Ciclo de nutrientes - Nutrient cycle
Un ciclo de nutrientes (o reciclaje ecológico ) es el movimiento e intercambio de materia orgánica e inorgánica de regreso a la producción de materia. El flujo de energía es una vía unidireccional y no cíclica, mientras que el movimiento de los nutrientes minerales es cíclico. Ciclos de minerales incluyen el ciclo del carbono , ciclo del azufre , ciclo del nitrógeno , ciclo del agua , ciclo del fósforo , ciclo de oxígeno , entre otros que reciclan continuamente junto con otros nutrientes minerales en productivo nutrición ecológica.
Esquema
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| Ciclos biogeoquímicos |
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El ciclo de los nutrientes es el sistema de reciclaje de la naturaleza. Todas las formas de reciclaje tienen circuitos de retroalimentación que utilizan energía en el proceso de volver a utilizar los recursos materiales. El reciclaje en ecología está regulado en gran medida durante el proceso de descomposición . Los ecosistemas emplean la biodiversidad en las redes alimentarias que reciclan materiales naturales, como nutrientes minerales , que incluye el agua . El reciclaje en los sistemas naturales es uno de los muchos servicios de los ecosistemas que sustentan y contribuyen al bienestar de las sociedades humanas.
Existe una gran superposición entre los términos del ciclo biogeoquímico y el ciclo de los nutrientes. La mayoría de los libros de texto integran los dos y parecen tratarlos como términos sinónimos. Sin embargo, los términos suelen aparecer de forma independiente. El ciclo de nutrientes se usa más a menudo en referencia directa a la idea de un ciclo dentro del sistema, donde un ecosistema funciona como una unidad. Desde un punto de vista práctico, no tiene sentido evaluar un ecosistema terrestre considerando la columna completa de aire por encima de él, así como las grandes profundidades de la Tierra debajo de él. Si bien un ecosistema a menudo no tiene límites claros, como modelo de trabajo es práctico considerar la comunidad funcional donde ocurre la mayor parte de la transferencia de materia y energía. El ciclo de nutrientes ocurre en ecosistemas que participan en los "ciclos biogeoquímicos más grandes de la tierra a través de un sistema de entradas y salidas".
Todos los sistemas se reciclan. La biosfera es una red de materiales e información que se reciclan continuamente en ciclos alternos de convergencia y divergencia. A medida que los materiales convergen o se vuelven más concentrados, ganan en calidad, aumentando su potencial para impulsar el trabajo útil en proporción a sus concentraciones relativas al medio ambiente. A medida que se utilizan sus potenciales, los materiales divergen o se dispersan más en el paisaje, solo para concentrarse nuevamente en otro momento y lugar.
Bucle completo y cerrado
Los ecosistemas pueden reciclarse por completo. El reciclaje completo significa que el 100% del material de desecho se puede reconstituir indefinidamente. Esta idea fue captada por Howard T. Odum cuando escribió que "los sistemas ecológicos y los sistemas geológicos han demostrado a fondo que todos los elementos químicos y muchas sustancias orgánicas pueden ser acumulados por los sistemas vivos a partir de concentraciones oceánicas o de la corteza de fondo sin límite de concentración. siempre y cuando haya energía solar disponible u otra fuente de energía potencial ”En 1979, Nicholas Georgescu-Roegen propuso la cuarta ley de la entropía, declarando que el reciclaje completo es imposible. A pesar de las extensas contribuciones intelectuales de Georgescu-Roegen a la ciencia de la economía ecológica , la cuarta ley ha sido rechazada de acuerdo con las observaciones del reciclaje ecológico. Sin embargo, algunos autores afirman que el reciclaje completo es imposible para los residuos tecnológicos.
