Guia De Estudio Saneamiento Y Ecologia.pdf

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 INDICE A LOS INGENIEROS… ...........................................................................................................................4 CÓDIGO DE ÉTICA AMBIENTAL PARA INGENIEROS........................................................................5 PROGRAMA ECOLOGÍA Y SANEAMIENTO AMBIENTAL ..................................................................6 I: INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................8 DEFINICIONES DE LA INGENIERIA AMBIENTAL .............................................................................8 BIOINGENIERÍA, RELACIÓN DE LA INGENIERÍA CON EL AMBIENTE Y LA SALUD HUMANA ..................................8 II: ECOLOGÍA..........................................................................................................................................9 DEFINICIÓN DE ECOLOGÍA .......................................................................................................................9 AMBIENTE..............................................................................................................................................9 EL ECOSISTEMA, ESTRUCTURA................................................................................................................9 Componentes de un ecosistema:..................................................................................................10 CADENAS Y REDES TRÓFICAS................................................................................................................11 Cadena Lineal:...............................................................................................................................12 Redes o mallas..............................................................................................................................12 CIRCULACIÓN DE ENERGÍA:...................................................................................................................12 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (NITRÓGENO, AZÚFRE,FÓSFORO, CARBONO, MERCURIO, PLOMO) .....................14 HOMEOSTASIS................................................................................................................................21 CONCENTRACIÓN O MAGNIFICACIÓN BIOLÓGICA.....................................................................21 POBLACIONES, ATRIBUTOS, MODELOS DE CRECIMIENTO .........................................................................25 COMUNIDADES.....................................................................................................................................26 Relaciones interespecíficas...........................................................................................................27 Relaciones intraespecíficas...........................................................................................................28 BIODIVERSIDAD ...................................................................................................................................28 HÁBITAT..............................................................................................................................................29 NICHO ECOLÓGICO...............................................................................................................................29 LOS FACTORES LIMITANTES...................................................................................................................30 SUCESIÓN ETAPA CLIMAX - REGRESIÓN.................................................................................................31 LA CONTAMINACIÓN DESDE EL ´PUNTO DE VISTA ECOLÓGICO ..................................................................32 III. PROBLEMAS AMBIENTALES ........................................................................................................34 EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE EN EL AMBIENTE URBANO .......................................................34 a) Gases y partículas ................................................................................................................34 b) Contaminación originada por los automotores .....................................................................37 LOS RUIDOS EN EL AMBIENTE URBANO .................................................................................................39 EFECTOS AMBIENTALES DE LAS GRANDES REPRESAS .............................................................................43 IV: SANEAMIENTO AMBIENTAL.........................................................................................................53 DEFINICIÓN DE SANEAMIENTO AMBIENTAL..............................................................................................53 ENFERMEDADES HÍDRICAS CAUSADAS POR MICROORGANISMOS .............................................................53 ENFERMEDADES HÍDRICAS ORIGINADAS POR UN AGENTE QUÍMICO ...........................................................55 ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR ANIMALES......................................................................................55 LOS HONGOS, MICOSIS PROFUNDAS DE CARÁCTER LABORAL ...................................................................59 IMPORTANCIA DE LAS ALGAS .................................................................................................................60 IMPORTANCIA LOS PROTOZOOS.............................................................................................................61 INDICADORES BIOLÓGICOS....................................................................................................................63 TRATAMIENTO DE EFLUENTES MEDIANTE VEGETALES..............................................................................69 IMPORTANCIA SANITARIA DE LOS ESPACIOS VERDES ...............................................................................69 V: TOXICOLOGÍA..................................................................................................................................69

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES......................................................................................69 TOXICIDAD DE ELEMENTOS O SUSTANCIAS QUÍMICAS USADOS EN LA INDUSTRIA .......................................71 BIOCIDAS.............................................................................................................................................74 ANEXO I................................................................................................................................................87

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 PROGRAMA ECOLOGÍA Y SANEAMIENTO AMBIENTAL I.

INTRODUCCIÓN Definiciones de la ingeniería ambiental Bioingeniería; relación de la ingeniería con el ambiente y la salud humana.

II. ECOLOGIA Definición de Ecología. Ambiente El Ecosistema, estructura. Cadenas y redes tróficas. Circulación de energía Ciclos biogeoquímicos (nitrógeno, fósforo, azufre, mercurio, etc.). Niveles biológicos de organización. Homeostasis. Concentración o magnificación biológica y contaminación. Las especies en los ecosistemas, poblaciones, atributos y modelos de crecimiento. Comunidades Relaciones entre las especies. Biodiversidad Hábitat Nicho espacial. Factores limitantes. Evolución de los ecosistemas. Sucesión – Etapa climax - Regresión La contaminación desde el punto de vista ecológico. III. PROBLEMAS AMBIENTALES Efectos de contaminantes en la atmósfera A) Gases y partículas B) Contaminación originada por los automotores Los Ruidos en el ambiente urbano Efectos ambientales de grandes represas. Efectos físicos y químicos: Sedimentación, Efectos sísmicos. Calidad del agua, eutrofización. Efectos biológicos: peces, malezas acuáticas, etc. Efectos sobre el ser humano: sanitarios, sociales y económicos. IV. SANEAMIENTO AMBIENTAL Definición de saneamiento ambiental. Enfermedades que Interesan al ingeniero sanitario: Enfermedades hídricas causadas por microorganismos Enfermedades hídricas originadas por un agente químico Enfermedades transmitidas por animales Importancia de las algas - 3 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Hongos, micosis profundas de carácter laboral Protozoos, rotíferos. Indicadores biológicos de contaminación de aguas y atmósfera. Tratamiento de efluentes mediante vegetales. Importancia de los espacios verdes urbanos V. TOXICOLOGÍA Definiciones y conceptos fundamentales Toxicidad de elementos o sustancias químicas usadas en la industria Biocidas,

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I. ACTIVIDADES HUMANAS Y LOS ECOSISTEMAS 1.1. INTRODUCCIÓN

A LOS INGENIEROS… “Al decirles a los ingenieros respetad a la naturaleza, no se los restringe, se los exalta. Nos son más que obreros, llegarán a ser artistas. No son más que picapedreros, llegarán a ser el escultor para quien la piedra contiene una presencia viviente. En lugar de construir gigantescamente, harán sus obras elegantemente y económicamente. Habrá un elemento, diré mejor una dimensión de más en sus cálculos, porque su obra tendrá tanto más valor cuanto más económica la naturaleza.” Roberto Hainard “Naturaleza y Mecanicismo”

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.1.1. Código de Ética Ambiental para Ingenieros

El COMITÉ FMOI DE INGENIERÍA Y AMBIENTE con un claro y firme convencimiento que el goce y permanencia del hombre en su planeta dependerán del cuidado y protección que ejerza sobre el ambiente, establece los siguientes principios… Cuando desarrolles cualquier actividad profesional: 1. Pon toda tu capacidad, coraje, entusiasmo y dedicación para obtener resultados técnicos superiores, contribuyendo a promover y obtener un entorno sano y agradable para todos los hombres, ya sea en espacios abiertos como en el interior de los edificios. 2. Esfuérzate para alcanzar los objetivos beneficiosos de tu trabajo con el menor consumo posible de materias primas y energía y con el menor producción de residuos y cualquier clase de contaminación. 3. Discute en particular las consecuencias de tus propuestas y acciones, directas e indirectas, inmediatas o a largo plazo, sobre la salud humana, la equidad social y los sistemas de valores locales. 4. Estudia cuidadosamente el ambiente que será afectado, evalúa los impactos o daños que puedan sobrevenir en la estructura, dinámica y estética de los ecosistemas involucrados, urbanizados o naturales, incluído el entorno socioeconómico, y selecciona la mejor alternativa para contribuir a un desarrollo ambientalmente sano y sostenible. 5. Promueve un claro entendimiento de las acciones requeridas para restaurar y, si es posible, mejorar el ambiente que pueda ser perturbado, e incluyéndolas en tus propuestas. 6. rechaza toda clase de encomiendas de trabajos que impliquen daños injustos para el entorno humano y la naturaleza, y negocia la mejor solución social y políticamente posible. 7. Ten en claro que los principios de interdependencia, diversidad, mantenimiento, recuperación de recursos y armonía interrelacional de los ecosistemas forman las bases de la continuidad de nuestra existencia, y que cada una de sus bases posee un umbral de sustentabilidad que no debe ser traspuesto. Siempre recuerda que la guerra, la codicia, la miseria y la ignorancia, además de los desastres naturales y la contaminación y destrucción de recursos inducidas por la actividad humana, son las principales causas del progresivo deterioro del ambiente, y que tú, como un profesional de la ingeniería profundamente comprometido con la promoción de desarrollo, debes usar tu talento, conocimiento e imaginación para ayudar a la sociedad a eliminar aquellos males y mejorar la calidad de vida de todos los hombres.

