Producción Primaria en Ecosistemas Acuáticos
1. Factores Limitantes de la Producción Primaria en Océanos y Lagos
Entradas Importantes de Nutrientes en los Océanos
En océanos:
- Luz (profundidad de penetración)
- Nutrientes (fósforo, hierro y nitrógeno)
- Ramoneo (depredación sobre el fitoplancton)
En aguas dulces:
- Luz
- Nutrientes
- Temperatura (en menor medida)
- Ramoneo
Las entradas más importantes de nutrientes en los océanos se dan en zonas de estuarios y enclaves con afloramientos de nutrientes de las zonas profundas.
2. Variaciones Estacionales de la Producción en Lagos y Océanos
Causas en Relación con los Factores Limitantes de la Producción Primaria
Ventajas de las Plantas C4 en Ecosistemas Acuáticos
En latitudes árticas y templadas septentrionales, durante parte del año las condiciones son adversas y la turbulencia del agua (mayor en ecosistemas marinos) fuerza a las células del fitoplancton a descender a aguas profundas, donde la Productividad Primaria Bruta no compensa las pérdidas por respiración, resultando en una Productividad Primaria Neta de cero. Con el avance del año, aumenta la radiación solar y la temperatura, disminuye la turbulencia y se incrementa la producción del fitoplancton. Este fenómeno ocurre en momentos del año más tardíos a medida que aumenta la latitud. La producción cesa primero en aguas árticas y luego en aguas templadas (por agotamiento de nutrientes o deterioro de las condiciones ambientales). En latitudes más bajas, la producción se mantiene durante todo el año.
En algunos lagos y medios marinos de la zona templada se observan dos máximos de biomasa en un mismo lugar. Existen dos explicaciones:
- La Productividad Primaria puede presentar dos máximos anuales. Los nutrientes se vuelven limitantes en verano debido a la estratificación, pero se reciclan del agua profunda durante el mezclado otoñal, siempre que las condiciones físicas sean favorables.
- Existe un único máximo de actividad del fitoplancton, pero el ramoneo por parte del zooplancton es intenso durante el verano, provocando una disminución de la biomasa del fitoplancton, seguida de un aumento otoñal cuando cesa el ramoneo. La primera explicación podría ser válida para aguas dulces (hipótesis del agotamiento de nutrientes) y la segunda para aguas oceánicas (ramoneo).
No es ventajoso ser una planta C4 en ecosistemas acuáticos, ya que podrían ser menos competitivas frente a las plantas C3 en un ambiente enriquecido en CO2.
3. Concepto de Eutrofización
Diferencias entre un Lago Eutrófico y uno Oligotrófico
En el proceso de eutrofización, se produce un aumento en el aporte de fósforo a un lago, disminuyendo la relación N/P y haciendo que el nitrógeno se vuelva limitante. Durante este proceso, las algas verde-azuladas reemplazan a las algas verdes. Las algas verde-azuladas no son deseables debido a su elevada productividad; en presencia de abundantes nutrientes, generan una alta biomasa y forman una espuma flotante sobre la superficie de lagos y ríos. Dominan en el fitoplancton por dos razones: no son consumidas intensamente por el zooplancton ni por los peces, y son más eficientes que las algas verdes en la captación de dióxido de carbono y fosfatos a bajas concentraciones.
| Lago Oligotrófico | Lago Eutrófico |
|---|---|
| Baja concentración de nutrientes | Alta concentración de nutrientes |
| Aguas transparentes o azules | Aguas turbias, opacas, verdes o marrones |
| “Bloom” de algas no visible | Densos “blooms” de algas formando manchas |
| Productividad baja | Productividad alta |
| Aguas transparentes | Fuerte “sombreado” en profundidad, sin producción en zonas profundas del lago |
| El sedimento en la interfase agua-fango está oxidado | Aguas profundas anóxicas en verano. Sedimentos de la interfase fango-agua reducidos |
| La acumulación de nutrientes en el hipolimnio en verano es baja | Respiración alta de la comunidad: Alta DBO (demanda biológica de oxígeno) |
| Hay algo de producción vegetal en la columna de agua e incluso en la superficie del fango | Fuerte efecto de fertilización en el mezclado otoñal |
4. Sistemas Eutróficos, Oligotróficos y Distróficos
Importancia de los Componentes Autóctonos y Alóctonos en los Ecosistemas Acuáticos
Sistemas eutróficos: Presentan una elevada relación superficie-volumen, es decir, su área es grande en comparación con su profundidad. La abundancia de nutrientes, principalmente N y P, estimula el crecimiento de algas y plantas acuáticas. El fitoplancton se concentra en la capa superficial del agua, más caliente, dándole una tonalidad verde oscura. La turbidez del agua reduce la penetración de la luz, restringiendo la productividad a una delgada capa superficial. Los restos de algas y plantas acuáticas se depositan en el fondo junto con otros materiales, y los microorganismos descomponen parte de esta materia orgánica, generando materia inorgánica. Esta actividad descomponedora agota el suministro de oxígeno en los sedimentos y aguas profundas, impidiendo la vida aerobia. El número de especies disminuye, aunque no necesariamente la biomasa.