Los ecosistemas ejecutan el reciclaje de circuito cerrado donde la demanda de los nutrientes que se suma al crecimiento de la biomasa excede la oferta dentro de ese sistema. Existen diferencias regionales y espaciales en las tasas de crecimiento e intercambio de materiales, donde algunos ecosistemas pueden estar en deuda de nutrientes (sumideros) mientras que otros tendrán un suministro adicional (fuentes). Estas diferencias se relacionan con el clima, la topografía y la historia geológica, dejando atrás diferentes fuentes de material parental. En términos de una red alimentaria, un ciclo o bucle se define como "una secuencia dirigida de uno o más enlaces que comienzan y terminan en la misma especie". Un ejemplo de ello es la red alimentaria microbiana en el océano, donde "las bacterias son explotadas y controladas por protozoos, incluidos los microflagelados heterotróficos que a su vez son explotados por los ciliados. Esta actividad de pastoreo va acompañada de la excreción de sustancias que a su vez se utilizan por las bacterias para que el sistema funcione más o menos en un circuito cerrado ".
Reciclaje ecológico
Un ejemplo de reciclaje ecológico se da en la digestión enzimática de la celulosa . "La celulosa, uno de los compuestos orgánicos más abundantes en la Tierra, es el principal polisacárido en las plantas donde forma parte de las paredes celulares. Las enzimas que degradan la celulosa participan en el reciclaje natural y ecológico del material vegetal". Los diferentes ecosistemas pueden variar en sus tasas de reciclaje de basura, lo que crea una retroalimentación compleja sobre factores como el dominio competitivo de ciertas especies de plantas. Las diferentes tasas y patrones de reciclaje ecológico dejan un legado de efectos ambientales con implicaciones para la evolución futura de los ecosistemas.
Una gran fracción de los elementos que componen la materia viva reside en cualquier momento en la biota del mundo. Debido a que la reserva terrestre de estos elementos es limitada y las tasas de intercambio entre los diversos componentes de la biota son extremadamente rápidas con respecto al tiempo geológico, es bastante evidente que gran parte del mismo material se está incorporando una y otra vez en diferentes formas biológicas. . Esta observación da lugar a la noción de que, en promedio, la materia (y algunas cantidades de energía) están involucradas en ciclos.
El reciclaje ecológico es común en la agricultura orgánica, donde la gestión de nutrientes es fundamentalmente diferente en comparación con los estilos de gestión del suelo de la agroindustria . Las granjas orgánicas que emplean el reciclaje de ecosistemas en mayor medida sustentan más especies (mayores niveles de biodiversidad) y tienen una estructura de red alimentaria diferente . Los ecosistemas agrícolas orgánicos dependen de los servicios de la biodiversidad para el reciclaje de nutrientes a través del suelo en lugar de depender de la suplementación de fertilizantes sintéticos .
El modelo de agricultura de reciclaje ecológico se adhiere a los siguientes principios:
- Protección de la biodiversidad.
- Uso de energías renovables.
- Reciclaje de nutrientes vegetales.
Cuando los productos de una granja orgánica salen de la granja hacia el mercado, el sistema se convierte en un ciclo abierto y es posible que sea necesario reemplazar los nutrientes a través de métodos alternativos.
Ingenieros de ecosistemas
El legado persistente de retroalimentación ambiental que deja atrás o como una extensión de las acciones ecológicas de los organismos se conoce como construcción de nichos o ingeniería de ecosistemas. Muchas especies dejan un efecto incluso después de su muerte, como los esqueletos de coral o las extensas modificaciones del hábitat a un humedal por parte de un castor, cuyos componentes son reciclados y reutilizados por los descendientes y otras especies que viven bajo un régimen selectivo diferente a través de la retroalimentación y la agencia. de estos efectos heredados. Los ingenieros de ecosistemas pueden influir en las tasas de eficiencia del ciclo de nutrientes a través de sus acciones.
Las lombrices de tierra , por ejemplo, alteran pasiva y mecánicamente la naturaleza de los ambientes del suelo. Los cuerpos de gusanos muertos aportan pasivamente nutrientes minerales al suelo. Los gusanos también modifican mecánicamente la estructura física del suelo a medida que se arrastran ( bioturbación ), digieren en los moldes de materia orgánica que extraen de la basura del suelo . Estas actividades transportan nutrientes a las capas minerales del suelo . Las lombrices desechan los desechos que crean depósitos de lombrices que contienen materiales no digeridos donde las bacterias y otros descomponedores obtienen acceso a los nutrientes. La lombriz de tierra se emplea en este proceso y la producción del ecosistema depende de su capacidad para crear circuitos de retroalimentación en el proceso de reciclaje.