Aprobado por el Comité de Ingeniería y Ambiente de la Federación Mundial de Organizaciones de Ingenieros en 6ta. Sesión Plenaria Anual Nueva Delhi 5 de Noviembre de 1985.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.1.2. Definiciones de la Ingeniería Ambiental

1. Del Departamento de Ingeniería civil de la Universidad del Estado de Colorado (USA). “La ingeniería Ambiental consiste en la aplicación de las ciencias físicas, biológicas y sociales al análisis y control de los problemas ambientales originados por el uso de los recursos naturales, el vertimiento de los efluentes y las obras de infraestructura”. 2. De Austin Pipes: La ingeniería ambiental es la rama de la ingeniería que se ocupa de: a) La protección de las poblaciones humanas de los efectos de los factores ambientales adversos. b) La protección del ambiente, global o local, de los efectos potencialmente nocivos de la actividad humana. c) El mejoramiento de la calidad del ambiente en beneficio de la salud y bienestar del hombre. 1.1.3. Bioingeniería, relación de la ingeniería con el ambiente y la salud humana

Comprende las ramas de la Ingeniería aplicadas a los seres vivos:  Ingeniería Biomédica: utiliza las leyes de la Física y las técnicas de Ingeniería al estudio de los problemas relativos a los seres vivientes; y especialmente al diagnóstico y tratamiento de las enfermedades.  Ingeniería Bioambiental: es un término más correcto que “Ingeniería ambiental”, pues el prefijo indica su relación directa con los seres vivos.  Ingeniería de los factores humanos: es la aplicación de la ergonomía o “ciencia del trabajo”, que estudia el sistema hombre-ambiente-máquina. Estudia la integración de las características biológicas del operador con el diseño de las máquinas.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.2. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL MEDIO AMBIENTE 1.2.1.

Medio Ambiente

El medio ambiente es un sistema formado por elementos naturales y artificiales que están interrelacionados y que son modificados por la acción humana. Se trata del entorno que condiciona la forma de vida de la sociedad y que incluye valores naturales, sociales y culturales que existen en un lugar y momento determinado. Los seres vivos, el suelo, el agua, el aire, los objetos físicos fabricados por el hombre y los elementos simbólicos (como las tradiciones, por ejemplo) componen el medio ambiente. La conservación de éste es imprescindible para la vida sostenible de las generaciones actuales y de las venideras. Podría decirse que el medio ambiente incluye factores físicos (como el clima y la geología), biológicos (la población humana, la flora, la fauna, el agua) y socioeconómicos (la actividad laboral, la urbanización, los conflictos sociales). En medio ambiente está compuesto por todos los factores del medio: Suelo, Atmósfera, Clima e Hidrósfera. 1.2.2. Situación Ambiental GLOBAL

Según el Resumen del Informe Global sobre el Ambiente – GEO 2003 – del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente El Anuario Global 2003 y el informe “Environmental Outlook to 2050: The consequence of inaction” publicado el pasado 15 de marzo por la OCDE afirma que se producirán consecuencias medioambientales nefastas si la economía mundial continúa con su modelo actual. Se concluye que es necesario tomar una decisión coordinada e inmediata si se quiere evitar el riesgo de que la temperatura global aumente hasta 6 grados. Según afirma la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), si el modelo económico continúa funcionando como lo hace, la situación medioambiental del planeta se agravará notablemente. Entre la revisión general sobre los principales problemas y hechos ambientales ocurridos a nivel global en 2003, el diario Green Biz recoge las diez consecuencias medioambientales más alarmantes que se derivan del modelo económico que se sigue manteniendo: Energía La demanda energética mundial será un 80% mayor en 2050, y sin un cambio en las políticas, el 85% de esta energía procederá de los combustibles fósiles. Emisiones Las emisiones de gases a la atmósfera se incrementarán en un 50%, por lo que la concentración de gases de efecto invernadero podría alcanzar las 685 partículas por millón, cuando los científicos establecen que 450 ppm ya exponen al planeta a las graves consecuencias climáticas. Temperatura Si no se producen cambios en la gestión económica y política, el planeta experimentará un aumento - 8 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 de temperatura de hasta 6 grados en 2050, sobrepasando con creces el máximo de 2 grados de aumento sobre la temperatura actual que los científicos establecen como seguros. Biodiversidad La biodiversidad terrestre se reducirá en un 10% en 2050, con notables pérdidas en Asia, Europa y Sudáfrica. Las pérdidas de biodiversidad, deforestación y degradación de ecosistemas continúan avanzando. Si bien actualmente existen más de 100.000 áreas protegidas declaradas en el mundo, (12% de la superficie) en muchos casos su gestión en la realidad es pobre y se reconoce además que los ecosistemas marinos están desprotegidos; frente a ello se propone que por lo menos el 20 o 30% de las áreas marinas del planeta se protejan antes de 2012. Bosques Esta reducción de la biodiversidad vendrá dada especialmente por el descenso de la masa forestal que se espera para entonces. Un estudio de las Naciones Unidas relativo a la Economía y a los Ecosistemas y Biodiversidad estima que la reducción de los bosques generará una pérdida económica de hasta 5 trillones de dólares anuales. Agua Si la demanda mundial de agua se incrementa lo esperado (un 55%), la consumición industrial será un 400% mayor que la actual, lo que implicará que el 40% de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua. El tema del agua es uno de los más candentes en la agenda de debates internacionales. La agricultura da cuenta del 70% del agua utilizada en el mundo, los usos industriales representan el 20% y el consumo humano solo el 10%. El informe reconoce que sin la acción concertada de políticas, una tercera parte de la población mundial es probable que sufra de escasez crónica de agua dentro de algunas décadas. Contaminación del Aire. La OCDE advierte de que la contaminación del aire se convertirá en la primera causa de mortalidad prematura, especialmente en la India y en el resto de países industrializado. Residuos 1.400 millones de personas seguirán sin acceso al agua y a la sanidad básica dentro de 40 años, y la contaminación del agua, tanto en la dedicada a consumo humano como agrícola, empeorará en todas las regiones, intensificando las enfermedades y el daño a la biodiversidad acuática. Salud En los países que no forman parte de la OCDE aumentará el riesgo de exposición a productos químicos tóxicos, puesto que las medidas de seguridad son insuficientes y se producirán más productos de este tipo. Zonas muertas En el informe se establece que hay cerca de 150 regiones en mares y océanos en el mundo carentes de oxígeno, que son llamadas “zonas muertas”. Estas zonas se producen entre otros motivos por un exceso de nitrógeno en el agua, proveniente de los fertilizantes agrícolas, emisiones de gases de vehículos y desperdicios de fábricas. Una mirada regional permite apreciar disparidades; por ejemplo en África, lafalta de fertilizantes limita la capacidad de proporcionar alimentos a su población, sin embargo en otras partes del mundo el uso indiscriminado de fertilizantes contribuye - 9 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 al problema creciente de las zonas muertas, afectando el aire, la tierra, el agua dulce y en última instancia la salud ambiental y humana. Calentamiento global. El 2003 fue el año más caliente registrado, según la Agencia Oceánica de EEUU, con impactos más que significativos para el ambiente. En setiembre los científicos anunciaron que la barrera de hielo más grande del ártico se había quebrado. La ola de calor que afectó varias partes del mundo, fue uno de los aspectos más destacados de 2003. En agosto, los termómetros del Reino Unido marcaban 38.1º C, Francia registraba el verano más caliente provocando la muerte de miles de personas, en la India el extremo calor duró 20 días registrándose temperaturas entre 45 y 50º C, provocando allí también miles de muertos. En otras regiones del mundo los desastres fueron causados, por las exceso de lluvias. En China las lluvias dejaron a cuatro millones de personas nómadas en las provincias del este. Transgénicos Los Organismos Genéticamente Modificados estuvieron en el centro de la discusión en 2003. En setiembre entró en vigencia el Protocolo de Bioseguridad y los debates vinculados al comercio internacional de estos productos se intensificaron. Mientras tanto informes científicos determinaron que la contaminación genética en algunos cultivos es mayor que la esperada así como impactos ecológicos derivados. Acumulación de nitrógeno El ciclo del nitrógeno está afectado por las actividades humanas. Se acumula nitrógeno reactivo lo que influye en el calentamiento global y la depleción de la capa de ozono. Pesquerías Otro de los grandes desafíos resultantes de las investigaciones está vinculado a los recursos pesqueros; en 2002 el 72% de los recursos oceánicos se estima que estuvieron sometidos a sobrepesca, con extracciones superiores a la tasa reproductiva de los recursos. Coste Esperar a tomar medidas para mitigar estos efectos medioambientales significaría un aumento de hasta el 50% de estas consecuencias, mientras que actuar inmediatamente para reducir las emisiones en un 70% para 2050 supondría el 5,5% del PIB global cada año. La OCDE insta a los gobiernos a que adopten medidas medioambientales, incluyendo leyes que obliguen al pago de tasas e impuestos por la contaminación y eliminando los subsidios a las energías fósiles, valorados entre 45.000 y 75.000 millones de dólares anuales tan sólo en los países miembros de la OCDE. Según el informe, los gobiernos deben crear una regulación más estricta para evitar las graves consecuencias medioambientales a largo plazo. Simon Upton, director de Medio Ambiente de la OCDE, señaló en el diario Green Biz que “los gobiernos deben tomar medidas que afecten a la inversión a largo plazo. Sin esas medidas a largo plazo, los inversores no tomarán el camino correcto. Hacia 2020 podemos marcar una auténtica diferencia, pero debemos comenzar ahora”. Aunque el informe se centre sobre todo en las acciones que los gobiernos deben llevar a cabo, el responsable de Medio Ambiente de la OCDE también afirmó que aquellas empresas que adopten los riesgos climáticos en sus estrategias obtendrán importantes y favorables consecuencias. “Si las

