I.E.S. Flavio Irnitano El Saucejo (Sevilla) Curso

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1 I.E.S. Flavio Irnitano El Saucejo (Sevilla) Curso Departamento de Ciencias Naturales NIVEL: 2º Bachillerato ASIGNATURA: CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES 4. LA PRODUCCIÓN BIOLÓGICA. Concepto de biomasa. Producción primaria y secundaria. Productividad. Tiempo de renovación. Conceptos básicos: producción primaria bruta, respiración, producción primaria neta, productividad, tasa de renovación. 1. La producción primaria hacer referencia a la producción de los productores, valga la redundancia, o de los organismos autótrofos, mientras que la producción secundaria hace referencia a la producción de los consumidores. La producción bruta es la cantidad de materia asimilada, y la producción neta es la cantidad de materia almacenada después de consumir en la respiración parte de la materia asimilada. 2. La producción primaria neta se obtiene restando la biomasa consumida en la respiración a la producción primaria bruta, es decir: Producción primaria neta = Producción primaria bruta Respiración Tanto la producción primaria neta como la producción primaria bruta son variables de flujo y se miden en unidades de biomasa por unidad de tiempo; por ejemplo, gramos de carbono por metro cuadrado por año. 3. a) La PPB representa la materia orgánica total sintetizada por los organismos del nivel trófico de los productores en un ecosistema, por unidad de superficie o volumen y por unidad de tiempo. La PPN es la materia orgánica que queda en el nivel de los productores después de descontar la que se consume en el proceso de la respiración celular. b) La producción primaria de un ecosistema depende del grado de fijación de la energía solar mediante el proceso fotosintético, de ahí que cualquier factor que afecte a dicho proceso actuará como factor limitante de la producción primaria. Estos factores son: la luz, el agua, la cantidad de nutrientes (nitrógeno, fósforo...), la temperatura y la concentración de CO 2 y O a) El flujo de energía en una cadena trófica tiene varias fases: La entrada de energía, que normalmente consiste en una transformación de energía luminosa en energía química contenida en sustancias orgánicas reducidas (como los glúcidos o los lípidos), mediante la fotosíntesis. Este proceso lo llevan a cabo los productores fotosintéticos. El paso de la energía química contenida en las sustancias orgánicas de unos seres vivos a otros mediante depredación, parasitismo, simbiosis, etc. Diversas transformaciones energéticas, que consisten en combustiones controladas (realizadas en las mitocondrias de las células) para obtener energía química en forma de ATP, que se utiliza a su vez para la síntesis de sustancias específicas (otros azúcares, otros lípidos, proteínas). La degradación de la energía para la realización de procesos celulares endotérmicos, como la contracción muscular. En estos procesos se genera trabajo y calor que es evacuado al medio. La energía degradada de esta forma no es recuperable. Por eso se habla del flujo de energía, ya que la energía no puede recuperarse tras su uso. El ciclo de la materia consiste en la utilización repetida de los mismos átomos o moléculas en la biosfera, o en una cadena trófica concreta. Los átomos de carbono, por ejemplo, pueden encontrarse en la atmósfera formando parte de moléculas de CO 2.Desde ahí pueden ser captados por un productor fotosintético, como un vegetal, y ser acumulado formando parte de una molécula de almidón en una hoja. A continuación pueden pasar al intestino de un herbívoro, donde el glúcido será asimilado y llevado al hígado, donde tal vez se utilice para sintetizar una molécula de grasa. Desde el tejido adiposo del herbívoro puede pasar al intestino de un carnívoro que devore al herbívoro. En el organismo del carnívoro ese átomo de carbono procedente de la grasa ingerida puede ser utilizado como combustible en una mitocondria para producir ATP, oxidándose y formando CO 2, que será expulsado de la célula, vertido al torrente sanguíneo y expulsado al exterior por el aparato respiratorio. El carbono retorna a la atmósfera, donde tal vez puede ser captado otra vez por un vegetal e introducirse de nuevo en la cadena trófica que acaba de recorrer. La materia puede ser reutilizada infinitas veces sin que sus propiedades químicas se alteren. Por eso forma un ciclo, y no solo un flujo. Soluciones Página 1 de 9

