Ecosistemas, estructura y funcionamiento. Controles y manejo de agroecosistemas sostenibles. Agroecología.

Estructura y funcionamiento de los ecosistemas naturales

Un ecosistema puede ser definido como un sistema funcional de relaciones complementarias entre los organismos vivos y su ambiente, delimitado por criterios arbitrarios, los cuales en espacio y tiempo parecen mantener un equilibrio dinámico. Así, un ecosistema tiene partes físicas con relaciones particulares —la estructura del sistema- que en su conjunto forman parte de procesos dinámicos —la función del ecosistema.

ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS NATURALES  ^[1]

Los factores bióticos son organismos vivos que interactúan con el ambiente y los factores abióticos, componentes físicos y químicos del ambiente como el suelo, la luz y la temperatura, son los componentes estructurales básicos del ecosistema.

Niveles de organización. Los ecosistemas tienen diferentes niveles de organización, pueden examinarse en términos de una composición jerárquica de sus partes, individuo, población, comunidad y ecosistema. Lo que podría ser ampliado hasta incluir niveles de organización regional, nacional y global, lo cual involucraría aspectos de mercado, políticas agrícolas, incluso cambio climático global. Si la expansión es en otro sentido, podrían incluirse niveles de organización celular, químico y atómico.

Una característica importante de los ecosistemas es que en cada nivel de organización, hay propiedades que emergen y que no existen en el nivel anterior. Esas propiedades emergentes son el resultado de la interacción de las partes en cada nivel de organización del ecosistema. En el contexto de un agroecosistema, este principio quiere decir en esencia, que una granja es mucho más que la suma de las plantas. La sostenibilidad puede considerarse como la cualidad última que emerge de un enfoque de ecosistema hacia la agricultura.

Propiedades Estructurales de las Comunidades. Una comunidad es el resultado de la adaptación de las especies que la componen, a los gradientes de los factores abióticos ambientales y, por otro lado, es el resultado de las interacciones entre las poblaciones de las especies que la componen. Debido a que la estructura de la comunidad juega un papel importante en la determinación de la dinámica y la estabilidad de un ecosistema, es importante examinar con mayor detalle las propiedades que surgen como resultado de las interacciones que ocurren en este nivel de organización.

Dominancia y Abundancia Relativa. En cualquier comunidad, algunas especies son más abundantes que otras. La especie que tiene el mayor impacto sobre los componentes bióticos y abióticos de la comunidad se considera la especie dominante. Frecuentemente, los ecosistemas naturales suelen ser llamados como su especie dominante.

Estructura Trófica. Cada una de las especies en una comunidad tiene nesidades nutricionales. La forma en que esas necesidedes se satisfacen en relación con otras especies, determina la estructura de las interrelaciones. Así se tiene la estructura trófica de una comunidad. Las plantas son la base de la estructura trófica en ecosistemas de pasturas, por su habilidad para capturar energía solar y convertirla en biomasa, la cual sirve de alimento para otras especies. Debido a esta propiedad, a las plantas se les conoce como productores primarios y se ubican en la base de la estructura trófica. Fisiológicamente a las plantas se les conoce como organismos autótrofos, ya que pueden satisfacer sus necesidades energéticas sin consumir ningún otro organismo. La biomasa producida por las plantas puede ser usada por otros organismos de la comunidad conocidos como consumidores. Este grupo incluye a los herbívoros, quienes convierten la biomasa vegetal en biomasa animal, a los depredadores y parásitos, quienes se alimentan de los herbívoros y los parasitoides, quienes se alimentan de predadores y parásitos. Todos estos consumidores son clasificados como heterótrofos, debido a que sus necesidades alimenticias son satisfechas al consumir otros organismos. Cada nivel de consumo se considera como un nivel trófico. Las relaciones tróficas que suceden dentro de una comunidad pueden ser descritas como cadena alimenticia o red trófica. Los descomponedores (microorganismos) rompen la materia orgánica muerta, reincorporando CO2 a la atmósfera y nutrientes que quedan disponibles para las plantas y otros microorganismos.