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 empresas no piensan en la eficiencia de los recursos, ni en cómo desarrollarán su actividad en un mundo con mayor restricción de estos recursos, podrían quedar fuera del mercado”, añadió. 1.2.3. Medio Ambiente en el Ecuador

Según la investigación realizada por en ¨Ecuador, maravilla natural¨, Nadia Calderón en enero de 2011 resume lo siguiente sobre la situación ambiental del Ecuador: El espacio natural se ha reducido en más del 60% en dos de las principales regiones del país: Costa y Sierra. Esta situación se relaciona con el veloz crecimiento urbano: más del 63% de la población habita en ciudades. Más del 25% de la superficie de los páramos ha perdido su característica original, con la consiguiente disminución de la capacidad de la reserva de agua. El 30,9% de los suelos de la Sierra esta erosionado. Más del 45% de los suelos del país son susceptibles de erosión. Se estima que el agua en más del 70% de las cuencas hidrográficas por debajo de la cota 2800 msnm no es apta para consumo humano directo, debido a contaminación por microorganismos patógenos, por presencia de substancias toxicas, por contaminación con desechos sólidos, por presencia de hidrocarburos, entre varias otras sustancias. El 90% de las aguas residuales producidas a nivel urbano en el país no reciben tratamiento alguno y es descargado directamente a los cursos hídricos, causando importantes procesos de contaminación fluvial. Estos ríos tienen altos niveles de coniformes, nitrógeno y fosforo. La contaminación hídrica de origen hidrocarburífero es sin duda la contaminación de origen industrial más importante del país. Biodiversidad en el Ecuador El Ecuador es considerado uno de los países mega diversos del mundo. Es decir que teniendo en cuenta su extensión, alberga mayor cantidad de especies de animales y plantas por kilómetro cuadrado que el resto de países del planeta. En el mundo existen alrededor de 200 países y en solo 12 de ellos (Australia, Brasil, China, Colombia, Ecuador, Estados Unidos India, Indonesia, Madagascar, México, Perú, y Republica Democrática del Congo) se encuentra el 70% de la biodiversidad total del planeta; es por ello que a estos 12 países se les denomina mega diversos. En el caso de Ecuador, en 1988 se identificaron diez zonas de alta prioridad o zonas cadentes para la conservación, denominadas hotspsts (Myers). Tres de estas zonas se encuentran en el Ecuador: los Andes tropicales; los bosques muy húmedos tropicales de la región de Esmeraldas y la región del Choco; y los bosques occidentales. También posee once áreas de endemismo de aves y seis centros de diversidad y endemismo de plantas, a lo que habría que agregar el archipiélago Galápagos. 1.2.4. Contaminación

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Contaminación, es la alteración de la pureza del aire, de las aguas o de la tierra o, genéricamente del ambiente en el que se desarrolla toda forma de vida. Con relación al aire, existe contaminación del aire cuando la presencia de una sustancia extraña o la variación importante en la proporción de los constituyentes del mismo es susceptible de provocar efectos perjudiciales o de crear molestias. Esas sustancias o agentes contaminantes, son clasificados en cinco grupos mayoritarios: monóxido de carbono, partículas, óxidos de azufre, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Se encuentran suspendidas en la atmósfera y su estado físico puede ser sólido o gaseoso. Las causas más habituales de contaminación del aire son:    

Las actividades industriales, Las combustiones de todo tipo, La emisión de residuos de combustibles por parte de los vehículos de motor y El desecho de productos químicos, a menudo tóxicos, por fábricas y laboratorios.

Con relación al agua, se considera que ella está contaminada cuando no es apta para la bebida o el consumo humanos, cuando los animales acuáticos no pueden vivir en ella, cuando las impurezas que contiene hacen desagradable o dañino su uso recreativo o cuando no puede destinarse a aplicación industrial alguna. La composición de los agentes contaminantes del agua es diversa, pero, por lo general, se relaciona con las sustancias que son vertidas como residuos de las fábricas a los ríos o al mar. Obviamente tales detritos contienen agentes de la más diversa índole, tanto desde el punto de vista de su composición química como en cuanto respecta a sus efectos. Los principales factores determinantes de la contaminación acuática son:    

Los restos orgánicos, Los residuos sólidos flotantes, Los cúmulos de detergentes y Las aguas residuales.

Un elevado porcentaje de los casos de contaminación de las aguas corresponde a los accidentes marítimos que sufren los buques petroleros, lo que da lugar al vertido de crudos o productos refinados, fuertemente contaminantes, a las aguas del mar. Con relación a la tierra, la contaminación puede afectar fundamentalmente la fauna y los cultivos, ya que es sabido que la vida, tanto animal como vegetal, se desarrolla con mayores dificultades en las zonas contaminadas. Las sustancias artificiales que producen contaminación en el terreno son relativamente pocas y se agrupan en abonos, fertilizantes, insecticidas, herbicidas y fungicidas. Efectos generales de la contaminación Los agentes contaminantes dañan todos los tejidos orgánicos animales, pero sobre todo aquellos que pertenecen al sistema nervioso y al aparato respiratorio. Causan enfermedades respiratorias (bronquitis, laringitis, asma, etc.) y trastornos neurológicos (mareos, dolores de cabeza y otros), manifestaciones cancerígenas e incluso alteraciones genéticas - 12 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Sobre el medio, la principal acción de los agentes contaminantes se traduce en lluvias ácidas o radiactivas, destrucción de las capas altas de la atmósfera (que protegen la vida terrestre de las radiaciones solares perjudiciales), aumento gradual de la temperatura del planeta, desarrollo de organismos patógenos (virus o bacterias), etc. Otras formas de contaminación, la encontramos como consecuencia del empleo de la energía nuclear (contaminación radiactiva) y de materiales necesarios para lograrla (vg. uranio, plutonio), lo cual afecta de forma negativa al medio aéreo, acuático y terrestre. La contaminación nuclear es el resultado de explosiones atómicas, de desechos radiactivos de hospitales, centros de investigación, laboratorios y centrales nucleares y, ocasionalmente, de los escapes radiactivos.

1.3. ECOSISTEMAS: 1.3.1. Ecología Es la ciencia que se ocupa del estudio de los ecosistemas, estudia las relaciones entre los seres vivos y el ambiente así como también las interrelaciones entre ellos mismos o de los elementos que los componen.      

Estudio de los problemas del ambiente: Contaminación del aire Contaminación del agua Contaminación del suelo Contaminación por ruidos Efectos de las obras de infraestructura del hombre

Una definición menos rigurosa nos señala que: “la ecología estudia los diversos problemas relacionados con el ambiente: la contaminación de las aguas, de la atmósfera, del suelo, la contaminación sonora, los efectos negativos de las obras de infraestructura y otros tipos de contaminación o problemas del ambiente.” Etimológicamente la palabra ecología deriva de los términos griegos “OIKOS” que significa “CASA”, y “LOGOS” que significa “ESTUDIO”. Los problemas indicados en la definición han de ser estudiados y resueltos por grupos multidisciplinarios de biólogos, ingenieros, químicos, físicos, geólogos, médicos, sociólogos, hombres de leyes, economistas, etc. La ecología debería en todo momento formar parte de una educación integral. Una práctica ambiental correcta depende del conocimiento de los temas y conceptos ecológicos. 1.3.1. Ciencia y ecología La ecología es una ciencia interdisciplinaria porque las interacciones de los organismos con su medio ambiente y entre sí implican respuestas fisiológicas, de comportamiento y físicas. El estudio de estas respuestas recurre a campos tales como la fisiología, la bioquímica, la genética, la geología, la hidrología y la meteorología (Ecología de Thomas Smith. Pearson 6ta edición).

