ecoherohe 10: julio 2015

Productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquimicos en la naturaleza

Indicador de logro: Reconoce y explica la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza.

Competencia: Reconozco y explico la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópoicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza.

Palabras claves: ecosistema, productividad, materia orgánica, recursos, disponibilidad, producción primaria, producción secundaria, producción biológica, ciclos biogeoquímicos, acciones antrópicas, contaminación.

Pregunta generadora

¿Por qué es importante reconocer la productividad en los ecosistemas y las acciones antrópicas que alteran los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza?

Situación de aprendizaje: Es de interés conocer la producción de materia orgánica de los ecosistemas o de un área determinada para un manejo adecuado y poder regular las cosechas o el aprovechamiento de los recursos naturales disponibles. No se puede cosechar más de lo que se produce o cazar o pescar más de lo que produce un área determinada, de lo contrario se estaría causando problemas en la disponibilidad de los recursos, como la extinción o la merma de las poblaciones.

Para determinar la producción se mide la productividad, que es la producción de materia orgánica o biomasa en un área determinada por unidad de tiempo. En otras palabras, es la cantidad de materia orgánica acumulada en un determinado tiempo en un área determinada. Se suele distinguir entre productividad primaria, secundarla y biológica.

Vídeo de complementación

http://www.youtube.com/watch?v=If8-mVGxJrI

1. La productividad primaria: Es la cantidad de materia orgánica producida por las plantas verdes, con capacidad de fotosíntesis u organismos autótrofos, a partir de sales minerales, dióxido de carbono y agua, utilizando la energía solar, en un área y tiempo determinados.

Se expresa en términos de energía acumulada (calorías/ml/día o en calorías/ml/hora) o en términos de la materia orgánica sintetizada (gramos/m2/día o kg/hectárea/año), que es el método más fácil y asequible. Por ejemplo, podemos calcular la productividad de una hectárea de alfalfa en un año, con cuatro cortes, pesando la materia obtenida fresca o en seco. Podríamos en determinadas regiones llegara unos 100 000 kg/ha/año en peso húmedo.

En este caso hablamos de productividad neta, donde ya se ha descontado el consumo de energía hecho por las mismas plantas para vivir o respirar. La productividad bruta o total engloba la totalidad de la biomasa acumulada y la energía gastada en el metabolismo de las plantas.

2. La productividad secundaria: Es la materia orgánica producida por los organismos consumidores o heterótrofos, que viven de las sustancias orgánicas ya sintetizadas por las plantas, como es el caso de los herbívoros. Por ejemplo: se puede deducir que una hectárea de pasto ha producido 1 000 kg de vacuno/año en ciertas condiciones, pesando la carne de los animales.

3. La productividad biológica: Es la velocidad de acrecentamiento de la biomasa en un periodo y una superficie determinados, que puede ser por año en una hectárea. Es la producción en pie de un área determinada. Por ejemplo: se puede decir que la productividad de vicuñas de una superficie de 70,000 hectáreas ha sido de 22 000 animales, con un peso de 25 kg por animal, lo que da en total 550,000 kg, o sea, 7,8 kg/ha/año.

foto: http://www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t17_imag.htm

La productividad natural puede ser mejorada y superada con técnicas de cultivo Intensivo, pero con frecuencia pueden producirse daños irreparables al ecosistema. La agricultura y la ganadería modernas, con uso de altos insumos en forma de fertilizantes, energía (maquinaria), pesticidas (herbicidas, insecticidas, fungicidas, etc.), y variedades mejoradas han logrado incrementar la productividad natural a niveles muy altos.

Sin embargo, cuando el manejo de las dosis de fertilizantes y pesticidas no es la adecuada, como la aplicación excesiva, los daños a los suelos, a las aguas y a la salud humana pueden ser también importantes. Por ejemplo, la aplicación del DDT ha causado y causa graves consecuencias a la flora, la fauna y la salud de los seres humanos. Lo mismo puede decirse de al menos una docena de otros pesticidas no degradables o difícilmente degradables en los ecosistemas.