2 b) Los factores que limitan la producción primaria de un ecosistema se llaman factores limitantes, y son: Los nutrientes inorgánicos: fundamentalmente los nitratos y los fosfatos, aunque en algunos ecosistemas pelágicos puede ser el hierro. La luz, necesaria para la fotosíntesis. La humedad (en el caso de ecosistemas terrestres). La concentración de oxígeno (en el caso de ecosistemas acuáticos). La temperatura, que cuando es muy baja limita la eficacia metabólica de los productores. Otros factores que puedan dificultar la actividad o la presencia de los productores, como la alta salinidad del suelo, la ausencia de una cubierta edáfica, etc. 5. La productividad de un ecosistema es la relación entre la producción y la biomasa, y nos da una idea de la velocidad de renovación de esta última. Se calcula dividiendo la producción (cantidad de biomasa fabricada por unidad de tiempo) entre la biomasa, y se expresa en tanto por ciento. 6. La producción, bien sea bruta o neta, se refiere a la materia orgánica formada sin más, mientras que la productividad es la relación de la materia orgánica formada respecto a la materia orgánica formadora de la misma. 7. Es la proporción de biomasa que se crea en una unidad de tiempo. Es equivalente a la productividad y, por tanto, inversa al tiempo de renovación, que es el tiempo que tarda un nivel trófico, o un ecosistema completo, en renovar su biomasa. 8. La biomasa se refiere a la masa total de materia viva que existe en un momento determinado, mientras que la productividad es la masa de materia viva que se crea en un periodo determinado en relación a la biomasa existente. 9. a) La biomasa contiene energía química porque en su composición hay moléculas susceptibles de ser oxidadas. En estas moléculas se encuentra carbono reducido, que al combinarse con oxígeno produce CO 2, e hidrógeno que puede disociarse del elemento al que esté enlazado y combinarse también con oxígeno para formar agua. También hay otros elementos presentes en algunas moléculas orgánicas de la biomasa, que pueden disociarse de las moléculas de las que forman parte y combinarse con oxígeno formando un óxido: son fundamentalmente el azufre que al oxidarse forma SO 2, y el nitrógeno que forma NO y NO 2. La conclusión es que la biomasa contiene energía porque es materia reducida que se encuentra en un ambiente oxidante. b) Naturalmente, si la biomasa puede liberar energía al oxidarse (reacción exotérmica), es necesario emplear energía en su síntesis (proceso endotérmico). Esta energía se obtiene de distintas fuentes: Los productores fotosintéticos la toman de la luz, mediante un pigmento, la clorofila, que pierde electrones al recibir luz. La corriente eléctrica generada se utiliza para disociar una molécula de agua y obtener protones, que tienen poder reductor. Los productores quimiosintéticos (bacterias quimiosintéticas) utilizan el oxígeno para oxidar un compuesto que se encuentra reducido en forma natural, por ejemplo, el H2S que sale por una fisura en una dorsal oceánica. Al oxidar este compuesto obtienen energía que utilizan para la síntesis orgánica. Los consumidores utilizamos la energía contenida en la biomasa para producir más biomasa que contiene energía: por ejemplo, nuestras mitocondrias oxidan ácido pirúvico procedente de la glucosa; la energía desprendida se recoge mediante la fosforilación de una molécula de adenosín-difosfato para formar ATP; esta energía almacenada se libera posteriormente en otro compartimento celular para fabricar, por ejemplo, un lípido que contiene mucha energía química. Naturalmente, con tantas transformaciones energéticas, el rendimiento del proceso es relativamente bajo: por cada 100 unidades de biomasa que se utilizan, se pueden fabricar tan solo unas 10 unidades de nueva biomasa. 10. No. La cosecha en pie, en realidad, equivale a la producción primaria neta que no ha sido utilizada por el siguiente nivel trófico: los consumidores primarios. Soluciones Página 2 de 9