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 El estudio de los patrones y procesos dentro de los ecosistemas requiere de estudios o experimentos de campo y de laboratorio. La experimentación comienza con la formulación de una hipótesis. La hipótesis es una afirmación acerca de una causa y efecto que puede demostrarse experimentalmente. (Ecología de Thomas Smith. Pearson 6ta edición). 1.3.2. El ecosistema, estructura

La unidad mayor de la ecología es el ecosistema, que consiste en dos componentes básicos interrelacionados, los seres vivos o factores bióticos y de los factores abióticos (energía solar, factores del clima derivados de la energía solar, suelo, atmósfera, hidrósfera y elementos y sustancias químicas, minerales) que se encuentran en una determinada zona o territorio y las relaciones entre todos ellos. Los límites del ecosistema se fijan de acuerdo a lo que se quiera estudiar, rara vez hay límites definidos entre estos y que nunca están del todo aislados. Al pasar de un ecosistema a otro, se observa una gradual disminución de la comunidad biótica del primero y un aumento del que sigue, así los ecosistemas se superponen gradualmente en una región de transición conocida como ecotono. Así los ecotonos pueden estudiarse como ecosistemas por su propio derecho.

Los ecosistemas similares o relacionados se agrupan en clases mayores llamadas biomas; los bosques tropicales, los pastizales y los desiertos son ejemplos. Aunque más extenso y complejo que el ecosistema, el bioma sigue siendo una comunidad biótica sostenida y limitada por factores abióticos del entorno. Los biomas terrestres están vinculados por los flujos de los ríos que los - 14 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 atraviesan y por la migración de animales; todos los biomas comparten una atmósfera y solo ciclo del agua. En conclusión, podemos ver todas las especies de la tierra, junto con sus animales, como un vasto sistema que llamamos biosfera. 1.3.3. Componentes de un ecosistema: Hay dos aspectos fundamentales en cualquier ecosistema: la biota o comunidad biótica y los factores ambientales abióticos. a. Estructura biótica: es la manera en que se conforman las diversas clases de organismos. Todos los ecosistemas presentan las mismas tres categorías básicas de organismos que interactúan de los mismos modos, los principales son: productores, consumidores y, saprofitos y descomponedores. Juntos, estos estos grupos producen alimentos, los pasan por las cadenas alimentarias y devuelven los materiales originales a las partes abióticas del entorno. Los elementos bióticos se pueden clasificar en:  Criterio de clasificación sistemático. Sistema de dos reinos Plantas Animales  Criterio de clasificación de los cinco reinos (Whittaber) Animal Vegetal Hongos Protistas Moneras  Criterios de clasificación ecológico o funcional: Productores Vegetales. Autótrofos Animales Herbívoros Consumidores primarios. Heterótrofos Animales Carnívoros Consumidores secundarios. Heterótrofos Omnívoros Consumidores de vegetales y animales. Desintegradores Hongos, bacterias, etc. (detritus). Detritívoros b. Factores abióticos: el ambiente comprende la acción recíproca de muchos agentes físicos y químicos. Nutrientes químicos Compuestos químicos Minerales Materia orgánica (proveniente de la muerte de los seres vivos) Energía solar pH Factores del clima (régimen de lluvia). Salinidad e Incendios En los sistemas acuáticos. - 15 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Salinidad Temperatura Nutrientes químicos Textura del suelo Profundidad Turbiedad Las corrientes.

1.3.4. Los organismos se ubican dentro de niveles tróficos basándose en su alimentación -

Las relaciones tróficas o alimentarías representan el mecanismo de transferencia de materia y energía de unos organismos a otros en forma de alimento.

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El primer nivel trófico en un ecosistema lo constituyen los productores: su fuente de energía es el Sol y sus nutrientes (inorgánicos) provienen del suelo, el agua y la atmósfera; son, por tanto, fotoautótrofos. Aunque son poco frecuentes, algunos ecosistemas están basados en productores quimioautótrofos.

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El segundo nivel trófico pertenece a los herbívoros o fitófagos (comedores de vegetales), que constituyen los consumidores primarios.

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Los herbívoros, a su vez, son la fuente de energía para los carnívoros, animales que se alimentan de otros animales. Aquellos que se alimentan directamente de los herbívoros son los carnívoros primarios o consumidores secundarios. Los consumidores secundarios constituyen la fuente de energía para los carnívoros secundarios o consumidores terciarios.

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Todos los consumidores son organismos heterótrofos.

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Los organismos omnívoros y los carroñeros o necrófagos son consumidores que no se pueden asignar a un nivel trófico concreto (¿Consumidores primarios, secundarios o terciarios?)

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Por último, los descomponedores son aquellos organismos que se alimentan de fragmentos de materia orgánica muerta. En sentido estricto, los organismos descomponedores son las bacterias y los hongos, que se nutren de restos de materia orgánica y la transforman en materia inorgánica, devolviéndola al medio para que pueda ser utilizada de nuevo por los productores. Algunos autores denominan a estos organismos transformadores. Los organismos detritívoros o saprofitos (como las lombrices, ácaros, babosas, colémbolos, nematodos, ...) se alimentan de fragmentos de seres vivos, y serían comparables a los necrófagos.

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Todos los descomponedores, aunque especialmente los transformadores, son esenciales para el reciclado de la materia en los ecosistemas.

1.3.5. Nutrientes

Son los elementos o sustancias que se utilizan para completar la alimentación. Macronutrientes: • Nitrógeno • Fósforo • Potasio Mesonutrientes: • Calcio • Hierro • Magnesio • Azúfre Micronutrientes: • Manganeso • Cobalto • Cobre • Selenio • Zinc - 17 de 42 -

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Oligoelementos

1.4. CADENAS Y REDES TRÓFICAS Se entiende por cadena alimenticia o trófica a una serie de organismos tal que cada organismo, componente o eslabón de la cadena se alimenta del que le procede, y a su vez es objeto alimenticio del que le sigue. En este caso en que cada organismo tiene una relación trófica directa con uno que le antecede y otro que le sigue, la cadena se llama lineal. Las cadenas que comienzan con vegetación de cualquier tipo, que captan la energía solar, la que transformándose, circula a través de las cadenas, se llaman cadenas de pastoreo. Ejemplo: vegetación, animal herbívoro, animal carnívoro. La vegetación ocupa el primer nivel trófico, y los animales herbívoros y carnívoros los niveles segundos y terceros. Un animal que se alimenta de vegetales o de otros animales según las oportunidades, puede luego ocupar tanto el segundo como el tercer nivel. Hay otras cadenas que no se inician con vegetación que realiza fotosíntesis, sino con materia orgánica que sufre el proceso de descomposición. La materia orgánica proveniente de la muerte de los seres vivos, o de sus excreciones, se denomina genéricamente detritus, y por ello este tipo de cadenas son denominadas cadenas de detritus. Tales cadenas tienen como eslabones iniciales bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, gusanos, y se continúan con organismos superiores. En realidad las cadenas lineales, tanto de pastoreo como de detritus prácticamente no existen en la naturaleza, pues cada uno de los niveles tróficos está ocupado por diversos tipos de organismos; constituyéndose las denominadas redes o mallas tróficas. Las cadenas lineales son muy frágiles, pues la desaparición de un tipo de organismo que corresponde a un nivel trófico determinado compromete la existencia de los niveles superiores al interrumpirse la continuidad de la relación trófica. Las especies que intervienen en los sistemas biológicos de tratamiento de aguas (lagunas de estabilización, lechos percoladores, etc.) constituyen redes alimenticias originados en detritus.