Ciclos biogeoquímicos de la naturaleza

Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, fósforo y otros elementos químicos entre los componentes vivientes y no vivientes del ambiente (atmósfera y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción, descomposición y reciclado.

Importancia de los ciclos de la materia

La materia que forma parte del planeta sufre numerosas transformaciones al ser utilizada por los seres vivos. Algunos minerales son asimilados por los organismos fotosintetizadores (como plantas y cianobacterias) que los incorporan a sus estructuras y órganos y utilizan para cumplir distintas funciones metabólicas.

A su vez, cuando un ser vivo se alimenta de otro, incorpora esos elementos químicos a través de la cadena alimentaria, y en algún momento retornan al ambiente, ya sea al agua, suelo o aire como parte del ciclo de la materia. A través de estos ciclos y con el uso de energía, la materia se va transformando. Cuando las plantas y animales cumplen sus ciclos vitales, o cuando eliminan desechos o desprenden partes de su cuerpo (hojas, por ejemplo), estos componentes son descompuestos por numerosos hongos y bacterias, y vuelven al ambiente en estructuras más simples que pueden ser reutilizados por los productores.

Así los descomponedores tienen importancia no solo en la cadena alimentaria, sino en la producción de materia orgánica fértil, es decir el humus del suelo. A medida que el hombre comenzó a cultivar plantas para su consumo, estos elementos del suelo se fueron extrayendo junto con las cosechas. Tras años de agricultura, para mantener la fertilidad de los suelos, se hace necesario reponer esos minerales. Es por ello que los agricultores utilizan fertilizantes químicos y de esa forma aseguran grandes rendimientos.

Ciclos de materia. La materia necesaria para la vida (fósforo, nitrógeno, carbono, hidrógeno y casi todos los elementos químicos existentes) se encuentra en los ecosistemas en dos formas: Como materia orgánica, que puede estar viva, como biomasa de productores, consumidores y des componedores, o muerta, en el suelo, en las hojas muertas, etc. Como materia en estado inorgánico en el medio físico: suelo, rocas, disuelta en el agua, como gases en la atmósfera.

Por acción del ecosistema, la materia está pasando continuamente del compartimiento inorgánico abiótico al orgánico biótico y viceversa, es un proceso cíclico que garantiza la disponibilidad de materia para el ecosistema y para la vida. A diferencia de la energía, que tiene una fuente de larga duración en el Sol, la materia disponible en la superficie de la Biosfera es finita; si la materia no se reciclara, ya se habría agotado y la vida no sería posible. Por ello, el reciclaje de la materia es uno de los procesos básicos de soporte de la vida sobre la Tierra.

Tanto los flujos de energía como los ciclos de materia pueden estudiarse cualitativamente y cuantitativamente y su comprensión es fundamental para entender el funcionamiento de los ecosistemas y planificar su uso y manejo.

Clasificación de los elementos

a. Bioelementos primarios o principales: Son los elementos que se encuentran en mayor cantidad en la materia viva y constituyen el 95% de la masa total, entre ellos encontramos: el Carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y el nitrógeno(N).

b. Bioelementos secundarios: son el Azufre (S), Fósforo (P), Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K) y Cloro (Cl). Los encontramos formando parte de todos los seres vivos y en una proporción de 4,5%.

c. Oligoelementos: Son los elementos que se encuentran en la materia viva de manera residual, en pequeñísimas cantidades. En los seres vivos se han aislado unos 60 oligoelementos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos. Estos son: Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Flúor (F), Yodo (I), Boro (B), Silicio (Si), Vanadio (V), Cromo (Cr), Cobalto (Co), Selenio (Se), Molibdeno (Mb) y Estaño (Sn).

