EJERCICIOS RESUELTOS SOBRE EL TEMA BIOSFERA
1. Ante la siguiente regla: "Cuanto más elevado sea el nivel al que la humanidad recoja la cosecha, de menor energía por unidad de área dispondrá".
a) Explica las razones en que se basa esta regla.
b) Pon un ejemplo de una cadena trófica, referido a la agricultura, que represente un caso de máximo aprovechamiento energético para la especie humana.
c) Escribe una cadena trófica que represente una dieta cárnica para la especie humana y analízala desde el punto de vista de la disponibilidad energética.
d) Teniendo en cuenta la regla citada, ¿qué recomendación debería hacerse a los países desarrollados sobre su dieta, desde el punto de vista del desarrollo sostenible?
SOLUCIÓN:
a) Puesto que el flujo de energía a lo largo de los niveles tróficos del ecosistema supone que sólo alrededor del 10% de la producción neta (energía acumulada) de un nivel trófico pasa al siguiente (regla del 10%), cuanto mayor sea el número de niveles a través de los que pasa la energía, menor será la cantidad disponible de esta. Si se recoge la cosecha del primer nivel trófico (productores) en forma de vegetales, la cantidad de energía acumulada y cosechada por unidad de área será mayor que si se extrae del nivel de consumidores primarios (ganado), ya que habrá que descontar la cantidad no aprovechada, la no asimilada y la consumida por la respiración en este nivel trófico. Los siguientes apartados ilustran estas afirmaciones.
b) Representa la extracción de la cosecha vegetal del primer nivel trófico, estando el máximo aprovechamiento en el hecho de que no existen las pérdidas asociadas al flujo a través del nivel de consumidores. La cadena tendría sólo dos eslabones, uno correspondiente al vegetal o vegetales cultivados (productores) y otro constituido por la especie humana (consumidores primarios).
c) En este caso se introduce un nivel intermedio más: una especie de herbívoro (consumidor primario), quedando la especie humana como consumidor secundario. Desde el punto de vista energético es diez veces menos eficiente que el modelo anterior por lo ya indicado. Además, es importante recordar las consecuencias ambientales que tiene la cría de ganado, como la necesidad de extensos pastizales a costa de tierras agrícolas o forestales.
d) La dieta actual de los países desarrollados no se corresponde con un modelo sostenible puesto que su elevada proporción de componentes de origen animal exige dedicar terrenos a la cría de ganado, mayoritariamente intensiva en estos países y extensiva en países en vías de desarrollo, que podrían ser aprovechados más eficientemente para la obtención de productos agrícolas destinados a la alimentación humana. Además de lo escasamente solidario de este modo de vida, hemos de recordar otros problemas ambientales asociados que lo hacen insostenible, como la deforestación para obtener pastos, la dedicación de terrenos agrícolas para alimentar ganado (cultivos forrajeros) en vez de alimentar personas (con la consiguiente pérdida entretanto: regla del 10%), la desviación de proteínas procedentes de la pesca (harinas de pescado) para alimentar ganado, la inversión energética en las explotaciones intensivas, en la producción de piensos, en los cultivos forrajeros, los problemas ambientales creados por los ingentes volúmenes de purines, la aportación de los gases digestivos de los rumiantes al efecto invernadero,... La recomendación sería reducir la proporción de carne en la dieta de los países desarrollados, por otra parte claramente hipercalórica, minimizando los problemas citados y permitiendo de paso un reparto más equitativo de los recursos en los países menos industrializados. Al mismo tiempo, ello redundaría positivamente en la salud de la población de los países desarrollados, ya que se reducirían drásticamente los factores responsables de algunas de las enfermedades con mayor incidencia, como hipercolesterolemia y afecciones cardiovasculares, obesidad, etc.
2. Observa la pirámide ecológica:
a) ¿Qué tipo de pirámide es y qué información aporta?
b) Explica en qué consiste la regla del 10% e indica en qué medida se cumple en este ejemplo.
c) Teniendo en cuenta los aspectos anteriores, indica las razones por las cuales el número de niveles tróficos de un ecosistema no puede ser ilimitado.
SOLUCIÓN:
a) Es una pirámide de producción que expresa, para cada nivel trófico, la cantidad de energía fijada por unidad de tiempo. La producción bruta representa la cantidad de energía asimilada en cada nivel, de la cual hay que restar la cantidad utilizada por ese nivel para su mantenimiento en los procesos respiratorios para obtener la cantidad real que se acumula como biomasa o producción neta, potencialmente disponible para ser aprovechada por el nivel trófico siguiente.
b) La regla del 10% ya está explicada. En el ejemplo se cumple con suficiente aproximación.
c) Lo anterior tiene como consecuencia que al cabo de unos pocos niveles tróficos la energía disponible no sea suficiente para sostener un nivel más. En una cadea con cuatro niveles, la energía disponible en el cuarto y último sería una milésima parte de la inicial:
3. a) Observa las pirámides ecológicas A y B que aparecen en el dibujo e indica qué tipo de pirámides son.
b) Explica la información que se puede obtener de cada tipo de pirámide respecto a la estructura dle ecosistema.
c) ¿Qué es la biomasa y cuál es la utilización que se hace de ella en gran número de países?