3 11. 1) (Pn) = Producción bruta (Pb) - Respiración (R) En el Campo de Cartagena Pn = 4 g C/m 2-2 g C/m 2 = 2 g C/m 2 En la zona arbolada Pn = 6 g C/m 2-5 g C/m 2 = 1 g C/m 2 Es mayor la producción neta en el Campo de Cartagena; concretamente el doble que en la zona arbolada. 2) Productividad (p) = gc/m 2 x 100 En el Campo de Cartagena: p = = 0,1% gc/m 2 1 gc/m 2 x 100 En la zona arbolada: p = = 0,08% gc/m 2 La productividad en la zona arbolada es, por tanto, un 20% menor que en el Campo de Cartagena. Es más ventajoso obtener alimentos donde la producción neta y la productividad son mayores, ya que proporcionan más biomasa en el mismo tiempo. Además, el deterioro del medio será menor, porque su velocidad de regeneración es mayor ) (Pn) = Producción bruta (Pb) - Respiración(R) En la Huerta de Murcia PN = 6 g C/m 2-3 g C/m 2 = 3 g C/m 2 En la zona boscosa PN = 8,5 g C/m 2-8 g C/m 2 = 0,5 g C/m 2 La producción en la Huerta de Murcia es seis veces mayor que en la zona arbolada. 2) Productividad (p) = 100 En la Huerta de Murcia: p = 3 gc/m 2 x 100 = 0,15% gc/m 2 En la zona boscosa: p= 0,5 gc/m 2 x 100 = 0,003% gc/m 2 La productividad en la Huerta de Murcia es, por tanto, 50 veces mayor que en la zona boscosa de la sierra de Ricote. Es lógico, porque una huerta es un ecosistema preparado (mediante el arado, el abonado, el riego, etc.) para proporcionar una producción alta, ya que lo que interesa es recoger mucha biomasa (en forma de verduras, hortalizas, frutas, cereales, etc.) tan rápidamente como sea posible. 13. a) Las pérdidas de energía (expresada en kcal/m 2 /año) por respiración (Pb Pn) son: productores, 3200 kcal/m 2 /año; C-1, 675 kcal/m 2 /año y C-2; 95 kcal/m 2 /año. Se podría pensar que la pérdida de energía por respiración es mayor en el nivel de los productores. Sin embargo, si este valor se estima con relación a la producción bruta(r/pb x 100) de cada nivel, resultados que se obtienen son los siguientes: Productores: 21,3% C-1: 33,3% C-2: 45,2% Por tanto son los consumidores, y entre ellos los consumidores secundarios los que, en proporción, pierden una cantidad superior de energía en la respiración respecto de su producción bruta (45,2%), debido a una mayor actividad locomotora para buscar alimento. b) La energía de los productores a disposición del siguiente nivel trófico representa su producción neta (11800 kcal/m 2 /año). De ello, los consumidores primarios solo incorporan 2025 kcal/m 2 /año, el resto, es decir, 9775 kcal/m 2 /año, no se utiliza, y pasa a formar parte de los residuos orgánicos que se acumulan en el suelo, que sirven, a su vez, como fuente de energía para un sistema donde interaccionan herbívoros, carnívoros y descomponedores del suelo. Soluciones Página 3 de 9

4 c) La eficacia ecológica es la proporción de la producción (bruta o neta) de un nivel trófico que queda disponible realmente para formar parte o almacenarse en el siguiente nivel. Eficiencia ecológica bruta entre productores y C-1: 2025 kcal/m 2 /año 100/15000 kcal/m 2 /año = 13,5%. Eficiencia ecológica bruta entre C-1 y C-2: 210 kcal/m 2 /año 100/ 2025 kcal/m 2 /año = 10,3%. Eficiencia ecológica neta entre productores y C-1: 1350 kcal/m 2 /año 100/11800 kcal/m 2 /año = 11,4%. Eficiencia ecológica neta entre C-1 y C-2: 115 kcal/m 2 /año 100/1350 kcal/m 2 /año = 8,51%. 14Para calcularlo, se aplica la fórmula general: (Pn) = Producción bruta (Pb) - Respiración(R) Productores: Pn = 111 cal/cm 2 /año 23 cal/cm 2 /año = 88 cal/cm 2 /año. Consumidores primarios: Pn = 15 cal/cm 2 /año - 4,5 cal/cm 2 /año = 10,5 cal/cm 2 /año. Consumidores secundarios: Pn = 3 cal/cm 2 /año cal/cm 2 /año = 1,2 cal/cm 2 /año. 15. a) La productividad mide la eficiencia en la transmisión de energía a través de los distintos niveles tróficos de un ecosistema. Se expresa como la fracción entre la producción neta y la biomasa, y se mide en % por unidad de tiempo. 16 a) Productividad = ( / biomasa) 100. Si se asume que la producción expresada en la tabla es la producción neta, la productividad de los cuatro niveles tróficos representados es: Fitoplancton: ( /10.000) x 100 = % año -1 Zooplancton herbívoro: ( /18.000) x 100 = 611.1% año -1 Zooplancton carnívoro: (11.000/5.400) x 100 = 203,5 % año -1 Peces: (900/1.800) x 100 = 50 % año -1 Puede apreciarse que la productividad guarda una relación inversa con el tiempo de renovación (tiempo que tarda en duplicarse la biomasa): cuanto más corto es este tiempo, mayor es la productividad. Se observa también que la productividad decrece a medida que se asciende en la pirámide