La deficiencia de algunos de estos elementos y sustancias en algún ecosistema puede producir serios problemas en el proceso de producción de plantas (producción primaria) y entre los consumidores (animales y seres humanos). Por ejemplo, la deficiencia o falta de yodo en ciertas zonas produce problemas como el bocio o coto en los seres humanos y problemas en los animales, especialmente en la época de gestación. En muchas partes los suelos son deficitarios en ciertos elementos. Los casos más notables son la deficiencia de fósforo en los suelos amazónicos y la falta de nitrógeno en los suelos más húmedos o pantanosos. Existen hoy técnicas de amplio uso para hacer análisis de los suelos y determinar las necesidades de elementos para una fertilización adecuada y de acuerdo a los distintos tipos de cultivos.

CICLO DEL NITRÓGENO.

Vídeo:http://www.youtube.com/watch?v=Um3rI16Wp4Y

Es un ciclo de tipo gaseoso, ya que la mayor parte del nitrógeno se encuentra en la atmósfera. El 80% de las moléculas de la atmósfera de la tierra están hechas de dos átomos de nitrógeno que están unidos entre sí.

IMPORTANCIA DEL ELEMENTO: Es un elemento que sirve de inicio a las plantas para la formación de proteínas y enzimas de sus tejidos. Las plantas con adecuada cantidad de nitrógeno brotan pronto y sus hojas y tallos presentan un color verde oscuro por la cantidad de clorofila. La deficiencia de nitrógeno en las plantas, se caracteriza por plantas con hojas de color verde amarillento y frutos pequeños; por el contrario un exceso de nitrógeno produce una vegetación excesiva y se produce un retraso en la maduración de las plantas.

DEPÓSITOS: Su principal depósito es la atmósfera, pues contiene 78% de nitrógeno en forma de gas. Las principales fuentes de nitrógeno para el ser vivo son las formas orgánicas (urea, proteínas y ácidos nucleídos) e inorgánicas (amoniaco, nitrito, nitrato) y orgánicas (urea, proteínas y ácidos nucleídos).

CICLO

1. Fijación del nitrógeno. Para que el nitrógeno pueda ser absorbido, primero debe ser fijado, existen dos formas diferentes:

Fijación atmosférica: Se realiza por un proceso físico - químico, por ejemplo los relámpagos, estela de meteoritos o una radiación cósmica que transforman el nitrógeno atmosférico en nitrato, nitrito y amoniaco, el que se disuelve en la lluvia y precipita sobre la tierra, siendo absorbida con el agua y otros minerales por las raíces de las plantas.

Fijación biológica: Es realizada por algas o bacterias fijadoras de nitrógeno que viven libres en el suelo o en el agua o en simbiosis con las raíces de ciertas plantas (leguminosas), las algas marinas verde azuladas también fijan nitrógeno atmosférico en nitrato. La más conocida de las bacterias asociadas a raíces es la del género Rhizobium, la que se asocia a una leguminosa, estas bacterias entran en los pelos de la raíz de las leguminosas lo que produce un nódulo en el que se produce la fijación del nitrógeno.

Los animales adquieren los compuestos de nitrógeno a partir de los tejidos vegetales y regresan al suelo, expulsándolos en forma de productos de desecho (urea, acido úrico-excrementos y orines) o en forma de restos orgánicos muertos. Organismos heterótrofos, como bacterias y hongos de la putrefacción descomponen estos organismos muertos reduciéndolos a aminoácidos. El guano de las islas, producido por las aves guaneras, contiene abundantes compuestos nitrogenados, que se almacenan en las islas guaneras.

2. La Amonificación. Bacterias que se hallan en el suelo y en el agua, lo transforman en amoniaco, liberando nitrógeno inorgánico.

3. Nitrificación. Es la conversión del amoniaco en nitritos y nitratos.

4. Desnitrificación. La vuelta del nitrógeno a la atmósfera y por tanto el cierre del ciclo, se realiza por una serie de bacterias desnitrificantes como algunos hongos, que descomponen el nitrato liberando nitrógeno que regresa a la atmosfera.

El hombre y el ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es un elemento imprescindible para la vida, ya que forma parte del ADN y de los aminoácidos que conforman las proteínas. La reserva fundamental de nitrógeno es la atmósfera. Allí el nitrógeno se encuentra en grandes cantidades en forma de nitrógeno molecular.

