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TEMA 10
ECOSISTEMAS
Y
SU DINÁMICA
VIRGINIA FERNÁNDEZ MONDÉJAR
Ecología
Ecosistema
Conjunto de seres vivos que habitan en un medio (biocenosis),
los factores físico-químicos de dicho medio (biotopo) y las
interacciones que se establecen entre ellos.
Estado de máximo equilibrio: Clímax.
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Niveles tróficos y cadenas alimentarias
Relación trófica
Mecanismo de transferencia
de materia y energía de unos
organismos a otros en forma
de alimento
Cadena alimentaria
Todo organismo ocupa una posición en dicha cadena que
denominamos nivel trófico.
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Producción primaria: productividad
El primer eslabón de una cadena alimentaria es siempre un
productor primario: plantas verdes y algas.
Ambas mediante la fotosíntesis captan energía solar y la
utilizan para sintetizar materia orgánica a partir de materia
inorgánica.
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Producción primaria: productividad
La masa de los organismos que constituyen los distintos
niveles tróficos del ecosistema es la biomasa.
La producción de un ecosistema es una medida de flujo
energético por unidad de área o volumen y unidad de
tiempo, es decir, es la cantidad de energía captada y
almacenada por los productores en un tiempo
determinado.
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Producción primaria: productividad
Productividad =
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛
.100
𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎
Producción =
𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
Tiempo de
renovación =
𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛
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Producción primaria: productividad
La mayor cantidad de biomasa de un ecosistema, y por tanto su
mayor producción, se dará cuando este comienza a
desarrollarse y disminuye a medida que adquiere estabilidad.
Hablamos entonces de producción primaria para referirnos a la
energía que es fijada por los productores.
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Producción primaria: productividad
La cantidad real de energía fijada por los productores
depende del equilibrio entre la intensidad a la que la
biomasa es producida (PPB, producción primaria bruta) y
la que consumen ( por respiración) para mantenerse los
seres vivos. La diferencia es la PPN ( producción primaria
neta).
PPN = PPB - respiración
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Producción secundaria
Todos los organismos de un ecosistema que no
son productores, son consumidores o
heterótrofos, es decir, necesitan y obtienen
sus nutrientes orgánicos a partir de los
productores.
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Producción secundaria: tipos de consumidores
• Descomponedores.
Transforman la
materia orgánica en
compuestos
inorgánicos mas
sencillos (bacterias).
Consumidores
primarios:
herbívoros .
Omnívoros.
Son
consumidores
de vegetales y
animales.
Consumidores
secundarios.
Son
carnívoros, se
alimentan de
los
consumidores
primarios.
Consumidores
terciarios.
Son
carnívoros.
• Detritívoros. Animales
que viven de organismos
muertos y restos de
organismos vivos.
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Producción secundaria
Los herbívoros sirven de alimento a otros animales, luego
la cantidad de materia y energía que se asimila es
superior a la respiración, se habla de producción
secundaria, y es una pequeña fracción de la producción
primaria.
Y sucesivamente, a medida que avanza a niveles tróficos
superiores, la cantidad e energía que fluye es una
fracción de la del nivel trófico inferior.
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Cadenas y redes tróficas.
En el funcionamiento de los ecosistemas naturales no existe
desperdicio alguno; todo organismo es fuente potencial de
alimento para otro organismo y estas relaciones constituyen
una cadena alimentaria.
Estas cadenas no son tan simples, sino que la mayoría de los
consumidores se alimentan de dos o más organismos y, a su
vez, sirven de alimento para varios consumidores, formando
unas complejas relaciones tróficas que se denominan redes
alimentarias
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Regla del 10%
De la energía disponible en un determinado nivel trófico, solo
el 10% es utilizada en la síntesis neta de nueva materia
orgánica en el nivel siguiente, el resto se consume en
respiración, reproducción y excrementos.
