La eficiencia ecológica describe la eficiencia con la que se transfiere energía de un nivel trófico al siguiente. Está determinada por una combinación de eficiencias relacionadas con la adquisición y asimilación de recursos por parte de los organismos en un ecosistema .
La producción primaria se produce en los organismos autótrofos de un ecosistema . Los fotoautótrofos, como las plantas vasculares y las algas, convierten la energía del sol en energía almacenada en forma de compuestos de carbono . La fotosíntesis se lleva a cabo en la clorofila de las plantas verdes. La energía convertida mediante la fotosíntesis se transporta a través de los niveles tróficos de un ecosistema a medida que los organismos consumen miembros de niveles tróficos inferiores.
La producción primaria se puede dividir en producción primaria bruta y neta. La producción primaria bruta es una medida de la energía que un fotoautótrofo obtiene del sol. Tomemos, por ejemplo, una hoja de hierba que absorbe x julios de energía del sol. La fracción de esa energía que se convierte en glucosa refleja la productividad bruta de la hoja de hierba. La energía que queda después de la respiración se considera la producción primaria neta. En general, la producción bruta se refiere a la energía contenida dentro de un organismo antes de la respiración y la producción neta a la energía después de la respiración. Los términos se pueden utilizar para describir la transferencia de energía tanto en autótrofos como en heterótrofos .
La transferencia de energía entre niveles tróficos es generalmente ineficiente , de modo que la producción neta en un nivel trófico es generalmente sólo el 10% de la producción neta en el nivel trófico precedente (la ley del diez por ciento). Debido a la muerte no depredadora, la egestión y la respiración celular , una cantidad significativa de energía se pierde en el medio ambiente en lugar de ser absorbida para la producción por los consumidores. La figura se aproxima a la fracción de energía disponible después de cada etapa de pérdida de energía en un ecosistema típico, aunque estas fracciones varían mucho de un ecosistema a otro y de un nivel trófico a otro. La pérdida de energía por un factor de la mitad de cada uno de los pasos de muerte no depredadora, defecación y respiración es típica de muchos sistemas vivos. Por lo tanto, la producción neta en un nivel trófico es o aproximadamente el diez por ciento de la del nivel trófico anterior.
Por ejemplo, supongamos que el nivel trófico 1 produce 500 unidades de energía. La mitad de esa cantidad se pierde por muerte no depredadora, mientras que la otra mitad (250 unidades) es ingerida por el nivel trófico 2. La mitad de la cantidad ingerida se expulsa a través de la defecación , dejando la otra mitad (125 unidades) para ser asimilada por el organismo. Finalmente, la mitad de la energía restante se pierde a través de la respiración, mientras que el resto (63 unidades) se utiliza para el crecimiento y la reproducción. Esta energía gastada para el crecimiento y la reproducción constituye la producción neta del nivel trófico 1, que es igual a unidades.
La eficiencia ecológica es una combinación de varias eficiencias relacionadas que describen la utilización de los recursos y el grado en que los recursos se convierten en biomasa . [1]
En teoría, es fácil calcular la eficiencia ecológica utilizando las relaciones matemáticas anteriores. Sin embargo, a menudo es difícil obtener mediciones precisas de los valores involucrados en el cálculo. Para evaluar la ingestión, por ejemplo, es necesario conocer la cantidad bruta de alimentos consumidos en un ecosistema , así como su contenido calórico . Una medición de este tipo rara vez es mejor que una estimación fundamentada, en particular en relación con los ecosistemas que son en gran medida inaccesibles para los ecólogos y las herramientas de medición. Como resultado, la eficiencia ecológica de un ecosistema a menudo no es mejor que una aproximación. Por otro lado, una aproximación puede ser suficiente para la mayoría de los ecosistemas, donde es importante no obtener una medida exacta de la eficiencia, sino más bien una idea general de cómo se mueve la energía a través de sus niveles tróficos .
En los entornos agrícolas, maximizar la transferencia de energía del productor (alimentos) al consumidor ( ganado ) puede generar beneficios económicos. Ha surgido un subcampo de la ciencia agrícola que explora métodos de monitoreo y mejora de la eficiencia ecológica y otras relacionadas.