Estabilidad. A través del tiempo, la diversidad de especies, la estructura dominante, la estructura vegetativa y la estructura trófica de una comunidad, permanecen relativamente estables, aún cuando algunos individuos mueren o abandonen el área y el tamaño relativo de sus poblaciones cambie. La relativa estabilidad de una comunidad depende en gran parte del tipo de comunidad y la naturaleza de la perturbación. Los ecólogos no están en completo acuerdo si se debe considerar que la estabilidad es una propiedad inherente de la comunidad o de los ecosistemas.

FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS NATURALES.

El funcionamiento de los ecosistemas se refiere al proceso dinámico que ocurre en su interior: el movimiento de materia y energía y las interacciones y relaciones de los organismos y materiales en el sistema. Es importante entender estos procesos para abordar el concepto de dinámica de ecosistemas, eficiencia, productividad y desarrollo. Esto es especialmente importante en agroecosistemas ya que la función puede marcar la diferencia entre el éxito o el fracaso de un cultivo o de una práctica de manejo. Los dos procesos fundamentales en cualquier ecosistema son el flujo de energía entre las partes y el ciclo de nutrimentos.

El flujo de energía se refiere a la fijación inicial de la misma en el agroecosistema por fotosíntesis, su transferencia a través del sistema a lo largo de una cadena trófica y su dispersión final por respiración. El ciclaje biológico se refiere a la circulación continua de elementos desde una forma inorgánica (geo) a una orgánica (bio) y viceversa (Altieri, 1999)

Los ecosistemas se encuentran en un estado dinámico de constantes cambios. Los organismos nacen, crecen, se reproducen y mueren, la materia se recicla a través de los componentes del sistema, las poblaciones crecen y se reducen, el arreglo espacial de los organismos cambia con el tiempo. A pesar de esta dinámica interna, los ecosistemas son prácticamente estables en lo que respecta a su estructura y función general. Esto se debe en parte a la complejidad y a la diversidad de las especies de los ecosistemas. Uno de los aspectos de la estabilidad de los ecosistemas, tal y como se mencionó anteriormente para las comunidades, es la habilidad de resistir cambios que sean causados por perturbaciones y de recuperarse después de éstas. El proceso de recuperación del ecosistema después de una perturbación, hasta llegar a una forma similar a la original, se llama sucesión. Cuando el ecosistema recuperado alcanza nuevamente una etapa muy similar a la original se dice que está en el clímax. Si la perturbación no es severa o frecuente, la estructura y función del ecosistema se restablecerá aún cuando la comunidad dominante sea ligeramente diferente. Los ecosistemas no se desarrollan hasta alcanzar un estado estático. Debido a las perturbaciones naturales, los ecosistemas se mantienen dinámicos y flexibles, hasta cierto punto resistente a factores de perturbación. En general, la estabilidad del ecosistema combinada con los cambios dinámicos se refleja en el concepto de equilibrio dinámico. Este concepto tiene especial importancia en el caso de sistemas agrícolas, ya que permite un "balance" ecológico que se basa en el uso sostenible de los recursos y que puede ser "sostenido" a pesar de los cambios (perturbaciones) continuos en la siembra, cultivo, cosecha, etc.

↑    Gliessman, Stephen R. Agroecología: procesos ecológicos en agricultura sostenible, CATIE, 2002. 359 p. Título original: Agroecology: ecological processes in sustainable agriculture (1998).

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¿QUE CONTROLA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS?

La estructura y funcionamiento de los ecosistemas es controlado por al menos cinco variables de control relativamente independientes y otros controles interactivos. Los primeros factores de estado, como Jenny y sus colaboradores les llaman, son clima, material parental (la rocas que dan lugar al suelo), topografía, la biota potencial (organismos presentes en la región que pueden potencialmente ocupar el espacio) y el tiempo (Jenny, 1941, Amundson y Jenny 1997, citados por Chapin et al., 2002).

Los procesos ecosistémicos responden y a la vez controlan los factores que directamente gobiernan su actividad. Por ejemplo, la planta tanto responde como influye en su luz, temperatura y humedad ambiente (Billings 1952). Controles interactivos son factores que tanto controlan y son controlados por las características y procesos de los ecosistemas. Controles interactivos importantes incluyen el suministro de recursos para soportar el crecimiento y mantenimiento de organismos, moduladores que influyen en las tasas de los procesos ecosistémicos, regímenes de disturbios, comunidad biótica y actividades humanas (Chapin et al., 2002).