1.4.1. Cadena Lineal:

No son comunes en la naturaleza porque son muy débiles. Ejemplo: el oso panda se encuentra en peligro de extinción porque sólo come brotes de bambú. También el koala en Australia porque sólo come brotes de eucalipto cuyos bosques están siendo talados paulatinamente por la actividad agrícola-ganadera del hombre. Ejemplos: Cadena de pastoreo, Cadena de detritus

1.4.2. Redes o mallas

Lo más común en la naturaleza son las redes tróficas, de mayor complejidad y más estables, pues los tipos de organismos que desaparecen son reemplazados por otros del mismo nivel.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.5. CIRCULACIÓN DE ENERGÍA: 1.5.1. La energía fluye en los ecosistemas de forma unidireccional -

La transferencia de energía de un nivel a otro en las cadenas tróficas constituye lo que se conoce como flujo de energía en los ecosistemas. Las plantas aprovechan un 2% de la radiación incidente. De este porcentaje, se transfiere aproximadamente un 10% al nivel siguiente y así sucesivamente (según la regla del 10%). El 90% restante de cada nivel trófico queda almacenado en el mismo hasta la muerte del individuo, cuando será aprovechado por los descomponedores, o se consume en el propio nivel para el mantenimiento de las funciones vitales (respiración). -

1.5.2. Factores que pueden limitar la producción primaria

El crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentre en una cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante. La eficiencia fotosintética aumenta al aumentar la humedad y la temperatura (si no se alcanzan temperaturas que puedan provocar la desnaturalización de las proteínas). En los climas secos los estomas deben estar cerrados la mayor parte del tiempo, lo que impide que se pueda captar el CO2 y reduce la eficacia fotosintética. En esta situación, algunas plantas han desarrollado estrategias que les permiten separar en el espacio (plantas C4) o en el tiempo (plantas CAM) la captación del carbono de su fijación fotosintética, mejorando notablemente el rendimiento. Para evitar los efectos perjudiciales de las bajas temperaturas, las plantas adaptan sus ciclos vitales a las épocas favorables del año. -

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La carencia de cualquier nutriente esencial, como es lógico, también afecta a la eficacia fotosintética. Como veremos al estudiar su ciclo en la naturaleza, el fósforo es el principal factor limitante de la producción primaria, seguido del nitrógeno. - 19 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 En los océanos la fotosíntesis se produce sólo en las zonas superficiales (hasta donde penetre una luz suficiente), mientras que la degradación de la materia orgánica ocurre en los fondos. Debido a esto, las zonas de productividad de los océanos se limitan a las plataformas continentales, donde el oleaje remueve los nutrientes del fondo, y a las zonas de afloramiento, en las que existen corrientes que arrastran los nutrientes desde zonas profundas hacia la superficie. - En los ecosistemas terrestres los principales problemas, respecto a la falta de nutrientes, que afectan a la producción primaria son el lixiviado o la sobreexplotación humana. -

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La energía de apoyo o auxiliar (exosomática) que aporta el hombre al cuidar sus cultivos (labrar, regar, combatir plagas, abonar, ...) consigue aumentar el rendimiento de los cultivos (mayor producción primaria por unidad de superficie). En relación con esto, lee el recuadro de la página 102 del libro.

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La intensidad luminosa, aunque rara vez sea un factor limitante de la producción, puede influir en la eficiencia fotosintética. En general, a medida que aumenta la intensidad luminosa, aumenta la producción (figura 4.24, pág. 106), pero con intensidades elevadas la producción deja de aumentar como consecuencia de la saturación del aparato fotosintético, es decir, está funcionando ya a su máximo rendimiento (ver analogía del embudo, figuras 4.23 y 25, página 106), ya que está diseñado para garantizar una producción necesaria, incluso en condiciones de baja intensidad luminosa, pero no para conseguir una eficacia máxima. Podemos decir entonces, que la propia disposición de las unidades fotosintéticas limita la producción primaria. 1.5.3. Los parámetros tróficos permiten cuantificar el flujo de energía en los ecosistemas

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La biomasa es el peso de materia orgánica viva (fitomasa + zoomasa) o muerta (necromasa) de un nivel trófico determinado o del ecosistema completo. Normalmente se mide en unidades de masa o de energía equivalente por unidad de superficie; las unidades más comunes son: g/cm2, g/ha, Kcal/ha, ...

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La producción es el incremento de biomasa en un nivel trófico por unidad de tiempo y representa la cantidad de energía que fluye por ese nivel trófico. Se mide en unidades de biomasa por unidad de tiempo. • La producción primaria es el incremento de biomasa por unidad de tiempo de los

productores. • La producción secundaria es el incremento de biomasa por unidad de tiempo de los consumidores y descomponedores.

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La producción primaria es la de los autótrofos (productores). Indica la energía solar que los vegetales almacenan (en los enlaces de los compuestos orgánicos que sintetizan) mediante la fotosíntesis. La producción primaria bruta (PPB) es la cantidad total de energía fijada por los productores mediante fotosíntesis. Si descontamos la energía consumida para el mantenimiento de las funciones vitales (respiración celular) obtenemos la producción primaria neta (PPN). La producción neta representa la cantidad de biomasa que está a disposición del siguiente nivel trófico.

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PPN = PPB - R -

La producción secundaria es la de los organismos heterótrofos y representa la cantidad de materia asimilada por los mismos en su nutrición.

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También podemos distinguir una producción secundaria bruta (total) y una producción secundaria neta, en la que descontamos el consumo de energía que se produce en las funciones de automantenimiento.

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La productividad es la relación entre la producción y la biomasa. Indica la velocidad con que se renueva la biomasa (tasa de renovación). La productividad nos permite conocer el límite de explotación de un ecosistema y de esta manera poder evitar su sobreexplotación.

Ten en cuenta que muchos autores no distinguen entre producción y productividad, por lo que utilizan ambos términos indistintamente. -

La inversa de la productividad es el tiempo de renovación (tiempo que tarda en renovarse la biomasa de un nivel trófico.

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La biomasa que puede mantenerse en un determinado nivel trófico no depende de la biomasa del nivel anterior, sino de su producción (o, mejor aun, de su productividad). Dicho de otro modo, un nivel trófico con una biomasa pequeña pero una gran productividad puede mantener una biomasa mayor de un nivel trófico superior. 1.5.4. La eficiencia ecológica mide el porcentaje de biomasa que se transfiere al siguiente nivel trófico

REGLA DEL 10 % La energía que se transfiere de un eslabón a otro en una cadena trófica suele ser aproximadamente de un 10% de la almacenada en el primero. Este hecho limita el número de eslabones que puede tener la cadena trófica. - 21 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 La eficiencia representa el rendimiento de un nivel trófico o del ecosistema completo. De forma general se calcula como el cociente entre las entradas y las salidas (Asimilación/Ingestión, Producción/Ingestión, Producción/Asimilación o Consumo/Producción). La eficiencia de los productores se calcula como la relación energía asimilada/energía incidente (suele ser inferior al 2%). La eficiencia de los consumidores se calcula como producción neta/alimento total ingerido (engorde/alimento ingerido).

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La alimentación a partir del primer nivel trófico (teniendo en cuenta la regla del 10%) es la más eficiente desde el punto de vista del aprovechamiento energético y permite alimentar a un número mayor de individuos.

Entre los eslabones de la cadena existe transformación de energía.

Producción: formación de materia orgánica mediante fotosíntesis. PP: productividad primaria: es la cantidad de materia orgánica formada por unidad de tiempo y por unidad de tejido vegetal. PPB: productividad primaria bruta: es aquella que incluye la parte que se ha gastado en la respiración. PPN: productividad primaria neta: es aquella en la que se descuenta la respiración. PPB = PPN + Respiración. Las cadenas no serán muy largas porque la energía se va a ir disipando al entorno con cada eslabón que aparece.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 La eficiencia de los vegetales en absorber energía es del 1 %. El resto de los consumidores tienen una eficiencia del 10 %.

1.6. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (NITRÓGENO, AZÚFRE, FÓSFORO, CARBONO, MERCURIO, PLOMO) Se trata de los ciclos o vías de circulación cerrada de un determinado elemento químico en los que intervienen los distintos tipos de seres vivos. Consta de un sector biológico o de intercambio donde el elemento circula rápidamente a través de los seres vivos; y otro sector del ciclo llamado depósito o pozo que es donde el elemento se encuentra almacenado en grandes cantidades a escala planetaria y de donde el elemento entra o sale más lentamente.

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1.6.1. Ciclo del carbono está estrechamente vinculado al flujo de energía -

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CO2 ATMOSFÉRICO

El carbono es un constituyente básico de todos los compuestos orgánicos y está implicado en la fijación de la energía solar por fotosíntesis. La fotosíntesis toma CO2 de la atmósfera o del que se halla disuelto en el agua y lo incorpora a los componentes vivos del ecosistema.

COMBUSTIÓN

FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN

RESPIRACIÓN

COMBUSTIBLES FÓSILES

BIOMASA VEGETAL

BIOMASA ANIMAL

DESCOMPOSICIÓN

RESTOS ORGÁNICOS

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Este carbono fijado fotosintéticamente servirá de alimento a los demás componentes de la cadena trófica (heterótrofos).

-

El CO2 se libera de nuevo al ecosistema mediante la respiración que realizan los organismos de todos los niveles tróficos y durante la descomposición bacteriana de excrementos y cadáveres.

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En ciertas condiciones en la que se da una descomposición muy lenta de la materia orgánica, ésta se acumula y termina formando los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural).

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El CO2 atmosférico inmovilizarse mediante su transformación en CaCO 3, en las rocas calizas procedentes de la acumulación de caparazones calizos o por variaciones del equilibrio fisicoquímico entre los iones Ca +2 y el CO2 disueltos en el agua. El CaCO3 es insoluble y precipita.