Sistemas oligotróficos: Tienen una reducida relación superficie-volumen y presentan aguas claras y azuladas. El epilimnio es relativamente frío y el hipolimnio rico en oxígeno. Los sedimentos del fondo son predominantemente inorgánicos. El contenido de nutrientes en el agua es bajo. Puede haber abundante nitrógeno, pero el fósforo es escaso debido a un reducido aporte de los medios circundantes (aportes alóctonos). Hay una baja producción de fitoplancton, por lo que no existe mucha materia orgánica, lo que resulta en una elevada concentración de oxígeno en el hipolimnio y una liberación limitada de nutrientes del fondo. Aunque el número de especies es bajo, puede haber mucha diversidad.
Sistemas distróficos: Reciben grandes cantidades de materia orgánica de los terrenos circundantes, especialmente de la vegetación litoral, la cual domina el metabolismo del lago. Por esta razón, presentan una elevada producción en la zona litoral, especialmente cuando se desarrolla la flora palustre. Aunque la productividad se considera baja, en realidad solo es baja la producción planctónica.
En los ecosistemas acuáticos, además de la entrada autóctona de materia orgánica (fuente de nutrientes minerales) a través de la fotosíntesis, existen entradas de carácter alóctono, es decir, que provienen de fuera del sistema. Dicha materia alóctona llega a los ecosistemas acuáticos fundamentalmente por los ríos. La vegetación de la ribera de un río suministra material alóctono orgánico a las comunidades acuáticas. Los estuarios reciben una importante cantidad de materia orgánica alóctona, además del material autóctono producido a través de la producción primaria por las diferentes comunidades del mismo, lo que genera una canalización importante de energía a través del ecosistema hacia niveles tróficos superiores.
5. El Bucle Microbiano Oceánico
Papel de los Microorganismos en las Cadenas Tróficas de las Aguas Costeras
El bucle microbiano se describe como sigue: MOD (materia orgánica disuelta) – Bacteria – Zooplancton – MOD, causado por un zooplancton específico que se alimenta de bacterias de forma regular y específica. Numerosos microorganismos llegan a los ríos, lagos y aguas costeras principalmente a través de las aguas residuales domésticas. A ellos se suman grandes cantidades de nutrientes orgánicos e inorgánicos que provocan el desarrollo exuberante de diversas especies de bacterias y hongos. Por otro lado, los productos tóxicos pueden inhibir el desarrollo de la microflora o incluso eliminarla en gran medida. Las aguas residuales también transportan gérmenes y hongos patógenos que pueden causar graves epidemias.
Por otra parte, los microorganismos contribuyen de manera decisiva a la autodepuración natural de las aguas, descomponiendo las sustancias orgánicas contaminantes, y desempeñan una función similar en la clarificación biológica de las aguas residuales. En estos procesos, la concentración de materia orgánica nutritiva se reduce considerablemente, hasta el punto de que, finalmente, disminuye también el contenido germinal del agua.
6. Producción de las Aguas Litorales y Ecosistemas de la Línea de Costa
Fenómenos de “Outwelling”
Las aguas litorales son ricas en nutrientes debido a los aportes de las aguas continentales y a los materiales que proporciona la erosión costera. La fotosíntesis puede producirse en toda su extensión, incluso en las zonas permanentemente cubiertas por el agua, debido a su escasa profundidad. La dinámica de estas zonas, a causa de las mareas, el oleaje y las corrientes marinas, hace que sus aguas sean ricas en oxígeno. Estas características hacen que las zonas litorales tengan una elevada productividad biológica. Los afloramientos (upwelling) de los océanos constituyen una segunda fuente de altas concentraciones de nutrientes. Se producen en las plataformas continentales donde el viento sopla constantemente paralelo a la costa. Debido a ello, el agua se desplaza alejándose de la costa y es sustituida por agua fría y rica en nutrientes procedente del fondo, donde los nutrientes se acumulan por sedimentación. También se producen afloramientos en las cordilleras submarinas y en áreas de corrientes muy intensas.