Producción primaria

PARCIAL 20 MINUTOS
• Quiénes son los productores primarios en los
ecosistemas acuáticos límnicos? Compare y
señale tres características en cada uno
• Mencione 3 factores condicionantes de la
estructura y dinámica de la comunidad de
zooplancton

Producción primaria
• Un proceso clave para la biósfera
• Enlace entre el mundo abiótico y biótico,
transformación de materia y energía
• Base de las tramas tróficas
• Generación de balance oxigénico en
atmósfera.

Producción primaria
en el medio acuático
Energía
Productores
primarios
Nutrientes disueltos
Descomponedores
Consumidores Consumidores
Detritus
Calor

Hábitat determina la composición de los productores
primarios acuáticos
Algas (perifiton) y bacterias
asociadas a sustratos
Macroalgas y plantas asociadas a
sustrato o en suspensión
Microalgas y
bacterias en
suspensión
AUMENTA PROFUNDIDAD Y DISMINUYE LUZ

Producción primaria bruta y neta
Producción: proceso que ocurre en un lugar y en un tiempo
PRODUCCIÓN BRUTA (PB): todo lo producido en un tiempo
y espacio dado
PRODUCCIÓN NETA (PN): lo producido luego de eliminar
las pérdidas:
• metabolismo, respiración, exudación (procesos catabólicos)
• consumidores
• sedimentación
PB = PN + pérdidas
Entrada
PB
salida
(pérdidas)

Estimación de la producción primaria
Métodos:
1. Directos: estimación del cambio en biomasa
en el tiempo
B tf - B t1/(t f - t 1)
Muy usados en macrófitas
2. Indirectos: estimación de la fotosíntesis
• incorporación de CO 2
• liberación de O 2
Muy usados en fitoplancton y microalgas
asociadas a un sustrato

Métodos indirectos:
Oxígeno
Se mide el cambio en la
concentración de
oxígeno disuelto en el
agua al inicio y a lo largo del
tiempo (horas).
Bc – Bi = P NETA
Bi – Bo = RESPIRACIÓN
Bi
T=inicial
Alga
P. NETA + RESPIRACION = P BRUTA
(Bc – Bi) + (Bi – Bo) =
= Bc - Bo
O 2
O 2
O 2
T=final
O 2
O 2
O2 O2 O 2
O 2
Bi: botella inicial
Bc: botella clara
Bo: botella oscura
Bc
Bo

Tasa de fotosíntesis
(mg C fij (mgclo) -1 h-1 Tasa de fotosíntesis
(mg C fij (mgclo)
12 PB máxima
8
4
0
-4
Relación entre tasa fotosintética e
intensidad de luz curvas “PI”
Ic: Luz de compensación
Producción+respiración = 0
I k: intensidad de
saturación
PBmax
50 100 150 200
Irradiancia (µEm -2 s -1 )
Las tres fases:
Limitación
Saturación
Inhibición

Diferencias en los requerimientos
lumínicos entre productores primarios
Organismo
Ic
(compensación)
(µEm -2 s -1 )
Ik (de
saturación)
(µEm -2 s -1 )
Planktothrix sp. 2 60
Fucus (macroalga marrón) 12 200
Cladophora glomerata
(clorofita-perifiton)
Myriophyllum (planta
sumergida enraizada)
40 - 100 300 – 1100
42 – 45 250 - 300
Valores mínimos de requerimientos de luz por
macrófitas > 10 veces que para fitoplancton

Curva “PI”:
fotosíntesisirradiancia
Las tres fases:
Limitación
Saturación
Inhibición
Fotosíntesis
Irradiancia (luz)
Tasa de F (mg C fij
(mgclo) -1 h-1 Z (m)
12
8
4
0
-4
Irradiancia (µmoles m -2 s -1 )
50 100 150 200
Sistema natural

Eficiencia =
Producción primaria: eficiencia
fotosintética
Número de moles de C fijados / mol de luz absorbida (cuantos)
Ej, Lake Constance (Alemania)
Biomasa absorbe 6 y 50% de
la radiación PAR incidente
Eficiencia (producción primaria) de fitoplancton : 0.16 – 1.65%
En sistemas someros gran parte de la PP ocurre en el bentos

