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PRÁCTICAS DE ECOLOGÍA II
GRADO EN CIENCIAS AMBIENTALES
PRÁCTICA 3. ECOLOGÍA TRÓFICA HUMANA.
3.1. OBJETIVO
En esta práctica se pretende estudiar el flujo de energía en las cadenas tróficas que acaban en el ser humano. Esto permitirá comprender el flujo de energía a través de los ecosistemas y conocer los diferentes niveles tróficos presentes en una cadena trófica.
3.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
La vida en la Tierra es posible gracias a la energía solar que se recibe constantemente. La energía externa, procedente del sol, permite el funcionamiento de los ecosistemas. Es captada por los organismos autótrofos para ir pasando de unos a otros, de forma que cada uno de ellos la emplea para sus funciones vitales, creándose un flujo de energía unidireccional.
Cada organismo desempeña un papel distinto en la utilización de la energía a través del flujo establecido (Figura 3.1). Primero se encuentran los productores , que son los organismos fotosintéticos, que captan y aprovechan la energía que llega del sol al ecosistema, y los quimiosintéticos. A continuación se sitúan aquellos organismos incapaces de fijar la energía solar o consumidores (herbívoros y carnívoros), teniendo que tomarla de los productores. Por último, los descomponedores utilizan los restos de organismos y deyecciones, convirtiendo las sustancias orgánicas en productos inorgánicos mediante procesos de fermentación y respiración.
Figura 3.1. Flujo de energía en un ecosistema.
El flujo de energía va disminuyendo a través de los distintos niveles del ecosistema porque parte de esta energía es utilizada por los organismos en la respiración y se libera en forma de calor. Sin embargo, se cumple la primera ley de la termodinámica ya que la energía que entra en el ecosistema es igual a la que se acumula en forma de materia orgánica en los niveles que componen el ecosistema, más la que se desprende como calor.
Para comprender las relaciones trófica entre los organismos de los ecosistemas es necesario definir los siguientes parámetros tróficos: producción primaria y producción secundaria.
La producción primaria es la cantidad de energía fijada o almacenada por los organismos autótrofos que conduce a un aumento de biomasa de los seres autótrofos y se diferencian dos tipos:
- Producción primaria bruta ( PPB ): es la cantidad de energía total almacenada por unidad de tiempo y corresponde al total de la energía fijada por las plantas en la fotosíntesis. Por tanto es la totalidad de energía química almacenada por los productores en forma de materia orgánica, incluida la consumida en la respiración ( R ), y que utilizan los vegetales para su crecimiento, funcionamiento y reproducción.
- Producción primaria neta ( PPN ): es la cantidad de energía almacenada por las plantas como materia orgánica después del proceso de respiración ( R ). Esta energía es la que se encuentra disponible para los consumidores.
PPN = PPB - R
los desperdicios como piel, vísceras, etc. En el caso de los ecosistemas acuáticos, las cadenas tróficas son más largas. Los productores son el fitoplancton y la mayor parte de los animales acuáticos que consume el ser humano son carnívoros, siendo consumidores secundarios o consumidores terciarios e incluso superdepredadores que se alimentan de peces más pequeños.
Esta práctica se centra en la ecología trófica humana, puesto que los seres humanos necesitamos los alimentos para obtener la energía necesaria en nuestro desarrollo y para las actividades diarias. Del alimento que se ingiere, parte no se puede digerir y su energía es eliminada por los excrementos. La energía contenida en las partes asimilables pasa a formar parte de nuestro cuerpo donde la mayor parte se utiliza como combustible que se transforma en trabajo y calor. Cuando se ingiere más energía de la que se utiliza para crecer o aumentar la masa muscular, se acumulará en el cuerpo en forma de grasa.
3.3. MATERIAL Y APARATOS
Se requiere utilizar los datos de las tablas adjuntas (tabla 3.1, tabla 3.2 y 3.3) para los diferentes cálculos y el diagrama de flujo de energía de la figura 3.3.
3.4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Cálculo del aporte bruto de energía (tablas 3.1 y 3.2) Se deben anotar durante al menos 1 día los alimentos consumidos y su contenido calórico. Si es posible sería recomendable apuntarlos durante varios días y hacer la media. Es importante que se anote la cantidad ingerida en g/día y el contenido energético de los alimentos en Kcal/100 g. Consulte las tablas 3.1 y 3.2.