SOLUCIÓN:
a) La pirámide A es una pirámide de números, representa el número de individuos que componen la población del nivel considerado, y la pirámide B es de biomasa, que expresa la cantidad en peso de materia orgánica acumulada en cada nivel trófico.
b) La pirámide A presenta el número de individuos que hay en cada nivel trófico (productores, consumidores primarios, etc.). Generalmente el número disminuye a medida que se asciende de nivel (aunque hay excepciones) y suele ocurrir que también el tamaño de los individuos aumenta (el depredador es mayor que la presa). La pirámide B indica la cantidad de materia orgánica o biomasa que corresponde a
cada nivel. Generalmente va disminuyendo a medida que se asciende, aunque hay excepciones en ecosistemas acuáticos.
c) La biomasa es la cantidad de materia orgánica que ha tenido su origen en procesos biológicos. Hay biomasa vegetal, resultado de la fotosíntesis, y biomasa animal, resultante de heterótrofos. Hay biomasa residual resultante de transformaciones por la acción humana (trozas, serrín, paja, residuos urbanos, estiércol). Esta biomasa residual se usa como fuente de energía (renovable) por combustión directa, o para obtener combustibles (alcohol, biogás) por diferentes procedimientos, como fermentación o pirólisis , o para obtener abonos.
4. "En un bosque caducifolio, la insolación (espectro visible), aporta 56.000 cal/cm2 año. La tasa de producción orgánica de las plantas (Productividad Primaria Neta, P.P.N.) es de 510 cal/cm2 año. De la energía incipiente original, en este caso sólo el 0,91% aparece como materia vegetal".
I.G. Simmons.
a) ¿Qué es la Productividad Primaria?
b) ¿Qué diferencia existe entre la Productividad Primaria Bruta y la Productividad Primaria Neta?
c) A la vista de los datos que se exponen en el texto, ¿qué se deduce sobre la eficacia de la Productividad Primaria? Indica algunos factores que explican este hecho.
SOLUCIÓN:
a) La Productividad Primaria es la cantidad de carbono asimilado en la unidad de tiempo por los productores mediante la fotosíntesis, en relación con la energía lumínica que interviene en el proceso.
Si consideramos la reacción de síntesis del proceso;
CO2 (44g) + H2O (18g) + E (123 kc) > CH2O (30g) + O2 (32g),
y se analiza el rendimiento, 1 g de C precisa para su asimilación 10 kc, suponiendo que toda la energía se aprovecha para la reducción del C del CO2, y que el resultado final fuese la síntesis de azúcar.
b) Véase la pregunta 2.a.
c) La eficacia es muy baja, menos del 1% de la energía total incidente queda disponible para el siguiente nivel trófico. Entre los factores que limitan la producción primaria tenemos (página 50): temperatura y humedad, falta de nutrientes, sobre todo fósforo y nitrógeno y la configuración estructural del sistema de captación de la fotosíntesis:
Los productores presentan uno orgánulos captadores de energía llamados cloroplastos. Sólo los fotones de una determinada longitud de onda son capaces de incidir en ellos, haciendo que los enlaces alrededor de determinados átomos de carbono de los pigmentos adquieran configuraciones que retienen energía. La finalidad es convertir la energía electromagnética en química.
El número de puntos donde se realiza la conversión es inferior al de moléculas del pigmento. Cada cloroplasto se descompone en gran número de unidades y cada una contiene 300 moléculas de clorofila, dispuestas como si fuera una pantalla de captación y un solo elemento de conversión. Cada unidad de fotosíntesis es como un embudo que recoge agua de lluvia. Si excede la cantidad de lluvia de un determinado valor, termina por rebosar y se pierde.
5.
El esquema representa una simplificación del ciclo del carbono en el ecosistema de una dehesa. De entre todos sus componentes, se destaca en el dibujo el pastizal (trazos pequeños) y el suelo (trazos largos horizontales), un encina (árbol característico de la dehesa) y un herbívoro (una vaca). El cuadro que contiene el rótulo de CO2, representa el carbono atmosférico. Las flechas indican direcciones de movilización de este elemento a través de diferentes componentes del ecosistema.
a) Indica qué proceso representa cada número de las flechas.
b) Si en ese campo vive también una culebra (animal carnívoro), razona si ambos animles comparten: b.1) el hábitat; b.2) el área geográfica; b.3) el nicho ecológico; y b.4) el nivel trófico.
c) Si dejara de pastorearse por los herbívoros el pastizal de la dehesa esquematizada en el dibujo,
¿qué proceso ecológico esperaríamos que ocurriera? ¿Hacia dónde tendería ese proceso de forma natural?
SOLUCIÓN:
a) Los números asociados a las flechas representan los siguientes procesos:
(1) Fijación de CO2 en la fotosíntesis por los productores (pasto y encina).
(2) Conjunto de procesos respiratorios (plantas, animales, organismos del suelo) que retornan el carbono a la atmósfera también en forma de CO2.