trófica. b) El tiempo de renovación aumenta a lo largo de la cadena trófica: en los primeros eslabones se encuentran organismos de crecimiento muy rápido y que tienen, por tanto, una elevada producción, y en el último eslabón representado (los peces) se encuentran organismos de crecimiento más lento. Esto se debe a que un alga unicelular se reproduce (es decir, duplica su masa) cada dos días. Los peces en cambio se reproducen con más lentitud: son necesarios 700 días (casi dos años) para que una población de peces duplique su biomasa. c) Entre cada dos eslabones de una cadena trófica se produce una transformación energética: la energía química de un nivel es convertida en energía química del nivel siguiente. Esta transformación tiene una limitación termodinámica en su rendimiento, que varía entre el 6 y el 15 %. Se toma como valor medio de este rendimiento el 10 %. La regla del 10 % enuncia que la producción neta de un nivel trófico es por término medio el 10 % de la producción neta del nivel anterior. Si se comparase las producciones brutas en vez de las producciones netas, el resultado que se obtendría variaría apreciablemente, ya que la proporción de la producción que se utiliza en cada nivel para la respiración es muy diferente: el fitoplancton, las algas y los vegetales emplean para la respiración una porción pequeña de su producción bruta, mientras que los animales de metabolismo muy activo consumen una proporción mucho mayor, y tienen una proporción mucho menor de producción neta. d) ver pregunta 3a. Soluciones Página 4 de 9

5 C.T.M. Curso 2013/2014 b) La biomasa de los productores es menor que la de los consumidores primarios porque su tiempo de renovación es mucho menor y, por tanto, su producción es mayor. Esto significa que el fitoplancton se reproduce muy rápidamente, por lo que puede mantener una biomasa de zooplancton grande. Si se representara la pirámide de producción, se verá que se respeta la regla del diez por ciento, que indica que ésta es la relación más alta que puede haber en el tránsito de energía entre un nivel trófico y el siguiente. c) La productividad mide la eficiencia en la transmisión de energía a través de los distintos niveles tróficos de un ecosistema. Se expresa como la fracción entre la producción neta y la biomasa, y se mide en % por unidad de tiempo. Productividad = ( / biomasa) ž100. Si se asume que la producción expresada en la tabla es la producción neta, la productividad de los cuatro niveles tróficos representados es: Fitoplancton /8 000 ž 100 = 2.500% žaño-1 Zooplancton herbívoro / ž 100 = 625%žaño-1 Zooplancton carnívoro 4 000/8 000 ž 100 = 50% žaño-1 Peces 900/1 800 x 100 = 50% žaño-1 Puede apreciarse que la productividad guarda una relación inversa con el tiempo de renovación (tiempo que tarda en duplicarse la biomasa): cuanto más corto es este tiempo, mayor es la productividad. 17. No, porque una parte de los nutrientes orgánicos sintetizados en la fotosíntesis (PPB) tiene que ser degradada por las plantas a través de la respiración celular (catabolismo) para obtener energía química en forma de ATP y utilizarla en sus funciones vitales. 18. a) 1,25 %; b) 22 % (la parte que no se emplea en respiración); c) 0,275 % 19. Calcula la cantidad de energía que se pierde en forma de calor durante la respiración celular aerobia de las células. Datos: Energía fijada en 1 mol de glucosa: 686 kcal. Moles de ATP obtenidos por cada mol de glucosa degradada en la respiración celular: 38 ATP. Energía fijada en 1 mol de ATP: 7,3 kcal. Tomando como base la ecuación general de la respiración celular aerobia de las células para 1 mol de glucosa: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP La cantidad de energía química fijada en los 38 moles de ATP producidos al degradar 1 mol de glucosa asciende a 277,4 kcal. Por tanto, la cantidad de energía química que se pierde en forma de calor durante la respiración celular será de 408,6 kcal, que resulta de restar a 686 kcal (energía liberada al degradar 1 mol de glucosa) las 277,4 kcal fijadas en forma de ATP. Es decir, el 60 % de la energía almacenada en principio en 1 mol de glucosa, se pierde en forma de calor ) Producción primara Producción primaria de A: = kg/año Producción primaria de B: = kg/año Tiene mayor producción primaria el ecosistema B 2) Productividad Productividad de A: (5.000kg/5.000kg) ž100= 100% Productividad de B: (7.000kg/8.000kg) ž100= 87,5%. Tiene mayor productividad el ecosistema A 21. a) La producción primaria es la cantidad de carbono asimilado en la unidad de tiempo por los productores, mediante la fotosíntesis, con respecto a la energía lumínica que interviene en el proceso. Soluciones Página 5 de 9