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El carbono de las rocas puede retornar a la atmósfera en forma de CO 2 mediante la descarbonatación de las calizas.

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La quema de combustibles fósiles en las industrias o en los vehículos libera grandes cantidades de CO y CO2 a la atmósfera.

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También las erupciones volcánicas y los incendios liberan CO y CO 2 a la atmósfera.

1.6.2. Ciclo del mercurio (Hg)

La contaminación con Hg es producida por:

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 • • • • • • • • • •

Industria papelera Fabricación de cloruro de vinilo (se usan sales de Hg, como catalizador) PVC Baterías Fabricación de aldehído acético se usa SO4Hg como catalizador Fungicidas para desinfección de semillas Productos farmacéuticos Odontología Cloro – soda estos dan emisiones al agua Fabricación de pinturas Combustiones

El mercurio es tóxico. Las bacterias que se encuentran en los sedimentos para protegerse transforman el mercurio en metilmercurio (biometilación). Esta sustancia se aloja luego en los tejidos nerviosos de los mamíferos y es muy tóxico (el sombrerero loco de Alicia en el país de las maravillas). Los compuestos o formas inorgánicas del Hg:  No circulan en la cadena trófica por lo general  El paso fundamental en la concentración biológica es el cambio de formas inorgánicas a orgánicas y es el primero en que toman los microorganismos una intervención decidida.

Investigadores suecos descubrieron que microorganismos presentes en sedimentos en aguas dulces, lagos, etc., producían la metilación de Hg inorgánico. Es un proceso para protegerse de la toxicidad de esos compuestos y simultáneamente liberan compuestos de metilmercurio. El metilmercurio se acumula en organismos acuáticos superiores, se va concentrando en las cadenas tróficas sin producir efectos tóxicos, tiene gran afinidad química por los tejidos musculares de los peces. El metil mercurio es tóxico para el sistema nervioso central de los mamíferos. La acidificación de las lluvias (lluvias ácidas) aumentaría el aporte de Mercurio de la troposfera hacia las aguas y disminuirían la volatilización si el lago es acidificado.

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El Hg aparece en el ciclo como vapor de Hg que indicamos en el gráfico como Hg0 y una forma soluble presumible Hg++. No se ha podido identificar de manera segura las formas solubles, se piensa que en los océanos serían cloruros, en aguas dulces se sabe muy poco. El vapor de Hg es vertido a la atmósfera por: océanos, suelos, erupciones volcánicas y actividad humana, sobretodo combustibles fósiles (aproximadamente 25% del total de emisiones 1.6.3. Ciclo del Plomo (Pb)

Se utiliza en la fabricación de acumuladores y baterías, soldaduras, aditivos, reactivos químicos, pinturas, pantallas protectoras de rayos X, explosivos etc. Las partículas de plomo llegan al aire para luego pasar al agua y al suelo. La circulación del plomo en el medio ambiente indica que una vez incorporado a la atmósfera puede llegar al hombre a través de distintas formas. Al presente sólo es posible obtener una estimación cualitativa o semicuantitativa del movimiento de plomo a través de los componentes del ambiente, esto se debe a que suceden transformaciones físicas y químicas del plomo en el proceso.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 La circulación del plomo en el medio ambiente indica que una vez incorporado a la atmósfera puede llegar al hombre a través de distintas formas. Sólo es posible obtener una estimación cualitativa o semi-cuantitativa del movimiento de plomo a través de los componentes del ambiente, esto se debe a que suceden transformaciones físicas y químicas del plomo en este proceso. La intoxicación crónica por plomo se denomina saturnismo. La sintomatología más frecuente es la siguiente: • Gastrointestinal: constipación pertinaz, inapetencia, cólicos abdominales, sabor metálico en la boca, ribete gingibal, etc. • Hematológico: anemia. • Neuropsiquiátrico: irritabilidad, cefaleas persistentes, insomnio, psicopatías diversas, convulsiones, encefalopatía aguda en niños, etc.

1.7. HOMOESTASIS Uno de los elementos fundamentales de la ecología es el de homeóstasis que puede definirse como un equilibrio dinámico. Es la propiedad de los sistemas biológicos de mantener su estado de equilibrio, y por lo tanto, de oponerse a los cambios (ODUM). En virtud de esa propiedad, los sistemas biológicos, en sus distintos niveles: ecosistemas, comunidades, poblaciones, individuos, etc. tienen la capacidad de autorregulación. La homeostasis opera por mecanismos de retroalimentación. Por eso se compara a los mecanismos homeostáticos a los servomecanismos de ingeniería.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 La retroalimentación negativa se opone a las alteraciones del equilibrio.

Ejemplos: hay poblaciones animales reguladas por la densidad de la población, y la retroalimentación negativa opera por los mecanismos de conducta que permiten aumentar o reducir la reproducción y mantener así el número de individuos dentro de límites compatibles con el medio.

Al nivel de individuo: los animales homeotermos mantienen su temperatura constante; en el ser humano alrededor de 37°C.

1.8. CONCENTRACIÓN O MAGNIFICACIÓN BIOLÓGICA Se entiende por concentración o magnificación biológica el hecho de que determinadas sustancias aumentan su concentración en los componentes o eslabones de una cadena trófica, al progresar en la misma hacia los niveles superiores. Un típico ejemplo de concentración biológica se ha observado en el DDT. Este insecticida fue muy utilizado para combatir los mosquitos en aguas estancadas. Estudios realizados en una comunidad acuática en zonas pantanosas de LONG ISLAND, Estados Unidos, donde se aplicaba DDT tomándose precauciones para no aplicarlo en concentraciones que resultaran mortales para peces y fauna en general, pero ignoran que los residuos del DDT son absorbidos por los detritus, y por el plancton, y sufren un proceso de concentración en los organismos que se alimentan de ellos, es decir en diversas especies de invertebrados, que no eliminan la sustancia, la que se fija a los tejidos adiposos.

Se llega así a los predadores superiores de las cadenas: peces y aves rapaces. Concent. DDT AGUA PLANCTON PEZ HERBÍVORO PEZ LUCIO PEZ AGUJA GARZA GAVIOTA HUEVO AVE RAPAZ HALIETO CORMORAN

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0,00005 0,04 0,23 1,33

p.p.m. p.p.m. p.p.m. p.p.m.

2,07 p.p.m. 3,5 p.p.m. 6 p.p.m. 13 p.p.m. 26 p.p.m.

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Las concentraciones encontradas en los tejidos de las aves no las perjudicaban pero afectaba la formación normal de la cáscara de huevos de halieto, que se rompían, impidiendo el desarrollo de los polluelos antes de que finalice la incubación con lo cual disminuye la natalidad de dicha especie. Por lo tanto, si bien los individuos adultos no resultaban afectados, la especie era perjudicada por no prosperar las crías.

También se produce la concentración de mercurio en cadenas tróficas de organismos acuáticos. Estas cadenas, que suelen ser prolongadas, terminan en peces, y en mamíferos que se alimentan de ellos. La concentración de mercurio en los peces puede llegar a ser 10.000 veces superior a la de las aguas marinas. Concent. Hg. AGUAS SUPERFICIALES MARINAS

0,0001 PLANCTON, CARACOLES 0,01 – 0,18 INSECTOS ACUÁTICOS CARNÍVOROS 0,14 – 1,16 INSECTOS ACUÁTICOS DEPREDADORES, RANAS 0,01 – 5,82 PERCA, PEZ 1,4 – 4,1 BALLENA (HIGADO) 8,87 Los desechos radioactivos son absorbidos también, y a través de alimenticias se van concentrando en los depredadores superiores.

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p.p.m. p.p.m. p.p.m. p.p.m. p.p.m. p.p.m.

las cadenas

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Ello sucede con isótopos radioactivos, como el estroncio 90 (90Sr), producto de las fisiones nucleares, que se acumula y concentra a lo largo de las cadenas tróficas. El estroncio 90 se metaboliza en forma similar al calcio, depositándose en los huesos, de los cuales es removido muy lentamente. Se ha observado que algas marinas, del género FUCUS, llegan a concentrar hasta cuarenta veces el estroncio 90 del agua del mar (Dorst 1972)

El iodo 131 (131I), otro isótopo radioactivo, proveniente de fisiones producidas en explosiones atómicas, sufre también el proceso de concentración. Puede depositarse sobre la vegetación, y por pastoreo, acumularse en la leche de vaca y llegar finalmente a la tiroides en los seres humanos. También se ha detectado concentración del elemento en esquimales y poblaciones que se alimentan de renos en Suecia, o de caribúes en Canadá. Estos animales utilizan líquenes para su alimentación cuando los pastos son escasos, y el material radioactivo había sido fijado por los líquenes (FOSTER 1975).

