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CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE

Tema4: Ecosistemas >> Producción primaria

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Producción primaria

 
 


Productores primarios.

Los productores primarios son los organismos que hacen entrar la energía en los ecosistemas. Los principales productores primarios son las plantas verdes terrestres y acuáticas, incluidas las algas, y algunas bacterias. Forman el 99,9% en peso de los seres vivos de la biosfera.Subir al comienzo de la página

Fotosíntesis y respiración

La fotosíntesis es el proceso por el que se capta la energía luminosa que procede del sol y se convierte en energía química. Con esta energía el CO2, el agua y los nitratos que las plantas absorben reaccionan sintetizando las moléculas de carbohidratos (glucosa, almidón, celulosa, etc.), lípidos (aceites, vitaminas, etc.), proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN) que forman las estructuras vivas de la planta.

Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los que no pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen que mantener los estomas cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O2 y se desprende CO2 y agua, por lo que, en cierta forma, es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO2 y agua desprendiendo O2.
 

Fotosíntesis y respiración

 
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos y su reacción global es

 6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa à C6H12O6 + 6 O2

 La energía luminosas es captada por la clorofila de las células verdes de las plantas y utilizada para regenerar moléculas de ATP y NADPH (Fase luminosa). En una segunda fase la energía química contenida en el ATP y el NADPH es utilizada para reducir moléculas de CO2 hasta gliceraldehido, a partir del cual se sintetizan las distintas moléculas orgánicas, principalmente glucosa. Con la glucosa se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas

 La respiración se realiza en las mitocondrias con una reacción global:

 C6H12O6 + 6 O2 à 6 CO2 + 6 H2O + Energía

 La energía desprendida en esta reacción queda almacenada en ATP y NADH que la célula puede utilizar para cualquier proceso en el que necesite energía.

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Producción primaria bruta y neta

Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar. Una pradera húmeda y templada, por ejemplo, es capaz de convertir más energía luminosa en biomasa que un desierto y, por tanto, su producción es mayor.

La producción primaria bruta de un ecosistema es la energía total fijada por fotosíntesis por las plantas. La producción primaria neta es la energía fijada por fotosíntesis menos la energía empleada en la respiración, es decir la producción primaria bruta menos la respiración.

Cuando la producción 1ª neta es positiva, la biomasa de las plantas del ecosistema va aumentando. Es lo que sucede, por ejemplo, en un bosque joven en el que los árboles van creciendo y aumentando su número. Cuando el bosque ha envejecido, sigue haciendo fotosíntesis pero toda la energía que recoge la emplea en la respiración, la producción neta se hace cero y la masa de vegetales del bosque ya no aumenta.
 

Producción en la biosfera 

  Producción anual (entre bruta y neta)
(gC/m2)
Extensión
(106 km2)
Producción anual
(106 ton C)
Bosques 400 41 16 400
Cultivos 350 15   5 250
Estepas y pastos 200 30   6 000
Desiertos   50 40   2 000
Rocas, hielos, ciudades    0 22         0
Tierras   148 29 650
Océanos 100 361 36 100
Aguas continentales 100        1.9      190
Aguas     362.9 36 290
Total     65 940

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Eficiencia

En el concepto de eficiencia no interesa sólo la cantidad total de energía asimilada por el ecosistema en energía química sino que proporción es del total de energía luminosa que le llega al ecosistema

Llamamos eficiencia de la producción primaria al cociente entre la energía fijada por la producción primaria y la energía de la luz solar que llega a ese ecosistema.

El proceso de fotosíntesis podría llegar a tener una eficiencia teórica de hasta un 9% de la radiación que llega a la superficie, sobre las plantas. Es decir un 2% de la energía que llega a la parte alta de la atmósfera. Pero nunca se han medido, en la realidad, valores tan altos. El valor máximo. observado, en un caso muy especial de una planta tropical con valores de iluminación muy altos, ha sido de un 4,5% de la radiación total que llegaba a la planta.

Eficiencias "normales", en plena estación de crecimiento, con buenas condiciones de humedad, temperatura, etc. son: 

Eficiencia de distintas comunidades vegetales 

  Eficiencia de la Producción 1ª bruta % dedicado a Respiración
Comunidades de fitoplancton < 0,5% 10 - 40% 
Plantas acuáticas enraizadas y algas de poca profundidad > 0,5%  
Bosques 2 - 3'5% 50 - 75%
Praderas y comunidades herbáceas 1 - 2% 40 - 50%
Cosechas < 1,5% 40 - 50%

Se puede decir, en resumen, que en plena estación de crecimiento y con las condiciones que hemos dicho, eficiencias muy normales son del 1% de la energía que llega a las plantas, o lo que es lo mismo del 0,2% de la energía total que llega a la parte alta de la atmósfera.

Las plantas está bien adaptadas al uso de luz difusa y de relativamente baja intensidad y son mediocres usando luz de alta intensidad, como la del mediodía, por ejemplo. La explicación más probable de por qué no usan mejor la luz que reciben, es que su actividad se encuentra limitada por la escasez de elementos químicos y no por la luz. Por tanto, en la evolución no han sido necesitado desarrollar mecanismos de fotosíntesis más eficientes.

El C, el N y el P , entre otros, son los elementos que las plantas necesitan. La producción depende siempre del más escaso de esos elementos: el llamado factor limitante. Normalmente suele ser el P, aunque a veces lo es el N.
 
 

Relación Productividad/Biomasa

Al analizar la productividad en los ecosistemas resulta muy interesante el cociente productividad neta / biomasa. Así, por ejemplo, en una población de algas en la que cada alga se dividiera en dos iguales cada 24 horas, ese cociente sería de 1 (eficiencia del 100%). Significa que cada gramo de algas dobla su peso en 24 horas

La relación productividad / biomasa es muy alta en el plancton, puede ser cercana al 100% diario. Esto quiere decir que la población se renueva con gran rapidez. Significaría que pueden llegar a tener tasas de renovación de hasta un día. 

En la vegetación terrestre el valor suele estar entre un 2 y un 100% anual lo que significa tasas de renovación de entre 1 y 50 años.


 
 

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