Los mariscos también son ingenieros de ecosistemas porque: 1) Filtran partículas suspendidas de la columna de agua; 2) Eliminar el exceso de nutrientes de las bahías costeras mediante la desnitrificación ; 3) Sirven como amortiguadores costeros naturales, absorbiendo la energía de las olas y reduciendo la erosión de las estelas de los barcos, el aumento del nivel del mar y las tormentas; 4) Proporcionar un hábitat de cría para los peces que son valiosos para las economías costeras.
Los hongos contribuyen al ciclo de nutrientes y reorganizan nutricionalmente parches del ecosistema creando nichos para otros organismos. De esa manera, los hongos en el crecimiento de la madera muerta permiten que los xilófagos crezcan y se desarrollen y , a su vez, los xilófagos afectan la madera muerta, lo que contribuye a la descomposición de la madera y al ciclo de nutrientes en el suelo del bosque .
Historia
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| Ciclo del carbono |
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El ciclo de nutrientes tiene un punto de apoyo histórico en los escritos de Charles Darwin en referencia a las acciones de descomposición de las lombrices de tierra. Darwin escribió sobre "el movimiento continuo de las partículas de la tierra". Incluso antes, en 1749 Carl Linnaeus escribió en "la economía de la naturaleza entendemos la disposición omnisciente del creador en relación con las cosas naturales, mediante la cual están capacitadas para producir fines generales y usos recíprocos" en referencia al equilibrio de naturaleza en su libro Oeconomia Naturae . En este libro capturó la noción de reciclaje ecológico: “Los 'usos recíprocos' son la clave de toda la idea, porque 'la muerte y destrucción de una cosa siempre debe estar subordinada a la restitución de otra'; así, el moho estimula la descomposición de las plantas muertas para nutrir el suelo, y luego la tierra 'ofrece de nuevo a las plantas de su seno lo que ha recibido de ellas' ". La idea básica de un equilibrio de la naturaleza, sin embargo, se remonta a a los griegos: Demócrito , Epicuro y su discípulo romano Lucrecio .
Siguiendo a los griegos, la idea de un ciclo hidrológico (el agua se considera un nutriente) fue validada y cuantificada por Halley en 1687. Dumas y Boussingault (1844) proporcionaron un artículo clave que algunos reconocen como el verdadero comienzo de la biogeoquímica, donde hablaron sobre el ciclo de la vida orgánica con gran detalle. De 1836 a 1876, Jean Baptiste Boussingault demostró la necesidad nutricional de minerales y nitrógeno para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Antes de esta época, los químicos influyentes descartaban la importancia de los nutrientes minerales en el suelo. Ferdinand Cohn es otra figura influyente. "En 1872, Cohn describió el 'ciclo de la vida' como la" disposición completa de la naturaleza "en la que la disolución de los cuerpos orgánicos muertos proporcionaba los materiales necesarios para una nueva vida. La cantidad de material que podía moldearse en seres vivos era limitada, razonó, entonces debe existir una "circulación eterna" (ewigem kreislauf) que constantemente convierte la misma partícula de materia de los cadáveres en cuerpos vivos ". Estas ideas se sintetizaron en la investigación del Máster de Sergei Vinogradskii de 1881-1883.