EL fósforo 32 (32P) se concentra en cadenas que culminan en aves acuáticas. En el río Columbia, Estados Unidos donde se vierten los desechos de la central atómica de Hamford, la concentración de fósforo 32 aumenta, con referencia a la del agua, 35 veces en crustáceos, insectos y otros invertebrados acuáticos, 7500 veces en patos, y 200000 veces en los huevos de estos, lo que se explica por la gran cantidad de fósforo que tienen las yemas. (DORST 1972).

Observaciones efectuadas en el río Clinch, donde se vuelcan los residuos atómicos de la central de Oak Ridge indican que el plancton tiene un valor de radioactividad 10000 veces superior al del agua.

Algunos peces de río, depredadores últimos de las cadenas, tienen una radioactividad de 20000 a 30000 veces mayor que del agua en que viven. En aves de zonas boreales, como las barnaclas, se determinó radioactividad en sus plumajes. (DORST 1972)

Existen otras sustancias contaminantes que también se incorporan a cadenas alimenticias y pueden llegar a concentrarse. Entre ellas pueden citarse a hidrocarburos componentes del petróleo, que contaminan las aguas marinas como consecuencia del derrame de petroleros, o de la limpieza de los tanques de estos barcos. Algunos de esos hidrocarburos son tóxicos, y otros tienen olor acentuado, y dan “olor a petróleo” a peces y moluscos (DORST 1972).

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.9. POBLACIONES, ATRIBUTOS, MODELOS DE CRECIMIENTO 1.9.1. Atributos de las poblaciones

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Una población es un grupo de individuos de la misma especie (Ej: población de ciervos, de bacterias, de fresnos, etc.) que potencialmente pueden interactuar y entrecruzarse, y que viven en un mismo lugar al mismo tiempo.

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El número de individuos que componen una población se denomina efectivo. Frecuentemente interesa conocer, más que el efectivo de la población, su densidad, es decir, el número de individuos por unidad de superficie o volumen.

-

Los patrones de distribución más frecuentes son: regular o uniforme, aleatorio y agregado o en enjambre. A estos podemos añadir la distribución por gradientes.

Densidad de población bruta: N° de individuos por unidad de área o de volumen total. Densidad ecológica: N° de individuos por unidad de área habitable. Densidad óptima: Máxima densidad que puede alcanzar una población sin que se produzca una catástrofe. Natalidad: N° de nacimientos Natalidad máxima: Característica de cada especie y de sus posibilidades biológicas. Natalidad ecológica: Está condicionada por los factores del ambiente, etc. Índice de natalidad ∆n I= ∆t

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Índice específico de natalidad:

1 ∆n I=× N ∆t N: número de individuos que conforman una población determinada Índice específico de natalidad instantáneo:

1 b=× N

dn dt

Índice de Mortalidad

∆m I= ∆t Índice específico de mortalidad:

1 ∆m I=× N ∆t N: número de individuos que conforman una población determinada

Índice específico de mortalidad instantáneo:

1 d=× N

dm dt

Tasa de crecimiento instantánea: r=b–d

Tasa de supervivencia: Es el complementario de la tasa de mortalidad. Si representamos gráficamente las tasas de supervivencia en función de la edad, obtenemos las curvas de supervivencia, que pueden adoptar tres formas generales:

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 I – Los individuos tienden a vivir hasta el final de su esperanza de vida fisiológica. II – La tasa de mortalidad es constante a lo largo de toda la vida. III – La tasa de mortalidad es muy alta en los jóvenes.

Tasa de migraciones: El tamaño de la población también puede verse afectado por la emigración (individuos que abandonan la población), la inmigración (llegada de individuos de otra población) y las migraciones (desplazamientos estacionales). 1.9.2. Condiciones ambientales lo permiten el crecimiento de las poblaciones

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Cuando hay un exceso de recursos (porque se trata, por ejemplo, de una zona aún no ha sido colonizada) las poblaciones tienden a crecer en forma exponencial.

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Sin embargo, lo normal es que el ambiente no sea constante y los recursos sean limitados. Al aumentar la densidad de la población la competencia entre los miembros por los recursos disponibles también aumenta. Esto determina que, con el paso del tiempo, el incremento poblacional disminuya y llegue incluso a detenerse (crecimiento logístico).

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La resistencia ambiental viene marcada por el conjunto de factores bióticos y abióticos que impiden a la población alcanzar el máximo potencial biótico.

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El número de individuos que puede ser sustentado por los recursos de un área determinada se conoce como capacidad de carga del medio (K).

Mientras que el valor de N se encuentre lejos de K, el crecimiento es exponencial; cuando N se aproxima a K el crecimiento se ralentiza y termina por detenerse. -

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Los organismos especialistas tienden a ajustar el tamaño de sus poblaciones a la capacidad de carga del medio (K) y tienen tasas de reproducción bajas; se denominan estrategas de la K. Estos organismos invierten una gran cantidad de recursos en el cuidado de la prole. Están especializados y son más eficaces en el aprovechamiento de los recursos.

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En cambio, las especies oportunistas (o generalistas) tienen potenciales bióticos (r) elevados y se expanden rápidamente cuando encuentran recursos disponibles; son los estrategas de la r. Son especies pioneras en la colonización de un hábitat, invasoras y oportunistas por su facilidad para dispersarse rápidamente ocupando los espacios vacíos o utilizando los nutrientes disponibles. 1.9.3. Capacidad de los ecosistemas de autorregularse

Las poblaciones naturales raramente alcanzan un nivel estable, sino que oscilan dentro de unos límites superior e inferior alrededor de la capacidad de carga. Podemos decir que se encuentran en un estado de equilibrio dinámico. Las oscilaciones en el número de individuos de una población alrededor del valor de K se conocen como fluctuaciones. -

En ocasiones, las fluctuaciones se repiten de una forma más o menos regular a lo largo del tiempo. Estas fluctuaciones cíclicas suelen estar relacionadas o con cambios estacionales o con la interacción con otras poblaciones. -

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Un ecosistema “modelo” es cerrado para la materia, aunque abierto para la energía, siendo capaz de autorregularse (mediante bucles de retroalimentación) y permanecer en equilibrio dinámico a lo largo del tiempo.

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Cualquier alteración en los elementos bióticos o abióticos del ecosistema puede alterar ese equilibrio y llevarlo, incluso, a la desaparición.

1.10. COMUNIDADES Es el conjunto de poblaciones de diferentes especies que viven en una zona determinada. (Ej: el conjunto de poblaciones de algas: SPYROGYRA, VAUCHERIA, ULOTHRIX, etc. que viven en una laguna de estabilización). Algunas comunidades típicas reciben nombres definidos: plancton, bentos, etc.

Plancton: Es la comunidad de organismos que flotan en las aguas, sin movimientos propios, o sea que son desplazados por las corrientes.

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 La comunidad vegetal que integra el plancton se denomina fitoplancton, y está constituida por algas. La comunidad animal se denomina zooplancton, y está constituida por larvas bacterias, protozoos, etc.

Bentos: Es la comunidad de organismos que viven en los sedimentos o fijados a los fondos de los ríos, lagos o litorales o fondos marinos. 1.10.1. Relaciones interespecíficas

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Podemos definir el nicho de una especie como el papel que desempeña en la comunidad, incluyendo actividades y relaciones. El nicho incluye el hábitat (lugar donde vive una planta o animal) y las relaciones del individuo con otros organismos y con el medio.

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En ausencia de interferencias por parte de otras especies, un organismo puede usar el rango completo de condiciones y recursos al cual está adaptado; este rango se llama nicho fundamental de la especie. Sin embargo, la competencia por parte de otra especie restringe a la especie a ocupar una porción de su nicho fundamental, denominada nicho efectivo.

