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PROGRAMA TEÓRICO DE LA ASIGNATURA (2 créditos)
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I.- EL CONTEXTO SISTÉMICO
1- LA ECOLOGÍA DE SISTEMAS. Ecología evolutiva y ecología sistémica. Revisión histórica de la ecología. El marco conceptual de la teoría ecológica. Holismo y reduccionismo. La obligatoria pluralidad. Propiedades emergentes.
2- LA TEORÍA DE SISTEMAS EN ECOLOGÍA. ¿Que es un sistema? Identificación y delimitación de sistemas. Componentes del sistema. Estructura y comportamiento del sistema. Evolución temporal de las variables: trayectorias tipo. Indicadores del comportamiento: Suficiencia, Eficiencia y Sostenibilidad. Jerarquía de sistemas: Estructuras verticales y horizontales. Niveles y medida de la complejidad.
3- EL CONCEPTO DE ECOSISTEMA. Historia de la ecología de sistemas: Tansley, Lindeman y la escuela trófico-dinámica. Componentes básicos del ecosistema. Controles sobre los procesos de los ecosistemas. Sistemas complejos jerarquizados. Cambios en los ecosistemas causados por el hombre.
4- EL ECOSISTEMA COMO ENTIDAD FÍSICA. Leyes de la física que gobiernan el ecosistema. La energía como unidad común de transferencia. Medida del valor energético de almacenes y flujos. Productores y consumidores. Los diagramas simbólicos de Odum. Calidad y concentración de la energía. Degradación de la materia. Sistemas disipativos y autoorganización. Energía endo y exosomática. Los pasos de la construcción: ¿Hay una 4ª ley de la termodinámica?
5- ANÁLISIS ENERGÉTICO DE LOS ECOSISTEMAS. El concepto de eficiencia energética. Eficiencias de asimilación, de producción neta y bruta. Calidad y concentración de la energía. Longitud de las cadenas tróficas. Comparación del análisis energético de: una sociedad cazadora y recolectora, una sociedad agrícola moderna, y una sociedad urbana.
6- ANÁLISIS DINÁMICO DEL ECOSISTEMA. Descripción dinámica versus estática. Relaciones de influencia simples. Diagramas causales. Bucles de realimentación o feed-back. Retardos. Estructuras en redes causales. Los Diagramas de Flujo de Forrester.
7- ANÁLISIS FUNCIONAL DEL SISTEMA. Factores externos y controles internos. Características del recurso y su aprovechamiento en el sistema: Recursos renovables y no renovables. Fuentes de suministro ilimitado y limitado. El equilibrio dinámico.
8- CONSTRUCCIÓN DE MODELOS DINÁMICOS. ¿Qué es un modelo? Razones para la utilización de modelos. Tipos de modelos. Fases en el proceso de construcción de un modelo: Programación, Calibración, Análisis de sensibilidad, Verificación y Validación. Simulaciones.
II.- EL ENTORNO DEL ECOSISTEMA
9- EL SISTEMA CLIMÁTICO TERRESTRE COMO FACTOR DETERMINANTE DE LA ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS. Balance energético terrestre. El sistema atmosférico: Composición, Estructura, Circulación atmosférica. Los océanos: Estructura y Circulación. Efectos del relieve y usos del suelo sobre el clima. Influencias de la vegetación sobre el clima. Variabilidad temporal del clima: Variabilidad interanual (El Niño y La Niña), variabilidad estacional y diaria. Influencias del clima sobre la distribución y estructura de los ecosistemas: Los biomas.
10- LOS SUELOS COMO FACTOR DE CONTROL DE LOS PROCESOS EN EL ECOSISTEMA. La formación de los suelos: La roca madre (material parental), clima, topografía, tiempo, y biota. Desarrollo de los perfiles del suelo. Propiedades del suelo y funcionamiento del ecosistema. La pérdida de suelo.
III.- LOS ECOSISTEMA Y SUS MECANISMOS
11- BALANCES DE AGUA Y ENERGÍA. Las propiedades del agua y su relación con los balances energéticos. Balance energético de la superficie terrestre: Radiación solar, Balance de radiación en el ecosistema, Repartición de energía, Intercambio estacional de energía. La entrada de agua al ecosistema. Movimientos del agua en el ecosistema. Pérdidas de agua por el ecosistema: Evaporación, Transpiración y Escorrentía.
12- LA PRODUCCIÓN PRIMARIA EN LOS ECOSISTEMAS TERRESTRES. Compartimentos y flujos de materia y energía. Biomasa y producción. Respiración de las plantas y renovación de tejidos. La producción primaria neta. Controles fisiológicos y ambientales de la PPN: Ciclos diurnos y estacionales. La distribución de la PPN frente a múltiples recursos. Distribución global de biomasa y PPN: Diferencias entre Biomas. Balance de carbono y producción neta en el ecosistema.
13- LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA. Cuantificación del crecimiento. Producción secundaria: Transferencia y disipación de energía. Cadenas tróficas. Pirámides tróficas. Eficiencias tróficas. Las redes tróficas. El metabolismo animal: Ley de Kleiber. Los Flujos de energía entre niveles tróficos. Eficiencias ecológicas. La alteración de redes tróficas.
14- LA DESCOMPOSICIÓN EN ECOSISTEMAS TERRESTRES. Reciclado de materia. El lavado y fragmentación de hojarasca. Los descomponedores: hongos, bacterias y animales del suelo. Variación temporal y espacial. Velocidad de la descomposición: Modelo de Olson. Factores que regulan su acción: temperatura, humedad, propiedades del suelo, cantidad y calidad del material. La materia orgánica del suelo. Descomposición a escala de ecosistema.
15- LOS ECOSISTEMAS ACUÁTICOS. Características de los ecosistemas. Océanos: Disponibilidad de carbono y luz. Disponibilidad de nutrientes. Ciclos de carbono y nutrientes. Lagos: Controles sobre la PPN. Ciclos de carbono y nutrientes. Ríos y Arroyos: Ciclos de carbono y nutrientes.
16- LA DINÁMICA TRÓFICA EN EL ECOSISTEMA. Sistemas tróficos basados en las plantas. Eficiencias ecológicas y cascadas tróficas. Patrones estacionales. Transferencia de nutrientes. Sistemas tróficos basados en los detritos. Redes integradas de alimentación. Mezcla de cadenas de alimentación basadas en plantas y detritos. Las influencias directas e indirectas en las redes tróficas. Matriz de conectividad y de alcanzabilidad. Longitud y cuantificación de los Efectos Indirectos
17- EFECTOS DE LAS COMUNIDADES SOBRE LOS PROCESOS DEL ECOSISTEMA. Efectos de las especies sobre los procesos del ecosistema. Efectos de las especies sobre los recursos: Aporte de recursos, Renovación de nutrientes, Estacionalidad en la captura de recursos. Efecto de las especies sobre el clima. Efectos sobre el régimen de alteraciones. Interacción entre especies y procesos del ecosistema. Efectos de la diversidad sobre los procesos.
IV- INTEGRACIÓN DE PROCESOS EN LOS ECOSISTEMAS
18- CICLOS GLOBALES E INTERACCIONES ANTRÓPICAS. Los ciclos biogeoquímicos: Flujos y reservas. El ciclo del carbono y el flujo de energía. El ciclo hidrológico. Ciclos de nutrientes en la biosfera: Nitrógeno, Fósforo y Azufre. Contaminación atmosférica y lluvia ácida. Cambio climático y desertificación
19- GESTION Y SOSTENIBILIDAD DE ECOSISTEMAS. Aplicación de los conceptos de la ecología a la gestión: Variabilidad natural, Resiliencia y Estabilidad. Aplicaciones del conocimiento del ecosistema a la gestión: Producción forestal, Pesquerias, Restauración y Recuperación de especies en peligro. Aproximación a la gestión integral de ecosistemas.
PRÁCTICAS DE ECOLOGÍA DE SISTEMAS Y MODELIZACIÓN (2.5 créditos)
1- Diagramas de flujo de Odum: Ecosistemas terrestres y acuáticos.
2- Diagramas causales: procesos en ecosistemas terrestres y acuáticos.
3- Cálculos de reservas y transferencias de energía en un ecosistema terrestre: El bosque de Hubbard Brook. Diagrama de flujos y causal.
4- Construcción de diagramas de Forrester e introducción al programa Stella. Aplicación al caso del bosque de Hubbard Brook.
5- Construcción de un modelo de simulación aplicado al bosque de Hubbard Brook. Evolución temporal del bosque y orugas.
6- Elaboración del diagrama de flujos y del modelo de simulación del sistema plantas-herbívoros-carnívoros en Doñana. Introducción de variables gráficas en los modelos.
7- Aplicación de modelos (Applet 12.1): Modelo general de compartimentos y flujos. Análisis de flujos de nutrientes entre compartimentos de un ecosistema acuático.
8- Aplicación de modelos (Applet 14.1): Circulación de nutrientes entre 4 compartimentos de ecosistemas terrestres.
9- Aplicación de modelos (Applet 14.2): Circulación de nutrientes entre compartimentos de ecosistemas acuáticos.
10- Aplicación de modelos (Applet 15.1 y 15.2): Cambios globales: El planeta de las margaritas y Ciclo del carbono.
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