Al comparar la eficiencia neta de la utilización de energía por parte del ganado, las razas históricamente mantenidas para la producción de carne , como la Hereford , superaron a las mantenidas para la producción lechera , como la Holstein, en la conversión de energía del alimento en energía almacenada como tejido. [2] Esto es resultado de que el ganado vacuno de carne almacena más grasa corporal que el ganado lechero, ya que el almacenamiento de energía en forma de proteína estaba al mismo nivel para ambas razas. Esto implica que el cultivo de ganado para sacrificio es un uso más eficiente del alimento que el cultivo para la producción de leche.
Si bien es posible mejorar la eficiencia del uso de energía por parte del ganado, es vital para la cuestión alimentaria mundial considerar también las diferencias entre la cría de animales y la agricultura vegetal. La concentración calórica en los tejidos grasos es mayor que en los tejidos vegetales, lo que hace que los organismos con alto contenido de grasa tengan una mayor concentración energética; sin embargo, la energía necesaria para cultivar alimentos para el ganado solo se convierte parcialmente en células grasas. El resto de la energía invertida en el cultivo de alimentos es respirada o ingerida por el ganado y no puede ser utilizada por los seres humanos.
De un total de 28.400 teravatios-hora (96,8 × 10 15 BTU ) de energía utilizada en los EE. UU. en 1999, el 10,5% se utilizó en la producción de alimentos, [3] y el porcentaje representa los alimentos de los niveles tróficos de productor y consumidor primario . Al comparar el cultivo de animales con el de plantas, existe una clara diferencia en la magnitud de la eficiencia energética. Las kilocalorías comestibles producidas a partir de las kilocalorías de energía requeridas para el cultivo son: 18,1% para el pollo , 6,7% para la carne de res alimentada con pasto, 5,7% para el salmón de cultivo y 0,9% para el camarón . En contraste, las papas rinden el 123%, el maíz produce el 250% y la soja da como resultado el 415% de las calorías de entrada convertidas en calorías que pueden ser utilizadas por los humanos. [4] Esta disparidad en la eficiencia refleja la reducción de la producción al ascender de niveles tróficos. Por lo tanto, es energéticamente más eficiente formar una dieta a partir de niveles tróficos inferiores.
La ley del diez por ciento de transferencia de energía de un nivel trófico al siguiente se puede atribuir a Raymond Lindeman (1942), [5] aunque Lindeman no la llamó una "ley" y citó eficiencias ecológicas que van desde el 0,1% al 37,5%. Según esta ley, durante la transferencia de energía alimentaria orgánica de un nivel trófico al siguiente nivel superior, solo alrededor del diez por ciento de la energía transferida se almacena como carne . El resto se pierde durante la transferencia, se descompone en la respiración o se pierde debido a una digestión incompleta por parte del nivel trófico superior.
Cuando se consumen organismos, aproximadamente el 10% de la energía de los alimentos se fija en su carne y queda disponible para el siguiente nivel trófico ( carnívoros u omnívoros ). Cuando un carnívoro o un omnívoro a su vez consume a ese animal, solo alrededor del 10% de la energía se fija en su carne para el nivel superior.
Por ejemplo, el sol libera 10.000 J de energía, luego las plantas toman solo 100 J de energía de la luz solar (excepción: las plantas solo absorben el 1% de la energía del sol); a partir de entonces, un ciervo tomaría 10 J (10% de la energía) de la planta. Un lobo que se comiera al ciervo solo tomaría 1 J (10% de la energía del ciervo). Un humano que se comiera al lobo tomaría 0,1 J (10% de la energía del lobo), etc.
La ley del diez por ciento proporciona una comprensión básica del ciclo de las cadenas alimentarias. Además, la ley del diez por ciento muestra la ineficiencia de la captura de energía en cada nivel trófico sucesivo. La conclusión racional es que la eficiencia energética se preserva mejor si se obtiene el alimento lo más cerca posible de la fuente de energía inicial.