Fitoplancton: Producción primaria anual (PPA)
PPA gC m-2 a-1 PPA gC m
3 órdenes de magnitud: ~ 4 a ~ 5700 gC m -2 a -1
Lagos
Factores:
Luz
Temperatura
Nutrientes
morfometría
Modificado de Kalff 2002

Producción primaria: biomasa y
diferencias entre productores primarios
Rautio et al, 2011, lagos
someros del ártico

Eficiencia diferente entre productores primarios
número de asimilación asimilación (mgC/mgCloa (mgC/mgCloa m2h)
100
10
1
0.1
0.01
clorofila a (mg/m2)
verde: fitoplancton
rojo: perifiton
azul: fitobentos
0.001
0.1 1 10 100 1000
Lagunas Rocha y Castillos, Uruguay (datos S. Limnología)

P/B
Producción primaria/biomasa (P/B)
Es una medida de
productividad
La importancia del tamaño corporal:
tasas de crecimiento, autosombreamiento, depredadores

Producción primaria: factores
LUZ
TEMPERATURA
NUTRIENTES
DEPREDADORES

Rautio et al 2011, lagos
someros del ártico
Producción primaria: luz
UV

PRODUCCIÓN PRIMARIA, FITOPLANCTON
FACTORES COMBINADOS – GRADIENTE LATITUDINAL
LUZ
TEMPERATURA
AUMENTO
CICLO ANUAL
2. Lago Polar
1. Lago Templado
dimíctico
3. Lago Tropical
monomíctico

Producción primaria/biomasa (P/B)
PRODUCCIÓN
PRIMARIA
BIOMASA
PRODUCCIÓN/
BIOMASA
(P/B)
Variación anual,
fitoplancton
DEPREDADORES

Ejemplos, CURVAS P-I: posibles circunstancias?
TF
TF
TF TF
Tasa de
fotosíntesis (TF)
Wetzel (1983)

Estado
trófico
SISTEMAS
LÉNTICOS
Fitoplancton:
producción primaria y estado trófico
PP media
mgC/m 2 d
PP annual
gC/m 2 año
Clorofila a
µg/L =
mg/m 3
Grupos dominantes
Ultraoligo < 50 0.01 – 0.5 Chrysophyceae,
Cryptophyceae,
Bacillariophyceae
Oligotrófico 50 – 300 11 - 91 0.3 – 3 Chrysophyceae,
Cryptophyceae,
Bacillariophyceae
Mesotrófico 250 – 1000 2 –15 Bacillariophyceae,
Chlorophyta,
(Cyanobacteria)
Eutrófico > 1000 300 - 640 10- 500 Bacillariophyceae,
Chlorophyta,
(Cyanobacteria),
Euglenophyceae
(Note que los valores de producción primaria diarios están expresados en miligramos)

Perifiton y macrófitas: producción primaria
en sistemas lénticos someros
sistema PP gC/m 2 d
PERIFITON
Sombreado 0.01 – 0.1
Soleado 0.25 – 2
Áreas soleadas
productivas
Hasta 20
MACRÓFITAS PP gC/m 2 d
sumersas Ca. 3
emergentes 10- 20
Note que los valores de producción primaria diarios (d) están expresados en gramos

Producción secundaria

Producción secundaria
SÍNTESIS DE MATERIA ORGÁNICA A PARTIR DE MATERIA
ORGÁNICA POR UNIDAD DE ÁREA / VOLUMEN Y TIEMPO
Formación de nuevo tejido a partir de la re-organización de
las moléculas provenientes del alimento
Ingestión I
Asimilación A
Producción P
Respiración R
Reflejan características de la:
1- fisiología de los organismos
consumidores
2- fuente de energía de los
organismos consumidos: “tipo” y
“calidad” del alimento