Esta energía se pierde en forma de calor y deja de ser
utilizable. Por tanto, a mayor número de niveles tróficos en
una red alimentaria, mayor es la pérdida de energía.
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Eficiencia ecológica: pirámides de
número, biomasa y energía.
Eficiencia: es la cantidad de energía asimilada por los
organismos productores en forma de biomasa, que es
aprovechada o asimilada por los organismos de niveles
superiores ( consumidores).
La cantidad de energía asimilada se representa en esquemas
denominados pirámides ecológicas.
Las pirámides pueden ser de: números ( nº de individuos), de
biomasa (peso seco del nivel o nº de calorías) o de energía
(representan la productividad de cada nivel).
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Pirámides de número.
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Pirámides de biomasa.
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Pirámides de energía.
19
http://www.youtube.com/watch?v=JcabHl5Qc9U
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2. Obtención y transformación
de materia y energía en los
ecosistemas.
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La vida en la Tierra depende de dos procesos:
 Un flujo de energía entre todos los componentes del
ecosistema.
 Ciclos de la materia, que se desplazan desde un medio
abiótico hacia los organismos vivos, regresando al
medio abiótico.
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Flujos de energía.
El sol es la fuente de energía que sostiene la vida en la tierra.
Del total de energía que llega a la tierra solo el 0,2 % es
capturada por la plantas verdes y algunas bacterias y
transformada en materia orgánica por la fotosíntesis.
La Energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Esta transformación va a ser en formas de energía con mayor
entropía, el calor, que se disipa y sale del ecosistema.
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Ciclos de la materia. Ciclos biogeoquímicos
La energía sigue una dirección única a través de un
ecosistema.
Las sustancias inorgánicas experimentan ciclos que son
activados, directa o indirectamente, por la energía
proveniente del sol.
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Ciclo del oxígeno.
En el aire existe un 21% de oxígeno que procede de la
fotosíntesis.
Este oxígeno sigue tres caminos:
oxidación de ciertos minerales.
utilización por los animales para la respiración.
oxidación de materia orgánica.
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Ciclo del carbono.
El carbono es el principal
elemento constituyente
de la materia orgánica,
que es incorporado por
medio del 𝐶𝑂2 .
Los productores
absorben el 𝐶𝑂2 que se
encuentra en la
atmósfera o en el
agua.
Usan la energía luminosa
para fijar el carbono
inorgánico (por medio de la
fotosíntesis) en
compuestos orgánicos.
Volviendo el 𝐶𝑂2
a la atmósfera o
al agua.
Estos compuestos
orgánicos son
degradados por
los organismos que
realizan la
respiración
aeróbica.
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ATMÓSFERA E HIDROSFERA
CO2
Fotosíntesis
Respiració
n
Respiración
Descomposició
n bacteriana de
cadáveres
Combustione
s de
carbones y
petróleo
PLANTAS VERDES
Carbono orgánico
(glúcidos, lípidos, prótidos)
ANIMALES
Carbono orgánico
(glúcidos, lípidos, prótidos)
Cadáveres
Carbones y petróleo
SUELO
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Ciclo del nitrógeno.
El nitrógeno se encuentra en la troposfera en una proporción
del 78%, sin embargo no puede ser utilizado directamente.
Se debe convertir en otras formas útiles para las plantas
mediante un complejo proceso denominado fijación del
nitrógeno.
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Ciclo del nitrógeno.
Algunas bacterias reducen
el 𝑁2 atmosférico formando
𝑁𝐻3 , y otras lo acumulan.
El amoníaco fijado es
transformado por otro
grupo de bacterias que lo
oxidan a 𝑁𝑂2 (nitrosación)
EL ion nitrito se oxida a
nitrato (nitración).
Las bacterias
desnitrificantes liberan el
𝑁2 a la atmósfera.