Variaciones en la terminología
En 1926, Vernadsky acuñó el término biogeoquímica como una subdisciplina de la geoquímica . Sin embargo, el término ciclo de nutrientes es anterior a la biogeoquímica en un panfleto sobre silvicultura en 1899: "Estas demandas de ninguna manera pasan por alto el hecho de que en lugares donde hay suficientes cantidades de humus disponibles y donde, en caso de descomposición continua de la basura, un estable, hay humus nutritivo, también están disponibles cantidades considerables de nutrientes del ciclo de nutrientes biogénicos para la madera en pie. En 1898 se hace una referencia al ciclo del nitrógeno en relación con los microorganismos fijadores de nitrógeno . Otros usos y variaciones de la terminología relacionada con el proceso de ciclo de nutrientes aparece a lo largo de la historia:
- El término ciclo mineral aparece a principios de 1935 en referencia a la importancia de los minerales en la fisiología de las plantas : "... la ceniza probablemente se acumula en su estructura permanente o se deposita de alguna manera como desecho en las células, por lo que es posible que no ser libre de volver a entrar en el ciclo mineral ".
- El término reciclaje de nutrientes aparece en un artículo de 1964 sobre la ecología alimentaria de la cigüeña de madera: "Si bien el secado periódico y la inundación de las marismas crean problemas especiales de supervivencia para los organismos de la comunidad, los niveles fluctuantes de agua favorecen el reciclaje rápido de nutrientes y la consiguiente alta tasas de producción primaria y secundaria "
- El término ciclo natural aparece en un documento de 1968 sobre el transporte de hojarasca y sus elementos químicos para su consideración en la ordenación pesquera: "El transporte fluvial de basura de árboles desde las cuencas de drenaje es un factor en el ciclo natural de elementos químicos y en la degradación de la tierra. "
- El término reciclaje ecológico aparece en una publicación de 1968 sobre futuras aplicaciones de la ecología para la creación de diferentes módulos diseñados para vivir en ambientes extremos, como el espacio o bajo el mar: "Para nuestro requerimiento básico de reciclar recursos vitales, los océanos brindan mucha más frecuencia reciclaje ecológico que el área terrestre. Los peces y otras poblaciones orgánicas tienen tasas de crecimiento más altas, la vegetación tiene problemas climáticos menos caprichosos para la recolección en el mar ".
- El término bio-reciclaje aparece en un artículo de 1976 sobre el reciclaje de carbono orgánico en los océanos: "Siguiendo el supuesto actualista, entonces, que la actividad biológica es responsable de la fuente de material orgánico disuelto en los océanos, pero no es importante para sus actividades después de la muerte de los organismos y los cambios químicos posteriores que impiden su bio-reciclaje , no podemos ver diferencias importantes en el comportamiento de la materia orgánica disuelta entre los océanos prebióticos y posbióticos ".
El agua también es un nutriente. En este contexto, algunos autores también se refieren al reciclaje de precipitación, que "es la contribución de la evaporación dentro de una región a la precipitación en esa misma región". Estas variaciones sobre el tema del ciclo de nutrientes continúan utilizándose y todas se refieren a procesos que forman parte de los ciclos biogeoquímicos globales. Sin embargo, los autores tienden a referirse al reciclaje natural, orgánico, ecológico o biológico en referencia al trabajo de la naturaleza, como se usa en la agricultura orgánica o en los sistemas agrícolas ecológicos.
Reciclaje en ecosistemas novedosos
Una corriente interminable de desechos tecnológicos se acumula en diferentes configuraciones espaciales en todo el planeta y se convierte en un depredador en nuestros suelos, nuestros arroyos y nuestros océanos. Esta idea fue expresada de manera similar en 1954 por el ecologista Paul Sears : "No sabemos si valorar el bosque como fuente de materias primas esenciales y otros beneficios o eliminarlo por el espacio que ocupa. Esperamos que un río sirva como vena y arteria transportando desechos pero llevando material utilizable en el mismo canal. Hace mucho tiempo que la naturaleza descartó la tontería de llevar desechos venenosos y nutrientes en los mismos recipientes ". Los ecologistas utilizan la ecología de poblaciones para modelar contaminantes como competidores o depredadores. Rachel Carson fue una pionera ecológica en esta área, ya que su libro Silent Spring inspiró la investigación sobre biomagificación y llamó la atención del mundo sobre los contaminantes invisibles que se mueven hacia las cadenas alimentarias del planeta.