Agroecosistema.

Un agroecosistema es un sitio de producción agrícola, por ejemplo una granja, visto como un ecosistema. 

El concepto de agroecosistema ofrece un marco de referencia para analizar sistemas de producción de alimentos en su totalidad, incluyendo el complejo conjunto de entradas y salidas y las interacciones entre sus partes (Gliessman, 2002).

Investigadores de las ciencias agrícolas y de áreas afines, han comenzado a considerar el predio agrícola como un tipo especial de ecosistema -un agroecosistema- y a formalizar el análisis del conjunto de procesos e interacciones que intervienen en un sistema de cultivos. El marco analítico le debe mucho a la teoría de sistemas y a los intentos teóricos y prácticos hechos para integrar los numerosos factores que afectan la agricultura (Conway 1981, Gliessman 1982, Chambers 1983, Altieri 1987).

Odum (1984) describe 4 características principales de los agroecosistemas:

1. Los agroecosistemas requieren fuentes auxiliares de energía, que pueden ser humana, animal y combustible para aumentar la productividad de organismos específicos.
2. La diversidad puede ser muy reducida en comparación con la de otros ecosistemas.
3. Los animales y plantas que dominan son seleccionados artificialmente y no por selección natural.
4. Los controles del sistema son, en su mayoría, externos y no internos ya que se ejercen por medio de retroalimentación del subsistema.

Si bien pueden encontrarse inumerables excepciones a estos principios en sistemas agrícolas especialmente de los trópicos y pasies pobres, en general el modelo de Odum se adapta bien a la agricultura "moderna" occidental.

La escala creciente y ampliada de actividades humanas sugiere que todos los ecosistemas estén siendo influidos, directamente o indirectamente, por nuestras actividades. Particularmente en los agroecosistemas dentro de los aspectos sociales encontramos las condicionantes principales de su funcionamiento.

Los agroecosistemas tienen varios grados de resiliencia y de estabilidad, pero estos no están estrictamente determinados por factores de origen biótico o ambiental. Factores sociales, tales como el colapso en los precios del mercado o cambios en la tenencia de las tierras, pueden destruir los sistemas agrícolas tan decisivamente como una sequía, explosiones de plagas o la disminución de los nutrientes en el suelo. Por otra parte, las decisiones que asignan energía y recursos materiales pueden aumentar la resiliencia y recuperación de un ecosistema dañado. Aunque la administración humana de los ecosistemas con fines de producción agrícola a menudo ha alterado en forma dramática la estructura, la diversidad, los patrones de flujo de energía y de nutrientes, y los mecanismos de control de poblaciones bióticas en los predios agrícolas, estos procesos todavía funcionan y pueden ser explorados experimentalmente. La magnitud de las diferencias de la función ecológica entre un ecosistema natural y uno agrícola depende en gran medida de la intensidad y frecuencia de las perturbaciones naturales y humanas que se hacen sentir en el ecosistema. El resultado de la interacción entre características endógenas, tanto biológicas como ambientales en el predio agrícola y de factores exógenos tanto sociales como económicos, generan la estructura particular del agroecosistema (Hecht, 1999).

Los sistemas agrícolas son artefactos humanos y las determinantes de la agricultura no terminan en los límites de los campos. Las estrategias agrícolas no sólo responden a presiones del medio ambiente, presiones bióticas y del proceso de cultivo, sino que también reflejan estrategias humanas de subsistencia y condiciones económicas (Ellen 1982).

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Lecturas Recomendadas 

• Altieri, M. A.1995. Agroecología. Bases científicas para una agricultura sustentable. CLADES. La Habana, Cuba. Un trabajo pionero sobre agricultura sostenible y los fundamentos de la agroecología. 
• Chapin, F.S., Matson, P.A.; Mooney, H.A. 2002. Principles of terrestrial ecosystem ecology. Springer-Verlag, New York, USA. 436 p. 
• Conway, G. R. 1981. What is an agroecosystem and why is it worthy of study?