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ATMÓSFERA
N2
Bacterias
desnitrifican
tes
PLANTAS
Nitrógeno orgánico
(proteínas)
ANIMALES
Nitrógeno orgánico
(proteínas)
Descag
as
eléctric
as
Fijación por
quimiosín
tesis
Fotosínte
sis
del
nitrógen
o
NO3 NO2 NH3
Bacterias nitrificantes
SUELO
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Ciclo del fósforo.
El fósforo liberado de los depósitos de fosfato de las rocas
por procesos de meteorización es disuelto en el agua del suelo,
de donde es tomado por las raíces de los vegetales y de estos
pasa al resto de la cadena alimentaria. Cuando estos seres
vivos mueren son descompuestos por la acción de los
descomponedores, liberándose el fósforo.
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Ciclo del fósforo.
Los restos de animales ricos en fósforo también llegan al mar,
de donde pasan a los peces y de estos a las aves acuáticas, las
cuales depositan sus excrementos en las costas, formándose
depósitos de guano (abono).
El resto del fósforo queda depositado en los sedimentos
marinos.
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PLANTAS
Compuestos orgánicos
ATP
ANIMALES
Compuestos orgánicos
ATP
Esqueletos
MARES POCO PROFUNDOS
PECES
AVES PRODUCTORAS DE GUANO
SUELO
Mineral apatito
Depósitos de guano usados como abono
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Ciclo del azufre.
Las bacterias (aerobias o
anaerobias) descomponen
los restos animales y
vegetales transformando
el 𝐻2 S en ion sulfato
Parte del 𝐻2 S del
medio quedará
temporalmente
inmovilizado al ser
fijado en rocas
sedimentarias.
Entra en la
atmósfera
desde
fuentes
naturales
Las sulfobacterias
quimiosintéticas oxidan
𝐻2 S para obtener energía
y liberan ion sulfato que
podrá ser utilizado
nuevamente.
El 𝐻2 S del suelo
es transformado
en S por las
bacterias en la
fotosíntesis
anoxigénica.
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3. Mecanismos de
autorregulación del ecosistema.
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 Los seres vivos que habitan en un medio están
continuamente sometidos a una serie de factores
ambientales o factores abióticos (climáticos o no
climáticos). No dependen de la densidad de población.
 Factores bióticos: factores dependientes de
relaciones intraespecíficas (población) y relaciones
interespecíficas (comunidad). Dependen de la densidad
de población.
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Factores abióticos.
Límites de tolerancia
límites máximos y mínimos de
los factores ambientales que toleran los organismos.
El factor ambiental que sobrepasa la amplitud de estos límites
se considera un factor limitante, pues impide el normal
desarrollo del organismo.
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Factores abióticos.
Atendiendo al margen de tolerancia que una especie presenta
respecto a los cambios de determinados factores abióticos del
medio, podemos distinguir dos tipos de organismos:
 Especies <<esteno>>: con un estrecho margen de tolerancia
para un factor determinado. Ej: organismos higrófilos.
 Especies <<euri>>: con un amplio margen de tolerancia.
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Factores bióticos.
Población
seres vivos que pertenecen a la misma
especie y desarrollan una serie de relaciones intraespecíficas
que originan una dinámica de poblaciones.
Comunidad
poblaciones de diferentes especies que
habitan un área determinada y mantienen relaciones
interespecíficas, ocasionando una dinámica de comunidades.
Nicho ecológico
condiciones físico-químicas y
biológicas que necesita una especie para vivir en un hábitat
determinado.
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Factores bióticos.
Según el nicho ecológico se pueden distinguir:
 Especialistas: viven en un nicho reducido. Son estrategas de
la K; ocupan biotopos poco cambiantes, por lo que mantienen
el máximo número de individuos que admite la población y
generalmente tienen pocos descendientes. Responden
eficazmente cuando las condiciones del medio le son
propicias, pero no se adaptan fácilmente a los cambios del
medio.