A diferencia de los ecosistemas naturales de los planetas, la tecnología (o tecnoecosistemas ) no está reduciendo su impacto sobre los recursos planetarios. Solo el 7% del total de desechos plásticos (que suman millones y millones de toneladas) está siendo reciclado por sistemas industriales; el 93% que nunca llega a la corriente de reciclaje industrial es presumiblemente absorbido por sistemas de reciclaje natural. En contraste, y durante largos períodos de tiempo (miles de millones de años), los ecosistemas han mantenido un equilibrio constante con una producción que equivale aproximadamente a las tasas de consumo respiratorio . La eficiencia de reciclaje equilibrada de la naturaleza significa que la producción de material de desecho en descomposición ha superado las tasas de consumo reciclable en las cadenas alimentarias iguales a las existencias mundiales de combustibles fosilizados que escaparon de la cadena de descomposición.
Los plaguicidas pronto se esparcieron a través de todo en la ecosfera, tanto la tecnosfera humana como la biosfera no humana, regresando desde el 'allá afuera' de los ambientes naturales a los cuerpos de plantas, animales y humanos situados en el 'aquí adentro' de los ambientes artificiales con imprevistos, imprevistos, y efectos no deseados. Mediante el uso de conocimientos zoológicos, toxicológicos, epidemiológicos y ecológicos, Carson generó un nuevo sentido de cómo se podría ver "el medio ambiente".
Los microplásticos y los materiales de nanoplata que fluyen y circulan a través de los ecosistemas debido a la contaminación y la tecnología desechada se encuentran entre una lista creciente de preocupaciones ecológicas emergentes. Por ejemplo, se han encontrado conjuntos únicos de microbios marinos para digerir el plástico que se acumula en los océanos del mundo. La tecnología desechada se absorbe en los suelos y crea una nueva clase de suelos llamados tecnosoles . Los desechos humanos en el Antropoceno están creando nuevos sistemas de reciclaje ecológico, nuevos ecosistemas que tienen que lidiar con el ciclo del mercurio y otros materiales sintéticos que están fluyendo hacia la cadena de biodegradación . Los microorganismos tienen un papel importante en la eliminación de compuestos orgánicos sintéticos del medio ambiente gracias a los mecanismos de reciclaje que tienen vías de biodegradación complejas. El efecto de los materiales sintéticos, como las nanopartículas y los microplásticos, sobre los sistemas de reciclaje ecológico figura como una de las principales preocupaciones para el ecosistema en este siglo.
Reciclaje tecnológico
El reciclaje en sistemas industriales humanos (o tecnoecosistemas ) difiere del reciclaje ecológico en escala, complejidad y organización. Los sistemas de reciclaje industrial no se centran en el empleo de redes alimenticias ecológicas para reciclar los desechos en diferentes tipos de bienes comercializables, sino que principalmente emplean personas y tecnología . Algunos investigadores han cuestionado la premisa detrás de estos y otros tipos de soluciones tecnológicas bajo el lema de 'ecoeficiencia': son limitadas en su capacidad, dañinas para los procesos ecológicos y peligrosas en sus capacidades publicitadas. Muchos tecnoecosistemas son competitivos y parásitos de los ecosistemas naturales. El "reciclaje de la red alimentaria o de base biológica incluye el reciclaje metabólico (recuperación de nutrientes, almacenamiento, etc.) y el reciclaje del ecosistema (lixiviación y mineralización de materia orgánica in situ , ya sea en la columna de agua, en la superficie del sedimento o dentro del sedimento)".
Ver también
Referencias
enlaces externos
- Sociedad de Conservación del Agua y el Suelo
- Agricultura y sociedad del reciclaje ecológico báltico
- Dianna Cohen : duras verdades sobre la contaminación plástica en TED.com
- Coalición de contaminación plástica
- Nutrient Cycling in Agroecosystems journal
- Notas de la conferencia del Nova Scotia Agricultural College sobre el ciclo de nutrientes en el suelo