1 Procesos, Funciones y Servicios EcosistémicosDINÁMICA 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 ENERGÍAParte II Consecuencias del reemplazo de ecosistemas naturales por agroecosistemas sobre la sustentabilidad biofísica.

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

4 DINÁMICA DE ENERGÍA Y MATERIA1.1. 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 SUBSIDIOS CONTAMINACIÓN EUTROFIZACIÓNEXPORTACIÓN SUBSIDIOS CONTAMINACIÓN EUTROFIZACIÓN

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

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

8 P PPNeta = PPBruta - R Co2, O2, H2O R PPB C C, H2O, minerales DRFA : aprox. 45% rad.visible Co2, O2, H2O (EUR: 0,5 a 3%) R 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 Ecuación de fijación (PPN) y transferenciasPPN = PPB –R = ΔP + C + D P C, H2O, minerales PPB R C CO2, O2, H2O D VIA DE CONSUMIDORES VÍA DE DESCOMPONEDORES

10 PP PRINCIPALES DETERMINANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA CLIMAPpmente. 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 Índices de vegetación 0.5 Vegetación > frondosa NDVILandsat TM5 Agosto 1998 Banda IR – Banda R Banda IR + Banda R > 0.5 Vegetación frondosa

13 VARIACIÓN REGIONAL DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIALa 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 MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA PPN EN VEGETACIÓN HERBÁCEAMétodo de la biomasa máxima (Bmax) en poblaciones de especies anuales (ej. cultivos) t B Bmax BR N (B+N)max Puede ser un estimador aceptable de la PPN poblaciones anuales (ej.cultivos) de comunidades herbáceas con crecimiento estacional: 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´. Bmax ajustada por abscición PPN = (B + N)max

15 Método IBP standard aplicable a pastizales templados. PPN = Σ (∆B positivos) t B +∆BB +∆B 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 FORRAJEOEEps = 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 BA N R L SIN PASTOREO BA N R L CON PASTOREO 2673.103 kJ/m2.año PPN22830 BA 3285 N 7255 R 24035 L 2030 15465 kJ/m2.año 62,55 (100) 24,75 (40) 37,80 (60) 8,66 (14) 3,75 (6) 39,49 (63) 2,88 (4,6) SIN PASTOREO C (10,53 – 4,41) PPN 13735 BA 915 N 1000 R 27612 L 11665 kJ/m2.año 37,63 (100) 10,53 (28) 27,12 (72) 4,41 (3) 4,97 (13) 26,44 (70) CON PASTOREO

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20 Desarrollo sucesionalEficiencias de captación y uso de radiación

21 Productividad de la biomasaTasa metabólica (entropía) del sistema

22 PRODUCCIÓN SECUNDARIALa producción de herbívoros es dependiente de la disponibilidad (D) y calidad de forraje (C ): PS = f (D; C)

23 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

24 Leguminosas > Gramíneas C3 > Gramíneas C4 herbáceas > leñosasDigestibilidad como función de la composición y estructura de la comunidad vegetal Leguminosas > Gramíneas C3 > Gramíneas C4 herbáceas > leñosas anuales > perennes

25 Disponibilidad, selectividad y EFICIENCIA DE CONSUMOplantas 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

26 CONSUMO POR HERBÍVOROS20 a 40% (vegetación herbácea) 10 a 15% (vegetación leñosa)

27 (IN)EFICIENCIA ECOLÓGICA DE LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA0,5 a 1,5‰ de la PP

28 Insectos (0,7-0,8) > peces (0,6-0,7) >aves (0,4-0,5)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)

29 Descomposición de la Materia Orgánica Y Reciclado de NutrientesFASE EDÁFICA: Descomposición de la Materia Orgánica Y Reciclado de Nutrientes CADENA DE DETRITOS  detritívoros  descomponedores 

30 SUELO MASA ORGÁNICA minerales 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%

31 DESCOMPONEDORES BACTERIAS LEVADURAS HONGOSLas 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.

32 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

33 RED TRÓFICA DE DETRITOSNematodes herbívoros Micorrizas Hongos Bacterias Raíces Residuos de plantas y animales Colémbolos Ácaros fungívoros Dinoflagelados bacteriófagos Amebas carnívoros

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

35 CIRCULACIÓN DE NITRÓGENO EN UN PASTIZAL DE LA PAMPA DEPRIMIDA

36 Flujos (flechas): mg/m2.díaSolución 3,9 Raíces muertas 5,8 Broza o litera 0,5 Follaje muerto vivas 3,2 vivo 1,8 MO del suelo Pasiva activa ca Atmósfera 2,05 38 14 10 8 11 26 11,2 43 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)

37 CON PASTOREO (en rojo) Solución 4,2 3,9 Raíces muertas 5,2 5,84,2 3,9 Raíces muertas 5,2 5,8 Broza o litera ,5 Follaje muerto 0,1 0,5 vivas 4,7 3,2 vivo 1,0 1,8 MO del suelo Pasiva activa Vacas 0,43 Atmósfera (Adaptado de Chaneton et al. 1996) 2, ,05 38 50 14 11 6,6 0,1 0,3 4,7 1,7 10 0,6 8 1,5 11,2 1,2 0,6 3,5

38 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

39 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.