6 b) La producción primaria bruta es la cantidad total de biomasa fabricada por los productores en la fotosíntesis. La producción primaria neta es la cantidad de biomasa de los productores a disposición del siguiente nivel trófico, fabricada por aquellos mediante anabolismo o biosíntesis. c) La eficacia resulta muy baja (menos del 1 % de la energía total incidente queda disponible para el siguiente nivel trófico). Entre los factores que limitan la producción primaria se encuentran la luz, el agua, la temperatura la concentración de CO 2, la escasez de nutrientes -sobre todo fósforo y nitrógeno-, etcétera. 22. Si, en el caso de que un nivel tenga una productividad muy alta, de forma que reponga rápidamente las pérdidas por depredación. Es el caso del plancton marino. 23. La biomasa es la cantidad total de materia de una unidad, bien sea un nivel trófico, bien sea la biocenosis de un ecosistema. Se puede expresar en unidades de masa o, frecuentemente, en unidades de masa por unidad de superfice (kg/m 2, por ejemplo). 24. a) Plancton vegetal: 18,25; Plancton fitófago: 6,1; Plancton carnívoro: 2,04; Peces: 5. b) gráfico adjunto: c) En en ecosistemas marinos como este, la intensidad luminosa y la disponibilidad de nutrientes en el medio. d) La biomasa de los productores es menor que la de los consumidores primarios porque su tiempo de renovación es mucho menor y, por tanto, su producción es mayor. Esto significa que el fitoplancton se reproduce muy rápidamente, por lo que puede mantener una biomasa de zooplancton grande. Si se representa una pirámide de producción, se verá que se respeta la regla del diez por ciento, que indica que esta es la relación más alta que puede haber en el tránsito de energía entre un nivel trófico y el siguiente. 25. No, pues la producción secundaria o cantidad de materia o energía asimilada por los consumidores necesariamente ha de proceder de la producción primaria y, según el primer principio de la Termodinámica, no se puede tener más energía de la que hay al principio. 26. a) Se observa que ambos conceptos disminuyen apreciablemente al avanzar en los niveles tróficos, especialmente en el caso de la producción, por lo que cabe deducir que a medida que se avanza en los niveles tróficos una mayor parte de la energía asimilada se ha de emplear en actividades que requieren un elevado gasto energético (perseguir preses, por ejemplo). b) Las productividades y tiempos de renovación en este ecosistema son los siguientes: Productividad (Producción/) Tiempo de renovación (/Producción) Plantas 0,02 50 Herbívoros 0, Carnívoros I 0, Carnívoros II 0, Se observa que la productividad decrece rápidamente y los niveles tróficos cada vez tardan más en renovar su biomasa. c) La productividad total es de 0,019 mgc/m 2 y día o, lo que es lo mismo 1,9%/día. Es bastante elevada (tiene una tasa de renovación de sólo 53 días y medio, aproximadamente), debido al gran peso porcentual que representan las plantas en el ecosistema (90% del total de biomasa). d) 27. d Soluciones Página 6 de 9

7 28. Fundamentalmente, todos aquellos que afecten a los procesos fotosintéticos y quimiosintéticos. 29. Niveles tróficos Productividad neta Plantas ,022 Herbívoros 40 0, Productividad bruta: g/año/cm 2 ; productividad neta: g/año/cm Ver gráfico adjunto. Porque la eficacia biológica es muy reducida y, por tanto, hace falta mucha energía en los primeros niveles tróficos para poder mantener los organismos de los niveles tróficos posteriores. 