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Productividad (ecología)

En ecología , el término productividad se refiere a la tasa de generación de biomasa en un ecosistema , generalmente expresada en unidades de masa por volumen (unidad de superficie) por unidad de tiempo, como gramos por metro cuadrado por día (gm −2 d −1 ). La unidad de masa puede estar relacionada con la materia seca o con la masa de carbono generado . La productividad de los autótrofos , como las plantas , se denomina productividad primaria , mientras que la productividad de los heterótrofos , como los animales , se denomina productividad secundaria . [1]

La productividad de un ecosistema está influida por una amplia gama de factores, entre ellos la disponibilidad de nutrientes, la temperatura y el agua. Comprender la productividad ecológica es fundamental porque permite comprender cómo funcionan los ecosistemas y en qué medida pueden sustentar la vida. [2]

Producción primaria

La producción primaria es la síntesis de materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas . En la mayoría de los ecosistemas, la producción primaria está dominada por el proceso de fotosíntesis , en el que los organismos sintetizan moléculas orgánicas a partir de la luz solar , H 2 O y CO 2 . [3] La productividad primaria acuática se refiere a la producción de materia orgánica, como fitoplancton, plantas acuáticas y algas, en ecosistemas acuáticos, que incluyen océanos, lagos y ríos. La productividad primaria terrestre se refiere a la producción de materia orgánica que tiene lugar en ecosistemas terrestres como bosques, pastizales y humedales.

La producción primaria se divide en producción primaria neta (PPN) y producción primaria bruta (PBP). La producción primaria bruta mide todo el carbono asimilado en moléculas orgánicas por los productores primarios. [4] La producción primaria neta mide las moléculas orgánicas por los productores primarios. La producción primaria neta también mide la cantidad de carbono asimilado en moléculas orgánicas por los productores primarios, pero no incluye las moléculas orgánicas que luego son descompuestas nuevamente por estos organismos para procesos biológicos como la respiración celular . [5] La fórmula utilizada para calcular la PPN es producción primaria neta = producción primaria bruta - respiración.

Productores primarios

Fotoautotrofos

Fotoautotrofia

Los organismos que dependen de la energía de la luz para fijar el carbono y, por lo tanto, participan en la producción primaria, se denominan fotoautótrofos . [6]

Los fotoautotrofos existen en todo el árbol de la vida. Se sabe que muchos taxones bacterianos son fotoautotróficos, como las cianobacterias [7] y algunas Pseudomonadota (anteriormente proteobacteria). [8] Los organismos eucariotas adquirieron la capacidad de participar en la fotosíntesis mediante el desarrollo de plástidos derivados de relaciones endosimbióticas . [9] Archaeplastida , que incluye algas rojas , algas verdes y plantas, han desarrollado cloroplastos que se originaron a partir de una antigua relación endosimbiótica con una Alphaproteobacteria . [10] La productividad de las plantas, aunque son fotoautotróficas, también depende de factores como la salinidad y los estresores abióticos del entorno circundante. [11] El resto de los organismos fotoautotróficos eucariotas se encuentran dentro del clado SAR (que comprende Stramenopila , Alveolata y Rhizaria ). Los organismos del clado SAR que desarrollaron plástidos lo hicieron a través de relaciones endosimbióticas secundarias o terciarias con algas verdes y/o algas rojas. [12] El clado SAR incluye muchos productores primarios acuáticos y marinos como algas marinas , diatomeas y dinoflagelados . [12]

Litoautotrofos

Esterilla microbiana quimiosintética

El otro proceso de producción primaria es la litoautotrofia . Los litoautótrofos utilizan compuestos químicos reducidos como gas hidrógeno , sulfuro de hidrógeno , metano o ion ferroso para fijar carbono y participar en la producción primaria. Los organismos litoautotróficos son procariotas y están representados por miembros de los dominios bacteriano y arqueológico . [13] La litoautotrofia es la única forma de producción primaria posible en ecosistemas sin luz, como los ecosistemas de agua subterránea , [14] ecosistemas de respiraderos hidrotermales , [15] ecosistemas de suelo , [16] y ecosistemas de cuevas. [17]

Producción secundaria

La producción secundaria es la generación de biomasa de organismos heterótrofos (consumidores) en un sistema. Esto es impulsado por la transferencia de material orgánico entre niveles tróficos y representa la cantidad de tejido nuevo creado a través del uso de alimentos asimilados . La producción secundaria a veces se define para incluir solo el consumo de productores primarios por parte de consumidores herbívoros [18] (y la producción terciaria se refiere a los consumidores carnívoros ), [19] pero se define más comúnmente para incluir toda la generación de biomasa por heterótrofos. [1]

Los organismos responsables de la producción secundaria incluyen animales, protistas , hongos y muchas bacterias. [ cita requerida ]

La producción secundaria se puede estimar mediante distintos métodos, entre los que se incluyen la suma de incrementos, la suma de remociones, el método de crecimiento instantáneo y el método de la curva de Allen. [20] La elección entre estos métodos dependerá de los supuestos de cada uno y del ecosistema en estudio. Por ejemplo, si se deben distinguir cohortes , si se puede suponer una mortalidad lineal y si el crecimiento de la población es exponencial. [ cita requerida ]

La producción neta del ecosistema se define como la diferencia entre la producción primaria bruta (PBP) y la respiración del ecosistema. [21] La fórmula para calcular la producción neta del ecosistema es PNE = PBP - respiración (por autótrofos) - respiración (por heterótrofos). [22] La diferencia clave entre PNP y PNE es que la PNP se centra principalmente en la producción autótrofa, mientras que la PNE incorpora las contribuciones de otros aspectos del ecosistema al presupuesto total de carbono. [23]

Productividad

A continuación se muestra la lista de ecosistemas en orden decreciente de productividad. [ cita requerida ]

Relación entre diversidad de especies y productividad

La relación entre la productividad de las plantas y la biodiversidad es un tema importante en ecología, aunque ha sido controvertido durante décadas. Tanto la productividad como la diversidad de especies están limitadas por otras variables como el clima, el tipo de ecosistema y la intensidad del uso de la tierra. [24] Según algunas investigaciones sobre la correlación entre la diversidad de plantas y el funcionamiento de los ecosistemas, la productividad aumenta a medida que aumenta la diversidad de especies. [25] Una razón para esto es que la probabilidad de descubrir una especie altamente productiva aumenta a medida que aumenta el número de especies inicialmente presentes en un ecosistema. [25] [26]

Otros investigadores creen que la relación entre la diversidad de especies y la productividad es unimodal dentro de un ecosistema. [27] Un estudio de 1999 sobre los ecosistemas de pastizales en Europa, por ejemplo, encontró que el aumento de la diversidad de especies inicialmente aumentó la productividad, pero gradualmente se estabilizó en niveles intermedios de diversidad. [28] Más recientemente, un metaanálisis de 44 estudios de varios tipos de ecosistemas observó que la interacción entre la diversidad y la producción era unimodal en todos los estudios menos uno. [29]

Interacciones humanas

Las actividades antropogénicas (actividades humanas) han afectado la productividad y biomasa de varios ecosistemas. Ejemplos de estas actividades incluyen la modificación del hábitat, el consumo de agua dulce, un aumento de nutrientes debido a fertilizantes y muchos otros. [30] El aumento de nutrientes puede estimular una floración de algas en cuerpos de agua, aumentando la producción primaria pero haciendo que el ecosistema sea menos estable. [31] Esto aumentaría la producción secundaria y tendría un efecto de cascada trófica a lo largo de la cadena alimentaria, aumentando en última instancia la productividad general del ecosistema. [32]

Véase también

Referencias

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