Productividad (ecología)

En ecología , la productividad es la tasa de generación de biomasa en un ecosistema , generalmente expresada en unidades de ^masa por volumen (unidad de superficie) por unidad de tiempo, como gramos por metro cuadrado por día (g ^m⁻² d⁻¹ ). La unidad de masa puede referirse a la materia seca o a la masa de carbono generado . La productividad de los autótrofos , como las plantas , se denomina productividad primaria , mientras que la productividad de los heterótrofos , como los animales , se denomina productividad secundaria . ^{[ 1 ]}

La productividad de un ecosistema está influenciada por una amplia gama de factores, incluyendo la disponibilidad de nutrientes, la temperatura y la disponibilidad de agua. Comprender la productividad ecológica es vital porque proporciona información sobre cómo funcionan los ecosistemas y hasta qué punto pueden sustentar la vida. ^{[ 2 ]}

La producción primaria es la síntesis de materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas . En la mayoría de los ecosistemas, la producción primaria está dominada por el proceso de fotosíntesis _{, en} el cual los organismos sintetizan moléculas orgánicas a partir de la luz solar , H₂O y CO₂ . ^{[ 3 ]} La productividad primaria acuática se refiere a la producción de materia orgánica, como fitoplancton, plantas acuáticas y algas, en ecosistemas acuáticos, que incluyen océanos, lagos y ríos. La productividad primaria terrestre se refiere a la producción de materia orgánica que tiene lugar en ecosistemas terrestres como bosques, pastizales y humedales.

La producción primaria se divide en Producción Primaria Neta (PPN) y Producción Primaria Bruta (PPB). La producción primaria bruta mide todo el carbono asimilado en moléculas orgánicas por los productores primarios. ^{[ 4 ]} La producción primaria neta mide las moléculas orgánicas asimiladas por los productores primarios. La producción primaria neta también mide la cantidad de carbono asimilado en moléculas orgánicas por los productores primarios, pero no incluye las moléculas orgánicas que luego son descompuestas nuevamente por estos organismos para procesos biológicos como la respiración celular . ^{[ 5 ]} La fórmula utilizada para calcular la PPN es producción primaria neta = producción primaria bruta - respiración.

Productores primarios

Fotoautótrofos

Los organismos que dependen de la energía lumínica para fijar el carbono y, por lo tanto, participan en la producción primaria, se denominan fotoautótrofos . ^{[ 6 ]}

Los fotoautótrofos existen en todo el árbol de la vida. Se sabe que muchos taxones bacterianos son fotoautótrofos, como las cianobacterias ^{[ 7 ]} y algunas Pseudomonadota (anteriormente proteobacterias) ^{[ 8 ]} . Los organismos eucariotas obtuvieron la capacidad de participar en la fotosíntesis a través del desarrollo de plastidios derivados de relaciones endosimbióticas ^{[ 9 ]} . Los Archaeplastida , que incluyen algas rojas , algas verdes y plantas, han desarrollado cloroplastos originados de una antigua relación endosimbiótica con una Alphaproteobacteria ^{[ 10 ]} . La productividad de las plantas, si bien son fotoautótrofas, también depende de factores como la salinidad y los factores de estrés abióticos del entorno circundante ^{[ 11 ]} . El resto de los organismos fotoautótrofos eucariotas se encuentran dentro del clado SAR (que comprende Stramenopila , Alveolata y Rhizaria ). Los organismos del clado SAR que desarrollaron plastidios lo hicieron a través de relaciones endosimbióticas secundarias o terciarias con algas verdes y/o rojas. ^{[ 12 ]} El clado SAR incluye muchos productores primarios acuáticos y marinos como las algas pardas , las diatomeas y los dinoflagelados . ^{[ 12 ]}

Litoautótrofos

El otro proceso de producción primaria es la litoautotrofía . Los litoautótrofos utilizan compuestos químicos reducidos como hidrógeno gaseoso , sulfuro de hidrógeno , metano o iones ferrosos para fijar carbono y participar en la producción primaria. Los organismos litoautótrofos son procariotas y están representados por miembros de los dominios bacteriano y arqueal . ^{[ 13 ]} La litoautotrofía es la única forma de producción primaria posible en ecosistemas sin luz, como los ecosistemas de aguas subterráneas , ^{[ 14 ]} los ecosistemas de fuentes hidrotermales , ^{[ 15 ]} los ecosistemas del suelo , ^{[ 16 ]} y los ecosistemas de cuevas. ^{[ 17 ]}

