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.
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 |
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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 |
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
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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% |
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| 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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