A continuación, se calculará el aporte bruto de energía diario, sumando los contenidos calóricos de los alimentos consumidos (suma de todas las calorías consumidas en un día). Recuerde que para la mayoría de las personas estará entre 1.500 y 3.000 kcal/día. También se calculará el consumo bruto de energía anual (kcal/año) multiplicando el consumo diario por 365.
También se calculará la Producción Secundaria restando del consumo bruto la energía de los alimentos no digeribles y la energía perdida en la respiración. Para ello, suponga que se asimila un 77,5% de lo ingerido en los homeotermos, y que la energía pérdida en la respiración es el 97,5% de lo asimilado.
Flujo de energía en los sistemas agrícolas (Tabla 3.3) En este apartado deberá calcular la superficie (m^2 ) de cultivos y de plataforma continental necesaria para cubrir sus requerimientos energéticos anuales. Para ello, deberá dividir su consumo calórico anual (kcal/año) por los rendimientos energéticos (cosecha anual) para cada tipo de comida (animal, terrestre, marina, plantas C3 y plantas C4) y sume los resultados. En la Tabla 3.3 se muestran las estimaciones del rendimiento (kcal/m^2 año) de cada tipo de alimento para el ser humano. Por ejemplo, un metro cuadrado de cultivo de trigo proporciona granos que una vez convertidos en pan, aportarían aproximadamente 600 kcal. En el caso de la carne de ternera, las 150 kcal que aporta serían de la ternera producida a partir del pasto que crece en metro cuadrado de cultivo.
Diagrama de flujo de energía (Figura 3.3). Se cumplimentaran el diagrama de flujo de energía de la Figura 3.3 con los valores correspondientes, y se calculará:
a) El aporte de energía solar que reciben las distintas superficies y que será la necesaria para producir los diferentes tipos de alimentos. Para ello debe multiplicar la energía solar incidente (kcal m-2^ año-1) por la superficie total necesaria (m^2 ). El valor de la energía solar incidente es 1,5 x 10^6 kcal·m-2·año-1. b) La Producción Primaria Bruta (PPB) necesaria para cada categoría de cultivo (C3, C4, sistemas acuáticos y forraje para carne). Se multiplicará la producción bruta (kcal m-2^ año-1) por la superficie de cultivo (m^2 ). Se asume que los valores de producción bruta para cultivos es de 12.000 kcal m-2^ año-1, y para los sistemas acuáticos de la plataforma continental 2.000 kcal m-2^ año-1. c) Las pérdidas por respiración que se producen en la producción de los alimentos que consume. Se calcula como un porcentaje de la PPB. Las plantas C3 pierden mucha más energía en su propia respiración (67% de la producción primaria bruta) que las plantas C4 (50% de la producción primaria bruta). En el caso de la carne y otros productos derivados de animales terrestres se asumirá que han sido alimentados únicamente con plantas C4. Y en los sistemas acuáticos se asume que convierte de forma eficiente la energía que toman en forma de alimento en nueva biomasa y se considerará que solo invierten el 33% en la respiración.
Tabla 3.1.Tabla de datos de los alimentos consumidos durante N días y clasificados según su procedencia.
Alimentos Peso (g)
Kcal (tabla 3.2)
Kcal (plantas C3)
Kcal (plantas C4)
Kcal (carne)
Kcal (pescado)
Número de días (N)
1
2
3
Totales (T) Total diario (T/N) Total anual
Tabla 3.2. Contenido energético (kcal/100) de diferentes alimentos.
Alimento Contenido energético
Alimento Contenido energético kcal/100 g kcal/100 g Plantas C3 Productos animales terrestres Aceite de oliva 930 Cerdo 170 Aceite de semillas 930 Pollo 110 Arroz 360 Ternera 150 Café 4 Embutidos 450 Cebada (cerveza) 120 Salchichas 350 Cereales (de desayuno) 355 Jamon serrano 160 Manzana 60 Huevos 130 Margarina 750 Queso 400 Naranja y uvas 40 Queso tierno 350 Patatas 70 Leche 70 Pera y melocotones 60 Leche desnatada 50 Te 2 Leche condensada 300 Trigo (harina, pan) 340 Miel 300 Uva (vino) 70 Mantequilla 710 Vegetales (^60) Productos animales acuáticos Zanahorias 30 Pescado azul 220 Zumos 50 Pescado blanco 90 Plantas C4 Mejillones, almejas^60 Azúcar 380 Calamares, sepia 85 Maíz 50 Pulpo 60 Refrescos 90 Langostinos, gambas 130
Figura 3.3. Diagrama de flujo de energía. Completar con los datos calculados según se indica en el apartado 3.4 del procedimiento experimental.