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Cuando dos o más especies usan de la misma manera recursos idénticos (explotan el mismo nicho ecológico), no pueden coexistir en un medio estable y la más competitiva elimina a las otras. Esta regla se conoce como principio de exclusión. (G. F. Gause). Relaciones positivas para las dos especies intervinientes: Se conocen bajo la denominación general de mutualismo con dos variantes: •

Simbiosis: Ambas especies se benefician, pero ya no pueden prácticamente vivir en forma independiente una de la otra. Ej: las bacterias RHIZOBIUM que viven en nódulos de las raíces de las leguminosas aprovechando las sustancias que esas plantas elaboran por fotosíntesis. Así mismo las bacterias fijan nitrógeno del aire y lo incorporan al suelo en forma de nitratos utilizables por las plantas. • Protocooperación. Ambas especies se benefician pero pueden vivir de manera independiente una de la otra aun cuando no exista esa relación. Ej: existen aves que se alimentan de insectos que viven sobre paquidermos como el rinoceronte o el búfalo aliviando sus molestias. Relaciones negativas para las dos especies intervinientes. • Competencia: los animales compiten por el alimento y por los nutrientes y la luz en el caso de los vegetalesRelaciones en que una especie se perjudica y la otra no. • Predación o depredación: un felino que mata y come a su víctima. • Parasitosis - 36 de 42 -

ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Relaciones en que una especie se beneficia y la otra es indiferente. • Comensalismo: existen organismos que se refugian en los orificios de las esponjas de marinas, donde además de refugiarse obtienen partículas que le sirven de alimento; resultando todo esto indiferente para la esponja marina. 1.10.2. Relaciones intraespecíficas -

Cuanto más limitados son el espacio o los recursos del medio, más intensa es la competencia entre individuos. Esta competencia intraespecífica provoca una reducción en las tasas de natalidad y un aumento en las de mortalidad, por lo que el crecimiento poblacional se ralentiza. A pesar de la competencia, la asociación de individuos de la misma especie con diferentes fines puede suponer un beneficio para ellos. Entre estas asociaciones podemos destacar: • Competencia: los animales o vegetales de una misma especie compiten por la supervivencia con la obtención de alimentos, luz, etc. • Agregación: en muchas especies de animales existe la tendencia a agruparse en manadas, rebaños y en sociedades más organizadas como sucede con las abejas, hormigas e incluso los seres humanos. -

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 1.11. BIODIVERSIDAD La diversidad de una comunidad biótica se relaciona con el número de especies que integran la comunidad, y las cantidades de individuos correspondientes a cada especie: es decir, está referida a:  

La riqueza o variedad de especies, que es el número de especies presentes, S La uniformidad o equidad, que indica la distribución más o menos uniforme del número de individuos N entre las especies, S.

Una comunidad que tiene N=100 individuos para S=10 especies, es de uniformidad máxima cuando hay aproximadamente 10 individuos para cada especie. Por el contrario, la uniformidad es mínima si hay 91 individuos de una especie y un único individuo para cada una de las especies restantes.

Índices de riqueza o variedad d = (S-1)/ log N d = S / √ N d = S * 1000

Índice de diversidad general de Shannon-Weaver

H =−∑pi ×log pi pi =

ni N

ni = número de individuos que corresponde a cada especie. Ejemplos gráficos A) Variación del índice de Shannon en la forma bentos luego de una descarga de contaminantes: B) Variación del índice de Shannon por aplicación de un insecticida, única aplicación que conserva tóxico unos diez días, sobre una población de artrópodos Indice de Simpson Is = Σ (ni / N)2

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Hábitat El hábitat de un organismo es el lugar donde desarrolla su vida y puede referirse a una especie animal o vegetal. También puede hablarse del hábitat de una comunidad. Se ha comparado al hábitat con el domicilio del organismo considerado (ODUM). Ejemplo: la especie SCIRPUS CALIFORNICUS; llamada vulgarmente “junco” en nuestro país vive en playas arenosas; ese es su hábitat. El carancho común (POLYBORUS PLANCUS) vive en campos y ambientes variados de todo el país, su hábitat es prácticamente casi todo el país. El carancho araucano (POLYBORUS ALBOGULARIS) vive en los bosques andinos del sud, ese es su hábitat. Nicho ecológico El nicho ecológico de una especie puede definirse como la función de esa especie en el ecosistema. Por ello, el nicho ecológico ha sido comparado con el “oficio” de esa especie en la comunidad. (ODUM 1972). El concepto de nicho ecológico puede ser considerado según distintas interpretaciones: • • •

nicho trófico nicho espacial nicho multidimensional

El nicho trófico considera la transformación de la energía que realiza la especie considerada, o sea la ubicación trófica en la cadena alimenticia.

Los factores limitantes Liebig enunció el principio de factores limitantes que dice: Del conjunto de nutrientes o condiciones que requieren los individuos de una determinada especie puede darse el caso que alguno de ellos esté en condiciones menores a las que requiere esa especie. Este actúa como factor limitante para el desarrollo normal de la vida de esa especie.

Por ejemplo: los organismos que viven en el agua requieren como mínimo de 4 a 5 mg de O2 disuelto para su vida; los vegetales requieren una determinada concentración de Nitrógeno normal de su vida. Posteriormente otro investigador Shelford enunció otro principio que complementa al anterior y que dice:

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 Del conjunto de nutrientes y condiciones que requieren los organismos para su vida normal no solo deben darse con determinados valores de acuerdo a lo que establece el principio de los valores limitantes sino que también tienen valores máximos que no deben superarse.

De la combinación de ambos principios un mínimo y un máximo, surge lo que se llama intervalo o rango de tolerancia. Por ejemplo: así como los vegetales requieren concentración mínima de N2 tampoco esa concentración debe superar un valor máximo porque también los puede enfermar y perjudicar.

Estos principios se pueden aplicar a concentración de nutrientes en los vegetales, a pH del suelo, a agua y suelo, etc. Sucesión etapa climax - Regresión Sucesión: La comunidad existente en un momento determinado es consecuencia de la interacción entre las comunidades precedentes y el medio físico, y a su vez prepara las condiciones para el advenimiento de las comunidades futuras. Pero esa evolución se detiene, es decir los cambios dejan de producirse cuando se llega a un equilibrio entre las comunidades y el medio físico, que es determinado por el CLIMAX.

Las sucesiones pueden ser primarias o secundarias. Una sucesión es primaria cuando se desarrolla en lugares donde no ha existido la vida con anterioridad, como puede ser sobre una superficie rocosa, o sobre arenas, o lavas, de reciente formación. Una sucesión es secundaria cuando tiene lugar en zonas donde las comunidades que existían fueron destruidas o alteradas, por ejemplo: bosques talados, o que sufrieron incendios, tierras de cultivo abandonadas, etc.

Desde otros puntos de vista, las sucesiones pueden ser autotróficas o heterotróficas. Una sucesión es autotrófica cuando el primer componente o nivel de la cadena o red alimenticia corresponde a organismos que fotosintetizan; ejemplo: los cultivos. En estos casos, la producción es mayor que la respiración de la comunidad.

Una sucesión es heterotrófica cuando se desarrolla sobre materia orgánica, que utilizan la cadena trófica, ejemplos: aguas contaminadas por materia orgánica, troncos o restos de vegetales en descomposición, etc.

Puede darse un ejemplo en forma esquemática de una sucesión, iniciada sobre superficies rocosas desnudas. Estas superficies constituyen el medio físico, y sobre ellas podrá instalarse una incipiente vegetación de líquenes. Esta comunidad podrá ser

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ECOLOGIA Y SANEAMIENTO 2015-2016 luego reemplazada por musgos, y a medida que la roca puede ir siendo alterada, las comunidades sucesivas podrán ser de hierbas o de plantas leñosas, desarrollándose el proceso en períodos de decenas o centenas de años (WEAVER y CLEMENSTS, 1944).Este ejemplo corresponde a una sucesión primaria de autotrófica.

Regresión: La regresión es un proceso que puede considerarse opuesto al de sucesión. Pero no exactamente, ya que mientras en la sucesión cada etapa está condicionada por los anteriores, y a su vez condiciona a la etapa siguiente, siguiendo un proceso de auto organización, en la regresión no sucede así. La regresión implica la desaparición de algunos o de muchos de los componentes del ecosistema, y significa una alteración del mismo drástica, de carácter catastrófico. La diversidad disminuye, semejándose la nueva estructura a etapas iniciales de una sucesión, con características de un ecosistema menos maduro (MARGALEF 1974).

Son ejemplos de regresión: el incendio de un bosque o de un pastizal natural, la eliminación de vegetación natural: bosques, praderas, etc. y en general toda la alteración o supresión de ecosistemas naturales por obra del ser humano para ser reemplazados por cultivos, ganadería o urbanización. Se trata siempre de un proceso rápido de características catastróficas.

1.12. LA CONTAMINACIÓN DESDE EL PUNTO DE VISTA ECOLÓGICO Desde el punto de vista ecológico, la contaminación significa una regresión del ecosistema afectado. Supóngase, la contaminación de un cuerpo de agua por importantes vertimientos de materia orgánica. La descomposición de la materia orgánica cambiará las condiciones existentes: •

Diminución del oxígeno disuelto

•

Aumento de sólidos disueltos o en suspensión

Como consecuencia de las nuevas condiciones creadas, desaparecen determinadas especies, por lo cual será menor la riqueza de las especies. También resultará alterada la uniformidad, pasando a predominar las especies existentes a las nuevas condiciones, en desmedro de otras que subsistirán con escaso número de individuos. Es decir, también la uniformidad sufrirá disminución. Como consecuencia la diversidad resultante será menor. El ecosistema en breve tiempo, ha pasado de una comunidad de una determinada diversidad a otra de diversidad inferior, son características estas de regresión. Es decir, que la contaminación, desde el punto de vista ecológico implica un proceso de regresión.

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