La producción secundaria es la generación de biomasa de organismos heterótrofos (consumidores) en un sistema. Esta se produce por la transferencia de materia orgánica entre niveles tróficos y representa la cantidad de tejido nuevo creado mediante el uso de alimento asimilado . A veces, la producción secundaria se define para incluir únicamente el consumo de productores primarios por parte de consumidores herbívoros ^{[ 18 ]} (mientras que la producción terciaria se refiere a consumidores carnívoros ) ^{[ 19 ]} , pero más comúnmente se define para incluir toda la generación de biomasa por parte de heterótrofos ^{[ 1 ] .}

Entre los organismos responsables de la producción secundaria se incluyen animales, protistas , hongos y muchas bacterias.

La producción secundaria puede estimarse mediante diversos métodos, como la suma de incrementos, la suma de remociones, el método de crecimiento instantáneo y el método de la curva de Allen. ^{[ 20 ]} La elección entre estos métodos dependerá de las suposiciones de cada uno y del ecosistema en estudio. Por ejemplo, si se deben distinguir cohortes , si se puede asumir una mortalidad lineal y si el crecimiento poblacional es exponencial.

La producción neta del ecosistema se define como la diferencia entre la producción primaria bruta (PPB) y la respiración del ecosistema. ^{[ 21 ]} La fórmula para calcular la producción neta del ecosistema es NEP = PPB - respiración (por autótrofos) - respiración (por heterótrofos). ^{[ 22 ]} La diferencia clave entre PPN y NEP es que la PPN se centra principalmente en la producción autótrofa, mientras que la NEP incorpora las contribuciones de otros aspectos del ecosistema al presupuesto total de carbono. ^{[ 23 ]}

A continuación se presenta la lista de ecosistemas en orden de productividad decreciente.

La relación entre la productividad vegetal y la biodiversidad es un tema importante en ecología, aunque ha sido objeto de controversia durante décadas. Tanto la productividad como la diversidad de especies están limitadas por otras variables como el clima, el tipo de ecosistema y la intensidad del uso del suelo. ^{[ 24 ]} Según algunas investigaciones sobre la correlación entre la diversidad vegetal y el funcionamiento del ecosistema, la productividad aumenta a medida que aumenta la diversidad de especies. ^{[ 25 ]} Una explicación para esto es que la probabilidad de descubrir una especie altamente productiva aumenta a medida que aumenta el número de especies presentes inicialmente en un ecosistema. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Otros investigadores creen que la relación entre la diversidad de especies y la productividad es unimodal dentro de un ecosistema. ^{[ 27 ]} Un estudio de 1999 sobre ecosistemas de pastizales en Europa, por ejemplo, encontró que el aumento de la diversidad de especies inicialmente incrementó la productividad, pero gradualmente se estabilizó en niveles intermedios de diversidad. ^{[ 28 ]} Más recientemente, un metaanálisis de 44 estudios de varios tipos de ecosistemas observó que la interacción entre diversidad y producción fue unimodal en todos los estudios excepto en uno. ^{[ 29 ]}

Las actividades antropogénicas (actividades humanas) han impactado la productividad y la biomasa de varios ecosistemas. Ejemplos de estas actividades incluyen la modificación del hábitat, el consumo de agua dulce, un aumento de nutrientes debido a los fertilizantes y muchos otros. ^{[ 30 ]} El aumento de nutrientes puede estimular una floración de algas en los cuerpos de agua, aumentando la producción primaria pero haciendo que el ecosistema sea menos estable. ^{[ 31 ]} Esto aumentaría la producción secundaria y tendría un efecto de cascada trófica a lo largo de la cadena alimentaria, aumentando en última instancia la productividad general del ecosistema. ^{[ 32 ]} En los lagos, estos impactos humanos pueden "enmascarar" los efectos del cambio climático . ^{[ 33 ]} La biomasa de algas está causalmente relacionada con el clima en algunos lagos, con cambios temporales o a largo plazo en la productividad ( cambios de régimen ). ^{[ 33 ]}

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