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
En comparación con los productores primarios:
Productores
primarios
Productores
secundarios
+ DIVERSIDAD en cuanto a origen filogenético -
- DIVERSIDAD de ESTRATEGIAS de alimentación +
INTERACCIONES BIÓTICAS FUERTES
AFECTAN el
FUNCIONAMIENTO
ECOSISTEMICO
(ej.: ESPECIES “CLAVE” , peces, con fuerte potencial
modificador y controlador de TODO el sistema)

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
No todo lo que se ingiere se asimila
INGESTIÓN (I) = ASIMILACIÓN (A) + FECAS (F)
Fecas: material
que NO se usa
(PSB) PRODUCCION SECUNDARIA BRUTA
= ASIMILACION
(PSN) PRODUCCION SECUNDARIA NETA
PSN = I – F – (Respiración+ Excreción)
A M: pérdidas metabólicas
PSN incluye: CRECIMIENTO
Y REPRODUCCION

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
Tomado de Lampert & Sommers 2007
PSN = I – F – (Respiración+ Excreción)
Importancia del valor umbral
Asimilación
Respiración
Producción
-Aumento del
tamaño (biomasa)
-Reproducción
Ej: peces y copépodos

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
No todo lo que se ingiere se asimila
Balance energético difiere entre organismos
Eficiencia:
K1(P/I)100 (%)
AQ: % de lo ingerido
que es asimilado

Tamaño de la presa:
una cuestión de economía energética
Experimento de Werner & Hall 1974:
Presa: Daphnia (tres tamaños: grandes, medianas y chicas)
Depredador: pez
El tiempo de búsqueda es un factor
clave en la elección
• El pez elige las daphnias más
grandes si el tiempo de
búsqueda < 0,5 minutos
• 0,5 a 5 minutos: depreda
grandes y medianas
• A mayor tiempo come lo que sea

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
Producción primaria y secundaria
son proporcionales
Producción secundaria = -36.05 + 0.128 PP
r 2 =0.82, n=17 (de: International Biological Program)
Larson

300 PRODUCCIÓN (kg/ha año)
200
100
0
30
15
0
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
LAGOS RIOS
PESO PROMEDIO PEZ (g)
LAGOS RIOS
RELACION P/B
LAGOS RIOS
Estudio comparativo:
Producción de peces en
lagos y ríos, sist. templados
LAGOS
PRODUCCIÓN SECUNDARIA
n= 19-31
RÍOS
Especies 6,3 9,4
Densidad
(/ha)
Biomasa
(kg/ha)
n= 42-58
5580 75700
83,8 146
Los ríos son más productivos
Tomado de Moss 1998

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
PRODUCCIÓN DE PECES EN LAGOS Y RÍOS
1- Ríos reciben más MOP de la cuenca: SUBSIDIO ENERGETICO
2- Lagos son más profundos zona trofogénica restringida
3- Ríos tienen más heterogeneidad de habitats y alimento
4- En lagos el control de piscívoros es mayor Menor
número de especies de mayor tamaño corporal
El litoral es más productivo que la zona pelágica
Los ríos son más productivos que los lagos

PRODUCCIÓN SECUNDARIA
Flujo de MATERIA ORGÁNICA se realiza en la ZONA
EUFÓTICA a través de la:
1- FASE PARTICULADA (MOP)
2- FASE DISUELTA (MOD)
Revalorización del papel de BACTERIAS planctónicas como
productores secundarios !
Organismos PROTOZOARIOS
MOP (desde 0,2-0,5 µm) MOD
METAZOARIOS
(desde crustáceos a
peces): algunos
especializados en “romper”
partículas grandes (bentos)
BACTERIAS
(y hongos)

Las bacterias como productores secundarios
SEPULTACIÓN O FOSA (“SINK”) DE NUTRIENTES (CARBONO)
ENLACE (“LINK”):TRAMA TRÓFICA MICROBIANA - TRAMA CLÁSICA
Reintroducción del carbono en forma particulada
Fitoplancton
0,2 – 2000 µm
COD
Zooplancton grande (Metazoa)
Bacterias
Zooplancton
pequeño (flagelados,
ciliados)
COP