¿Cuáles son los componentes y características de un ecosistema?

Las relaciones tróficas entre los diversos componentes de un ecosistema se realizan a través de cadenas alimentarias y redes alimentarias. Una cadena alimentaria es una cadena de dependencias alimentarias entre diferentes organismos de un ecosistema. Cada eslabón de la cadena alimentaria se denomina nivel trófico. Cada población biológica se encuentra en un determinado nivel trófico, y algunas especies se encuentran en dos niveles tróficos al mismo tiempo, como los omnívoros. Las cadenas alimentarias en los ecosistemas incluyen dos tipos principales: cadenas alimentarias vivas y cadenas alimentarias carroñeras. La cadena alimentaria de los alimentos vivos comienza con las plantas verdes que fijan la energía solar y producen materia orgánica, que pertenece al primer nivel trófico, los herbívoros pertenecen al segundo nivel trófico y varios carnívoros constituyen el tercer, cuarto y superiores niveles tróficos. La cadena alimentaria saprofita parte de los restos de organismos y, mediante la trituración y descomposición de los animales del suelo y la descomposición y transformación de bacterias y hongos, se devuelve al medio ambiente en forma de materia inorgánica para su reabsorción por las plantas verdes. Dependiendo del nivel trófico, los descomponedores se encuentran en el quinto nivel trófico o superior. Las ratas se alimentan de cereales, las comadrejas se alimentan de ratones y las águilas se alimentan de comadrejas. Los restos de un águila son descompuestos en materia inorgánica por varios microorganismos, lo que es un ejemplo de cadena alimentaria simple. Sin embargo, las cadenas alimentarias en la naturaleza no existen de forma aislada. Es un hecho fácil de entender que casi ningún consumidor está especializado en una determinada planta o animal, y ninguna planta o animal es alimento para un solo consumidor. Por ejemplo, las ratas comen una variedad de cereales y semillas, y los cereales son alimento para muchas aves e insectos. Los insectos son comidos por las ranas, que son alimento para las serpientes, y las águilas eventualmente capturan a las serpientes para alimentarlas. Las pajas de cereales todavía eran alimento para el ganado y la carne de res se convirtió en alimento para los humanos (Figura 10-7). Se puede observar que las cadenas alimentarias a menudo se cruzan entre sí para formar una red de alimentación compleja, llamada red alimentaria. En términos generales, cuanto más compleja sea la estructura de la red trófica de un ecosistema, mayor será la estabilidad del sistema.

4. Funciones de los ecosistemas

Las funciones de los ecosistemas están representadas principalmente por la producción biológica, el flujo de energía y la circulación de materiales, que se logran a través de la parte central del ecosistema: lo biológico. comunidad.

(1) Producción biológica de ecosistemas

La producción biológica de ecosistemas se refiere a la recombinación de energía y materiales por parte de organismos biológicos en el proceso de metabolismo energético y material para formar nuevos productos (carbohidratos). , grasas, proteínas, etc.). ). Se denomina producción vegetal o producción primaria al proceso de producción en el que las plantas verdes absorben y fijan la energía solar mediante la fotosíntesis y convierten la materia inorgánica en materia orgánica; Se llama producción animal o producción secundaria.

La energía solar fijada por las plantas a través de la fotosíntesis por unidad de área y unidad de tiempo se llama producción primaria bruta (GPP), y la unidad es J·m-2a-1 o G·DW·m-2a-. 1 (DW es peso seco). La producción primaria neta (PPN) es la producción primaria total menos el consumo de la planta debido a la respiración (R). La relación entre ellos es

GPP-R

Otro concepto relacionado con la producción primaria es el de biomasa. Para plantas, se refiere al peso total de plantas por unidad de área, y la unidad es km·m-2. La biomasa vegetal en un momento determinado es la cantidad de producción primaria acumulada antes de ese momento.

La producción primaria neta (materia seca) de toda la Tierra se estima en 172,5×109t a-1, y la biomasa (materia seca) en 1841×109t. El rendimiento y la biomasa de los diferentes tipos de ecosistemas. . Cabe señalar que esta estimación es muy aproximada, pero aún tiene cierto valor de referencia para comprender las características cuantitativas generales de la producción primaria y la biomasa en los ecosistemas globales.