32. a) Ecosistema Bosque templado (kg/m 2 ) 30 Producción Primaria neta (g/m 2 año) 1250 Tasa de Renovación 4 Tiempo de Renovación (años) 24 Pradera ,3 Pelágico ,3 Estuario 0, El cálculo se realiza mediante la siguiente operación (previa igualación de unidades de medida): Productividad (P) = 100 El resultado se expresa como %/año o % año -1 (por supuesto, la unidad de tiempo puede variar según el caso estudiado). La productividad expresa es la masa de materia viva que se crea en un periodo determinado en relación a la biomasa existente por unidad de superficie en un tiempo determinado. b) La diferencia se debe a las condiciones reinantes. En el estuario se combina acceso a la luz y una fuente abundante de nutrientes aportados por el río desde el continente, mientras que en el océano abierto la aportación de nutrientes es escasa y, además, parte de él se va extrayendo de la zona productora (zona fótica) al ir cayendo detritus hacia los fondos abisales. c) Ver tabla. El tiempo de renovación se calcula de forma inversa a la productividad, esto es: Tiempo de renovación = El resultado se expresa en unidades de tiempo (en este ejercicio en años) y es el tiempo que tarda el ecosistema en producir una masa de materia viva equivalente a la que posee o, dicho de otra, manera, el tiempo que tarda en duplicar su biomasa. 33. Varias razones justifican que la producción neta de un determinado nivel trófico en un ecosistema sea siempre mayor que la producción neta del siguiente: Porque disminuye de forma progresiva la energía en cada nivel trófico, debido, sobre todo, a que una parte se pierde en forma de calor durante la actividad metabólica. Porque la cantidad de energía empleada en el metabolismo en cada nivel trófico es mayor conforme vamos ascendiendo en el ecosistema. Así, en los consumidores secundarios supone el 60% de su producción bruta, porcentaje mayor que su producción neta, que es del 40%. Porque un porcentaje muy elevado de la biomasa o energía disponible en cada nivel trófico (su producción neta) no es utilizado por el siguiente nivel (eficiencia ecológica en torno al 10%), por lo que se acumula año tras año. La función ecológica esencial de los microorganismos descomponedores (bacterias y hongos) consiste en Soluciones Página 7 de 9

8 C.T.M. Curso 2013/2014 degradar a forma inorgánica la materia orgánica no utilizada que se acumula en el ecosistema, dejándola a disposición de los productores. De esa forma, intervienen de manera muy activa en los ciclos biogeoquímicos, y son protagonistas de numerosas interacciones entre especies, tanto positivas (simbiosis) como negativas (patologías). 34. a) Los nutrientes orgánicos asimilados por un determinado nivel trófico satisfacen un doble objetivo: la biosíntesis o anabolismo de materia orgánica propia y la obtención de energía, por lo general en forma de ATP, a través de los procesos de catabolismo (respiración celular), necesaria para la biosíntesis y otras actividades vitales (locomoción, producción de calor corporal, etc.). b) La biosíntesis o anabolismo de materia orgánica propia (glúcidos, lípidos y prótidos) representa su producción neta. c) es la cantidad de materia orgánica existente en un ecosistema, referida a un área (ecosistemas terrestres) o volumen (ecosistemas acuáticos) determinados. Producción bruta es la cantidad total de biomasa fabricada por unidad de tiempo en un ecosistema. es la cantidad de biomasa fabricada por unidad de tiempo y disponible por el ecosistema. 35. La condición especial es que la mayor parte de la biomasa fabricada por los distintos niveles tróficos, y disponible para el ecosistema en su conjunto (en torno al 90% de la producción neta), no se utiliza sino que se acumula en el suelo (ecosistemas terrestres) o en los sedimentos del fondo (ecosistemas acuáticos). Estos restos orgánicos depositados año tras año pueden transformarse en combustible fósil (carbón, petróleo y gas natural) en condiciones adecuadas (ambiente reductor, ph ácido, presión moderada, temperatura apropiada, etc.) y mediante la acción bioquímica de bacterias anaerobias. 36. a) La producción neta se calcula a partir de la producción bruta, a la cual hay que restar la materia consumida en las actividades de los integrantes del nivel trófico, fundamentalmente en la respiración. La expresión matemática es: = Producción bruta Respiración b) Productividad (p) = Productores: Herbívoros: Carnívoros I: Carnívoros II: ž 100 (1.500/70.000) x 100 = 2,14 % ž día -1 (50/7.000) x 100 = 0,71 % ž día -1 (1/500) x 100 = 0,2 % ž día -1 (0.02/50) x 100 = 0,04 % ž día -1 Tiempo de renovación = Productores: Herbívoros: Carnívoros I: Carnívoros II: (70.000/1.500) = 46,67 días (7.000/50) = 140 días (500/1) = 500 días (50/0,02) = 2500 días c) La productividad desciende desde los productores hasta los