Aunque es muy abundante, esta forma no está disponible más que para algunos grupos de microorganismos que, mediante un proceso llamado fijación de nitrógeno, transforman el Nitrógeno en amoniaco, que de esta forma queda a disposición, directa o indirecta, de lo demás grupos de seres vivos.

Tras esto, el nitrógeno sufrirá distintas transformaciones mediadas por diversos grupos de organismos, formará parte de ellos y volverá a la atmósfera por un proceso llamado desnitrificacion, realizado también por microorganismos. La cantidad de nitrógeno en formas disponibles para una gran parte de grupos de seres vivos es muy escasa en la mayoría de los ecosistemas (incluidos los agrosistemas), que se han adaptado a gestionar esa escasez. Los modelos agrícolas tradicionales, no industriales, optimizan al máximo el nitrógeno disponible mediante rotaciones, integración de ganadería y agricultura, abonos verdes y diversas técnicas. A principios del siglo XX se descubrió un proceso industrial de fijación del nitrógeno, llamado proceso de Haber-Bosch, que supuso una revolución en el mundo de los fertilizantes agrícolas, ya que se podía disponer de todo el nitrógeno necesario de forma industrial. Desde ese momento, y sobre todo desde el inicio de la revolución verde en los años 60, se han añadido a los cultivos, de forma indiscriminada y sin apenas control, enormes cantidades de fertilizantes nitrogenados.

Influencia del hombre en el ciclo del nitrógeno. Actualmente, a nivel planetario, la fijación derivada de las actividades del hombre ya ha superado con creces a la biológica. Del nitrógeno aplicado a los campos sólo es asimilado por los cultivos entre el 10 y el 40%: el resto es devuelto a la atmósfera o exportado a los ecosistemas adyacentes, generando un gran número de problemas ambientales. Según las condiciones ambientales, una parte del nitrógeno que vuelve a la atmósfera lo hace en forma de óxido nitroso, compuesto que es un potente gas invernadero.

Asimismo, se emitirán otros compuestos nitrogenados que son responsables de la formación de ozono troposférico y de lluvia ácida. Otra parte del nitrógeno exportado llega a los cuerpos de agua y genera una alteración de los ecosistemas acuáticos (eutrofización) que no están adaptados a disponer de tales cantidades de un elemento que antes era limitante.

También se producirán problemas de contaminación por nitratos, nitritos y amonio, lo que supone, además de la toxicidad que a determinadas concentraciones producen sobre los organismos acuáticos, grandes inversiones económicas para conseguir potabilizar el agua de consumo humano en los países desarrollados y un problema de salud pública en los desfavorecidos.

Contaminación atmosférica

Sensibilización y profundización:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo04/tema05/01_04_05.htm

La atmósfera actúa como un medio para transportar la contaminación desde el foco de emisión a otros lugares, incluso a grandes distancias y otros medios (suelo y agua). El destino de los contaminantes emitidos a la atmósfera viene determinado principalmente por la altura de vertido y las condiciones del tiempo.

La dispersión, mezcla, transporte y transformaciones por procesos físico-químicos que los contaminantes experimentan una vez emitidos pueden influir en su tiempo de residencia en la atmósfera, antes de ser, más pronto o más tarde, devueltos a la superficie de la Tierra. Si el tiempo de residencia es corto y determinadas condiciones sinópticas persisten durante varios días la carga de contaminación puede incrementarse, produciendo episodios de contaminación local. Si los tiempos de residencia son más largos, entre los 6 y los 12 meses, tendrá lugar el intercambio entre los hemisferios norte y sur. Sólo para períodos superiores al año, el intercambio entre la troposfera y la estratosfera llega a ser importante, pudiendo tener un impacto global en las propiedades de la atmósfera. Esta es la razón por la cual las emisiones de ciertos gases contribuyen al problema global que supone un incremento del efecto invernadero y el por qué el vertido de otros contaminantes, como los clorofluorocarbonados (CFCs), conduce a la destrucción de la capa de ozono situada entre 20 y 30 km de altura, originando un empobrecimiento del ozono estratosférico.

