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.

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) 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

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

a) El bosque intercambia materia con su entorno en forma de oxígeno captado en la respiración y producido en la fotosíntesis, dióxido de carbono producido en la respiración y utilizado como entrada en la fotosíntesis,;el agua, que entra como precipitación, agua superficial y edáfica, mientras es eliminada en forma de vapor a través de los procesos de evapotranspiración; otros nutrientes, tomados como iones en la solución edáfica por las plantas o que salen del sistema, también en forma de disolución, por lixiviación o lavado. En cuanto a la energía, la entrante el la energía de la radiación solar que es captada y fijada en la fotosíntesis en forma de energía química en la biomasa acumulada. La salida de energía se da a través de la disipación de calor y como calor latente de vaporización del agua.

b) El bosque corresponde a un sistema abierto ya que intercambia tanto materia como energía, como ya se ha descrito (recordemos que un sistema cerrado intercambia sólo energía, mientras que uno aislado no intercambiaría ni materia ni energía).

c) Respecto a la materia, se producirá un aumento de la emisión de CO2 resultante de la combustión de la materia orgánica y de consumo de O2 en esa misma combustión. Tras el incendio, al haberse reducido o desaparecido la biomasa vegetal, la fotosíntesis estará muy reducida y, con ello, la fijación de CO2 y la producción de O2. También se emitirá a la atmósfera una cierta cantidad de partículas sólidas que pueden ser transportadas por el viento saliendo del sistema para pasar, momentáneamente, a la atmósfera hasta su deposición. Consecuencia posterior al incendio es la probable pérdida de nutrientes por erosión del suelo desprovisto de vegetación.

Durante el incendio se producirá una importante emisión de energía calorífica de combustión a costa de la biomasa presente.

6

a) Se trata del ciclo del fósforo, cuya reserva principal se encuentra en forma de sedimentos oceánicos, por lo que su ritmo de circulación depende del ciclo geológico y se da a ritmos de millones de años. El esquema representa las etapas del ciclo en que el fósforo es movilizado por los procesos erosivos desde las rocas fosfatadas para ser transportado por las aguas continentales hasta el océano donde se acumulará en forma de sedimentos hasta que el ciclo geológico sitúe de nuevo esas rocas expuestas a la acción de los agentes erosivos. Una pequeña parte es recirculado en el seno de las aguas oceánicas al pasar a formar parte de estructuras vivas tanto vegetales como animales (peces-aves marinas-guano-sedimentos). El hombre interviene acelerando la parte superior del ciclo al extraer (flechas de trazos) fósforo tanto directamente de las rocas fosfatadas, como del guano o de organismos marinos, para fabricar abonos agrícolas. Pero la renovación de rocas fosfatadas continuará ocurriendo a ritmo geológico, de modo que se trata de un recurso no renovable que se puede agotar en breve (además, recordad los problemas asociados al uso excesivo de fertilizantes en relación con la contaminación de aguas subterráneas y eutrofización).

b) El fósforo es un factor limitante más importante que el nitrógeno porque junto a la lentitud de su ciclo, ocurre que existen mecanismos de fijación del nitrógeno atmosférico como el que llevan a cabo las bacterias simbióticas de leguminosas Rhizobium, o las cianobacterias (que también intervenían en el desarrollo de la eutrofización). En cambio, las pérdidas de fósforo en el ciclo son en gran medida irrecuperables.

c) La energía de apoyo o auxiliar (página 51) es la energía que es aportada por procesos externos al ciclo permitiendo un menor tiempo de reciclado. En este caso, la energía auxiliar es aportada por el hombre en la extracción de fósforo de las rocas, poniéndolo en circulación con mayor rapidez y en mayor cantidad de lo que lo hacen los procesos erosivos. Esto se traduce en un incremento de la producción primaria mediante el aporte de fertilizantes. A pesar de ese incremento, no se trata de un modelo sostenible puesto que, por un lado, exige la aplicación de energía externa (en general procedente de fuentes no renovables, como los combustibles fósiles) y, por otro, consume las reservas de fósforo a una tasa mayor que la de su renovación, que recordemos transcurre a ritmos de escala geológica.

7

a) Las fluctuaciones en las poblaciones presentes responden a la dinámica de un modelo depredador-presa (página 63). Así, vemos que en los momentos en que crecen las poblaciones de herbívoros HA y HB decrecen las de arbustos BU y gramíneas GR (los árboles BA apenas sufren variación, si acaso puede ser que exista una ligera variación, quizá debida a competencia con los arbustos). A su vez, la abundancia de herbívoros hace crecer enseguida la población del carnívoro CA que depreda sobre ellos. Pero al hacerlo disminuye la población de HA y HB, de modo que hay menos presas y esto provoca a su vez el descenso en CA, tras lo que se recupera la población HB, y así sucesivamente.

b) Los niveles tróficos representados corresponden a productores, los árboles (BA), arbustos (BU) y gramíneas (GR); consumidores primarios, serían los herbívoros (HA, HB), y consumidor secundario, es el carnívoro (CA). El número de niveles queda muy limitado como consecuencia de la ya citada regla del 10% (sería preciso explicar aquí su fundamento, repasa la pregunta 1 y 2).

c) Las cabras comerían fundamentalmente hojas, brotes y tallos de arbustos BU, reduciendo así su población de manera importante (sobrepastoreo). Por ese motivo, las cabras estarían compitiendo con la población de herbívoro HB que, a la vista de las gráficas parece depender de BU. Esta competencia haría descender la población de HB. Al reducirse la población de presas naturales del carnívoro, éste podría empezar a depredar sobre los rebaños de cabras y, tras un descenso inicial, tal vez incrementar su población a costa de la nueva abundancia de presas fáciles de capturar. Pero esto a su vez representa una situación de competencia con el hombre, que es quien introduce las cabras para su aprovechamiento, ocasionando la persecución del depredador (ahora sería "alimaña" según la denominación tradicional). [De modo similar se puede seguir especulando sobre las relaciones entre esas especies o plantear nuevas posiblidades.]

8 Nota: El pie de la figura dice así: "Proporción de los distintos elementos químicos (número de átomos) en la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la biosfera. Rayado=>1%, Negro=>10%."

a) La primera gráfica permite apreciar la gran abundancia de nitrógeno en la atmósfera, pese a lo cual no es aprovechable para los seres vivos por ser una molécula inerte. Tan sólo unos pocos organismos procariotas y un hongo son capaces de fijarlo directamente desde su forma molecular.

b) La importancia económica radica en el incremento de la producción (y la productividad) que posibilita la fijación del N2 en formas asimilables para las plantas. Los organismos capaces de llevar a cabo esta fijación son (página 58): bacterias de vida libre como Azotobacter, bacterias simbióticas de las leguminosas como Rhizobium, cianobacterias planctónicas y el hongo actinomiceto Frankia. Por otra parte, entre las leguminosas que viven en simbiosis con Rhizobium hay multitud de especies de interés agrícola que, además del interés económico directo de su explotación, lo tienen también porque su cultivo enriquece el suelo en productos nitrogenados que pueden ser luego aprovechados por otros cultivos.

c) El hombre interviene de muy diferentes formas:

– fijando nitrógeno atmosférico mediante la fabricación de fertilizantes, amoníaco y otras sustancias químicas.

– emitiendo nitrógeno a la atmósfera por, entre otras cosas, exceso de abonado, uso de vehículos, exceso de riego y pisoteo de suelos que favorecen las condiciones de anaerobiosis en que viven las bacterias desnitrificantes.