriba): Los recursos disponibles limitan la biomasa de los productores.

7. Diversidad Biológica

La diversidad depende de dos componentes:

1. El número de especies ($\text{nº spp}$).
2. La equidad (o uniformidad) en la abundancia de esas especies.

Medida de Equidad

La equidad se puede medir mediante índices como el índice de Shannon ($H$) normalizado ($H / H_{\text{max}}$) o $H / \log_2 S$ (donde $S$ es el número de especies).

Relación clave: Más individuos no implica necesariamente más diversidad. Una mayor diversidad biológica tiende a conferir mayor estabilidad al ecosistema.

8. Características de Sistemas Acuáticos

Estratificación Térmica

En verano, la termoclina provoca una estratificación térmica que impide la mezcla vertical de las capas de agua. Esta estratificación desaparece en invierno.

Indicadores de Contaminación Orgánica

• DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno): Mide la materia orgánica biodegradable (consumo biológico).
• DQO (Demanda Química de Oxígeno): Mide la materia orgánica total (consumo químico).

Generalmente, $\text{DBO} < \text{DQO}$.

Eutrofización

Causada por el exceso de nutrientes, principalmente Nitrógeno ($\text{N}$) y Fósforo ($\text{P}$).

Consecuencias:

1. Aumento del fitoplancton ($\text{Fitoplancton} \uparrow$).
2. Disminución del oxígeno disuelto ($\text{O}_2 \downarrow$), llevando a condiciones de anoxia.

El Fósforo tiende a depositarse en el sedimento, mientras que el Nitrógeno puede ser desnitrificado a $\text{N}_2$.

Vertidos (Emisarios)

La dispersión de un vertido (pluma) depende de las corrientes, la profundidad y la presencia de la termoclina. En verano, la pluma puede quedar confinada y no ser visible en la superficie.

9. Agroecosistemas

Un agroecosistema es un ecosistema transformado y gestionado por el ser humano. Se caracteriza por:

• Ciclos de nutrientes rápidos y fuertemente controlados.
• Baja diversidad natural.
• Alta dependencia de energía externa.

Tipologías y Producción

Existen diversos tipos, desde sistemas herbáceos monoespecíficos hasta sistemas más complejos como las dehesas o el agrofor mediterráneo, que presentan alta heterogeneidad.

En cuanto a la gestión de nutrientes, los agroecosistemas suelen tener menor erosión y escorrentía que otros sistemas naturales. Comparando la producción/biomasa:

• Intensivos: Producción alta.
• Maduros (naturales): Producción baja.

10. Servicios Ecosistémicos

Los beneficios que la sociedad obtiene de los ecosistemas se clasifican en cuatro categorías principales:

1. Abastecimiento: Alimentos, agua, madera.
2. Regulación: Polinización, regulación del clima, control de inundaciones.
3. Culturales: Beneficios estéticos, recreativos y espirituales (paisaje).
4. Soporte: Procesos necesarios para la producción de otros servicios (ciclos biogeoquímicos).

Ejemplos clave de Regulación: La polinización y la conservación del acervo genético.

Un agroecosistema es considerado capital natural si mantiene su integridad ecológica y es capaz de generar servicios.

11. Cambio Global

El principal impulsor del cambio global es el uso del suelo. Otros factores importantes incluyen la sobreexplotación de recursos, la introducción de especies invasoras y la contaminación.

Extinciones

Actualmente, estamos inmersos en la sexta extinción masiva. La anterior ocurrió en el límite Cretácico (causada por un meteorito).

Huellas Ecológicas

• Huella Ecológica: Superficie de recursos necesarios para sostener el consumo y absorber los residuos generados.
• Huella Hídrica: Volumen total de agua dulce utilizado en la cadena de producción de bienes y servicios.
• Huella Hídrica Gris: Volumen de agua necesario para diluir los contaminantes hasta niveles aceptables.

Desarrollo Sostenible

Se define como la capacidad de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las suyas.

12. Evaluación del Impacto Ambiental

Definición de Impacto

El impacto ambiental se refiere a la alteración del valor ambiental causada por una acción humana.

Fases de la Evaluación

• Inventario: Describe los componentes del medio ambiente afectados. Sirve como base para la valoración de impactos.
• Medidas: Se distinguen entre medidas preventivas (aplicadas en diseño/localización) y correctoras (aplicadas después de que el impacto ha ocurrido).

Vigilancia

La vigilancia ambiental es propuesta y ejecutada por el promotor del proyecto, pero debe ser supervisada por el órgano ambiental competente.

Tipos de Impactos

Los impactos pueden clasificarse según su reversibilidad y temporalidad:

• Reversible / Irreversible.
• Recuperable / Irrecuperable.
• Residual: El que persiste tras aplicar medidas correctoras.
• Latente: Aquel que se manifiesta con retraso en el tiempo (tardío).