En las emisiones atmosféricas procedentes de algunos procesos de combustión e incineración, se encuentra también un grupo de contaminantes conocido como compuestos orgánicos persistentes (COP) entre los que se incluyen las dioxinas y los furanos. Sus fuentes más importantes son procesos industriales de combustión, incineración, combustiones domésticas, combustiones debidas al tráfico rodado, procesos de pirólisis, procesos metalúrgicos no férreos y otros muchos. Además, se consideran fuentes de contaminación secundarias a los depósitos de materiales o productos contaminados que pueden redistribuir o poner en circulación estos contaminantes en el medio: vertederos, suelos, sedimentos, vegetación, fangos aplicados a suelos agrícolas, etc.

El Ozono

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=r2lNdPU9dqc

Se denomina capa de ozono, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 50 km de altitud, reúne el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97% al 99% de la radiación ultravioleta de alta frecuencia.

Gráfico: http://www.elpais.com/graficos/sociedad/Capa/ozono/elpepusoc/20050831elpepusoc_1/Ges/

La interacción de la radiación ultravioleta del espectro solar con el oxígeno a la altura de la estratósfera produce continuamente ozono, el cual a su vez se descompone por colisión con el oxígeno atómico y por interacción con nitrógeno, hidrógeno, clorinos y brominos. Tales componentes están presentes en la atmósfera en forma natural desde tiempos remotos. Actualmente se está incrementando el proceso de destrucción del ozono con las emisiones de una cantidad adicional de clorinos y brominos producidos por la actividad humana. El ozono es un gas muy raro en la atmósfera, ya que existe una relación de 3 moléculas de ozono por cada 10 millones de moléculas de aire.

Vídeo:
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=8Cl3iPK0ILs#at=31

Actividad complementaria

1. Consulto sobre el consumo energético del ser humano sobre algunos alimentos y lo normal diariamente

2. Durante una semana contabilizo el valor energético de los alimentos que consumo y establezco si esta dentro de los parámetros normales.

3. Consulto sobre alternativas energéticas sostenibles.

4. Consulto sobre las causas y consecuencias del cambio climático: *http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_clim%C3%A1tico

*http://www.pnud.org.co/sitio.shtml?apc=a-c-1--&x=62597#.UZlLj7VhXzw

5. Enumero acciones humanas para reducir el cambio climático.

6. Invento un acróstico con la expresión "cambio climático".

7. Creo una caricatura sobre el cambio climático

8. Elaboro un crucigrama sobre la productividad en los ecosistemas.

9. Analizo y describo apartes principales del proyecto Juampablista sobre la recuperación de la microcuenca del Caño Seco, me apoyo en http://herohecomunicativo.blogspot.com.
10. Construyo tres items de selección múltiple sobre la temática planteada.
11. Consulto y esquematizo los ciclos del carbono, fósforo, hidrógeno y azufre.

12. Explico las acciones antrópicas que alteran cada uno de los anteriores ciclos y las consecuencias para el medio ambiente.

13. Consulto sobre las consecuencias de la contaminación atmosférica sobre la salud humana, suelo, animales y vegetales.

14. Indago sobre la lluvia ácida y las consecuencias para la salud humana, vegetales, animales, suelo y agua.

15. Consulto sobre la problemática ambiental por la destrucción de la capa de ozono.

16. Enumero acciones humanas para mantener la capa de ozono.

17. Creo un acróstico con la expresión "lluvia ácida".

18. Invento un crucigrama con los términos planteados en la temática.
19. Creo un mapa conceptual sobre la temática planteada.

Bibliografía

* foto: http://www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t17_imag.htm

* http://www.youtube.com/watch?v=If8-mVGxJrI

* http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_clim%C3%A1tico

* http://www.minambiente.gov.co/contenido/contenido.aspx?catID=135&conID=252