(3) Paso del carbono fijado por los productores hacia los consumidores primarios (el herbívoro) a través de la alimentación.
(4) El paso del carbono contenido en la materia orgánica muerta y deyecciones o restos de seres vivos hacia el suelo donde esa materia orgánica será utilizada por los descomponedores.
b) Para responder hay que distinguir entre los principales conceptos pedidos:
b.1. El hábitat es el ambiente que ocupan los seres vivos, caracterizado por unas condiciones ambientales propias de la especie. En este caso, ambos animales ocupan el mismo hábitat, la dehesa.
b.2. El área geográfica o área de distribución hace referencia al territorio en el que aparece una especie sin tener en cuenta las condiciones ambientales del mismo. En el caso de la dehesa y a falta de más información, ambos animales parece que comparten el área de distribución, aunque puede que simplemente se solapen las áreas de ambos.
b.3. El nicho ecológico sin embargo no hay duda alguna de que no lo comparten en absoluto. Dejando aparte la imposibilidad de compartición del nicho por dos especies, en este caso es fácil ver que de entrada el nivel trófico que ocupan es distinto y los modos de vida, adaptaciones, etc. son completamente diferentes.
b.4. Como ya se ha dicho, el nivel trófico que ocupan es diferente: el de la vaca corresponde al de consumidores primarios mientras que el de la culebra corresponde al de consumidores secundarios.
c) El pastoreo de la dehesa limita la posibilidad de sustitución de unas especies por otras a lo largo del tiempo al ir eliminando las primeras herbáceas que la ocupan. Si se dejara de pastorear, el pastizal iría poco a poco siendo sustituido por matorral y este por las especies arbóreas propias de ese clima, es decir se desarrollaría la sucesión ecológica, cuya tendencia sería hacia el estado de máxima estabilidad y eficiencia en equilibrio con las condiciones ambientales, llamado clímax, caracterizado por una formación vegetal climácica. A lo largo de la sucesión se tiende al aumento de la biomasa del ecosistema, de su complejidad y de la diversidad. El pastoreo, lo mismo que la agricultura supone una contínua extracción de biomasa y simplificación del ecosistema, rejuveneciendo su desarrollo evolutivo, de manera que no se permite la maduración.
6.
ZARAGOZA AHORRA PAPEL Y ÁRBOLES
Según una noticia recogida en el diario «Heraldo de Aragón» (2 de abril de 2000), la campaña llevada a cabo en la capital aragonesa pretende que «... cada ciudadano recicle 34 kg de papel al año. De esta forma, cada año, Zaragoza ahorraría 24.000 t de papel en sus vertederos, dejaría de consumir 360.000 metros cúbicos de agua necesarios para la fabricación del papel y dejaría de talar 300.000 árboles.»...
LOS BOSQUES GALLEGOS ELIMINAN AL AÑO MEDIO MILLÓN DE TONELADAS DE DIÓXIDO DE CARBONO
El diario «La Voz de Galicia» (9 de febrero de 2000) señala que «... en Galicia, el millón de hectáreas de superficie arbolada censada elimina cada año medio millón de toneladas de CO2, ya que después del proceso de absorción del carbono liberan al aire oxígeno gaseoso.»...
a) Explica la relación que guardan entre sí ambas noticias. Indica cómo influye el reciclado de papel sobre el efecto invernadero.
b) Explica esquemáticamente las partes más esenciales del ciclo del carbono.
c) Aparte de la mencionada en el texto, señala cuatro medidas para reducir el efecto invernadero.
SOLUCIÓN:
a) Las dos noticias están relacionadas en tanto que el ahorro de papel señalado en la primera supone la conservación de 300.000 árboles que, como se indica en la segunda noticia, constituyen una vía para la eliminación de CO2 a través de la fotosíntesis (sumideros de CO2 ). Como consecuencia, el reciclado de papel
b)
c) Además del reciclaje como medida capaz de evitar una parte de las emisiones de CO2 a la atmósfera, tendríamos: uso racional de la energía, fomentando las medidas de ahorro energético y la sustitución de los combustibles fósiles por fuentes de energía más limpias (hidroeléctrica, eólica, solar fotovoltaica,...), inversiones en investigación y desarrollo, tanto de fuentes de energía limpias como en tecnologías industriales menos contaminantes, normativa estricta en cuanto a niveles de emisión de gases de efecto invernadero en procesos industriales y transporte, así como la vigilancia y control de su cumplimiento, empleo de sistemas de filtrado de gases en la industria y el transporte, racionalización del transporte y fomento del uso del transporte público en vez del vehículo privado, repoblación forestal y otras.
7.- La biomasa de un bosque asiático se midió dos años consecutivos, el primer año la media de la biomasa era de 150 000 kg/m2, y la del segundo de 200 000 kg/m2. Calcula la productividad del bosque.
Solución:
Aumento de la biomasa entre las mediciones: 200000 - 150000=50 000 kg/año Producción neta = Aumento de biomasa/tiempo = 50000 kg/m2/año
Productividad=Producción/biomasa
Productividad= 50000 kg/m2/año / 150000 kg/m2/año = 0,33 kg/m2/año