La relación entre la energía contenida en la materia orgánica acumulada por la fotosíntesis de las plantas por unidad de terreno y la energía solar que brilla en el mismo terreno se denomina eficiencia de utilización de la energía lumínica. La tasa promedio de utilización de energía lumínica de las plantas verdes es de 0,14, y la tasa de utilización de energía lumínica de los ecosistemas agrícolas que utilizan tecnología agrícola moderna es sólo de aproximadamente 1,3. El ecosistema terrestre es la materia orgánica producida por la utilización de energía con poca luz para mantener la supervivencia del reino animal y de los humanos.

(2) Flujo de energía de los ecosistemas

La producción biológica de los ecosistemas comienza con la fijación de la energía solar por las plantas verdes. La energía solar se convierte en energía bioquímica a través de la fotosíntesis de las plantas y se convierte en. un ecosistema. La energía básica disponible.

El flujo unidireccional es una característica importante del flujo de energía entre varios componentes del ecosistema, lo que significa que una gran parte de la energía es utilizada por los organismos en cada nivel trófico y se disipa en forma de calor a través de la respiración, pero la energía térmica se pierde. al medio ambiente no se puede regresar al ecosistema para participar en el flujo de energía, porque aún no se han encontrado organismos que utilicen el calor como energía para sintetizar materia orgánica, pero la proporción de energía utilizada para formar niveles tróficos superiores es muy pequeña (Figura 10-8). ).

La transferencia y transformación de energía en los ecosistemas sigue las leyes de la termodinámica. Según la primera ley de la termodinámica, la entrada de energía en un ecosistema es siempre igual a la energía almacenada, transformada y liberada por los organismos biológicos, manteniendo así sin cambios el valor energético total en el ecosistema y su entorno. Según la segunda ley de la termodinámica, la energía del ecosistema se transforma y transfiere en cualquier momento. Cuando una forma de energía se convierte en otra, siempre se consume algo de energía en forma de calor, por lo que la entropía del sistema tiende a aumentar. Para un sistema aislado termodinámicamente fuera de equilibrio, su entropía siempre tiende a aumentar espontáneamente, haciendo que el sistema sea cada vez menos ordenado y, finalmente, alcanza un estado caótico desordenado, es decir, un estado de equilibrio termodinámico. Sin embargo, el ecosistema terrestre está atravesando un proceso de desarrollo contrario a la segunda ley de la termodinámica, es decir, de la simplicidad a la complejidad, del desorden al orden. Según la perspectiva de la termodinámica del no equilibrio, un sistema abierto lejos del equilibrio puede introducir un flujo de entropía negativo del medio ambiente para compensar el aumento de entropía generado dentro del sistema y transformar el sistema del desorden al orden. Un ecosistema es un sistema abierto en el que se intercambia energía y materia entre comunidades biológicas y su entorno. El ecosistema "devora" continuamente el flujo de entropía negativa mediante el aporte de energía y materia, manteniendo un estado altamente ordenado.

Como se mencionó anteriormente, cada vez que se pasa por un nivel trófico se pierde una gran cantidad de energía. Entonces, ¿qué tan eficiente es la conversión energética de los ecosistemas? El estudioso estadounidense Lindemann midió la eficiencia de conversión de energía de los ecosistemas lacustres y obtuvo un resultado promedio de 10, es decir, hay una pérdida de aproximadamente el 90% en el proceso de flujo de energía de un nivel trófico a otro. Este es el famoso "Uno-". décima ley” (Figura 10-9). Por ejemplo, si una persona gana 0,5 kg de peso bebiendo productos de agua, debe comer 5 kg de pescado. Los peces se alimentan de 50 kg de zooplancton, y 50 kg de zooplancton consumen alrededor de 500 kg de fitoplancton. Debido a que esta "ley" proviene del estudio de los lagos naturales, está más acorde con las condiciones de los ecosistemas acuáticos y no se aplica a los ecosistemas terrestres. En términos generales, la eficiencia de conversión de energía de los ecosistemas terrestres es menor que la de los ecosistemas acuáticos porque sólo una pequeña parte de la producción neta en la tierra puede transferirse al nivel trófico anterior, y la mayor parte se transfiere directamente a los descomponedores.

(3) Circulación material de los ecosistemas

El desarrollo y los cambios de los ecosistemas no sólo requieren una cierta cantidad de aporte de energía, sino que también incluyen esencialmente diversos movimientos materiales como portadores de energía. Por ejemplo, las plantas verdes almacenan energía solar en forma de energía química en materia orgánica sintética mediante la fotosíntesis, y el movimiento de energía y materia coexisten al mismo tiempo. El movimiento de diversos elementos y compuestos de la naturaleza en los ecosistemas es un flujo cíclico llamado ciclos biogeoquímicos.