carnívoros secundarios y el tiempo de renovación se alarga. Ambos resultados señalan lo mismo: el nivel trófico de los productores produce biomasa más deprisa que los consumidores. Esto se debe en parte a la presencia en los niveles tróficos inferiores de las pirámides tróficas de organismos r-estrategas que se reproducen rápidamente, y a la presencia de organismos K-estrategas, de reproducción más lenta y mayor longevidad, en los niveles altos de las pirámides tróficas. d) Las cadenas tróficas no pueden tener muchos eslabones, ya que la eficiencia en el aprovechamiento de la energía de un nivel trófico por el nivel siguiente en la pirámide no suele ser mayor del 10 %, y con frecuencia es mucho menor. Esta eficiencia se calcula dividiendo la producción neta de un nivel entre la del nivel anterior y multiplicando por cien. Por ejemplo, para los carnívoros II, la eficiencia es de: Soluciones Página 8 de 9

9 ( carnívoros II / carnívoros I) 100 = 0,02 / = 2 % Del mismo modo se puede calcular la eficiencia entre los niveles de herbívoros y productores, obteniéndose un valor del 3,33 %. El resultado es que, como en cada paso de un nivel al siguiente la eficiencia es tan baja, no hay producción neta suficiente en el escalón inicial para mantener una cadena con muchos eslabones. La longitud de las cadenas tróficas está determinada por la productividad de los primeros eslabones y por la eficiencia entre los niveles tróficos Aumento de la biomasa entre las mediciones: = kg/m 2 - = Aumento de biomasa/tiempo = kg/m 2 /año - Productividad=Producción/biomasa Productividad = kg/m 2 /año kg/m = 33%/año 38. a) La Productividad Primaria es la cantidad de carbono asimilado en la unidad de tiempo por los productores mediante la fotosíntesis, en relación con la energía lumínica que interviene en el proceso. Si se considera la reacción de síntesis del proceso; CO 2 (44g) + H 2 O (18g) + E (123 kcal) > (CH 2 O) n (30g) + O 2 (32g), Al analizar el rendimiento, se observa que 1 g de C precisa para su asimilación 10 kcal, suponiendo que toda la energía se aprovecha para la reducción del C del CO 2, y que el resultado final fuese la síntesis de azúcar. b) La producción primaria bruta representa la cantidad de energía asimilada en el nivel de los productoires, de la cual hay que restar la cantidad utilizada por ese nivel para su mantenimiento en los procesos respiratorios para obtener la cantidad real que se acumula como biomasa o producción primaria neta, potencialmente disponible para ser aprovechada por el nivel trófico siguiente. c) La eficacia es muy baja, menos del 1% de la energía total incidente queda disponible para el siguiente nivel trófico. Entre los factores que limitan la producción primaria están: temperatura y humedad, falta de nutrientes, sobre todo fósforo y nitrógeno y la configuración estructural del sistema de captación de la fotosíntesis: - Los productores presentan uno orgánulos captadores de energía llamados cloroplastos. Sólo los fotones de una determinada longitud de onda son capaces de incidir en ellos, haciendo que los enlaces alrededor de determinados átomos de carbono de los pigmentos adquieran configuraciones que retienen energía. La finalidad es convertir la energía electromagnética en química. - El número de puntos donde se realiza la conversión es inferior al de moléculas del pigmento. Cada cloroplasto se descompone en gran número de unidades y cada una contiene 300 moléculas de clorofila, dispuestas como si fuera una pantalla de captación y un solo elemento de conversión. Cada unidad de fotosíntesis es como un embudo que recoge agua de lluvia. Si excede la cantidad de lluvia de un determinado valor, termina por rebosar y se pierde. 39. a) La producción neta es el resultado de restar de la producción bruta la respiración. Pn del bosque = 5-4,5 = 0,5 g de C/m 2 día Pn de la pradera = 4-2,5 = 1,5 g de C/m 2 día b) La producción primaria bruta es la cantidad total de materia fotosintetizada o cantidad de energía solar captada por los autótrofos. c) Teniendo en cuenta que la productividad se define como el cociente entre la producción neta y la biomasa: Productividad del bosque = 0.5/14000 = 0,0036 %/día Productividad de la pradera = 1.5/2900 = 0.05 %/día A la vista de los resultados, el ecosistema más productivo es la pradera. Soluciones Página 9 de 9