 Generalistas: especies de nicho ecológico amplio. Son
estrategas de la R, presentan pocas exigencias frente a los
factores ambientales, se adaptan rápidamente a las
condiciones del medio y su abundancia es mayor.
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Factores bióticos.
Todos estos organismos interaccionan entre sí y con los
factores del medio tendiendo a equilibrarse; sin embargo,
cuando las condiciones del medio cambian, también cambian los
seres vivos que lo habitan; se inicia así la llamada sucesión
ecológica.
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Dinámica de poblaciones.
Una población se define como un conjunto de individuos de la
misma especie que ocupa un área geográfica determinada en un
momento dado y cuyos integrantes pueden, potencialmente,
reproducirse entre sí.
Entre los individuos de la misma especie se establecen
relaciones denominadas intraespecíficas, de las cuales derivan
una serie de consecuencias:
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Dinámica de poblaciones.
Favorables: protección frente a factores desfavorables del
ambiente, mayor facilidad para reproducirse...
Desfavorables: competencia por los recursos, disminución de
la multiplicación y la supervivencia, territorialidad.
El tamaño de una población puede variar por: tasa de
natalidad, mortalidad y migración.
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Crecimiento de una población.
Potencial biótico: crecimiento teórico , máximo, cuando el
número de nacimientos coincide con la natalidad potencial y el
número de muertes con la mortalidad potencial.
Resistencia ambiental: Factores ambientales desfavorables
que frenan el potencial biótico de a población.
Crecimiento efectivo: relación entre la natalidad y la
mortalidad reales.
Tasa de crecimiento: dN /dT=r.N r: aumento de la población
por individuo y por unidad de tiempo N: número de individuos
de la población
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Dinámica de comunidades.
Una comunidad es un conjunto de poblaciones de diferentes
especies se presentan juntas en el espacio y en el tiempo y que
interaccionan entre sí.
Las comunidades son entidades con características propias y
diferentes de las que cada componente, cada población, tiene
independientemente.
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Dinámica de comunidades.
Una comunidad se puede caracterizar estudiando su
composición y sus límites.
 Composición: consiste en hacer un recuento de las especies
que forman parte de dicha comunidad.
 Límites: no presentan claros y estrictos. Aparecen unas
zonas de transición que se denominan ecotonos.
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Dinámica de comunidades.
Relaciones Interespecíficas
 Nicho fundamental: cuando es ocupado por una especie sola,
sin especies competidoras.
 Nicho efectivo: condiciones en las que un organismo puede
vivir en presencia de otros competidores.
 Competencia interespecífica: cuando hay partes del nicho
fundamental de una especie en las que ya no puede
sobrevivir y reproducirse con éxito.
 Principio de exclusión competidora: si dos especies
competidoras coexisten en un ambiente estable, lo hacen
como diferenciación de sus nichos efectivos. Si no existiese
dicha diferenciación una especie eliminaría a la otra.
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Relaciones Interespecíficas.
Simbiosis
Mutualismo
(+,+)
(+,+)
Comensalismo
(+,0)
Parasitismo
Competencia
Depredación
(+,-)
(-,-)
(+,-)
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o Simbiosis: obtienen beneficio mutuo ambas especies y una
especia no puede vivir sin la otra (hongo y alga).
o Mutualismo: ambas especies obtienen beneficio mutuo de
forma temporal, pero no depende de ella para sobrevivir
(abeja y flor).
o Parasitismo: un ser vivo obtiene alimento de otro al que
perjudica, pero sin causarle la muerte inmediata.
o Depredación: un ser vivo se alimenta de otro al que mata.
o Competencia: ambas especies luchan por conseguir un mismo
recurso, por lo que ambas pierden energía y se ven
perjudicadas. Aún así, lo normal es que una sea más eficaz
que otra y acabe desplazando a la otra especie.
o Comensalismo: una especie se alimenta con los restos de
comida de otro que permanece indiferente (bacterias
intestinales).
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El ecosistema en el tiempo: sucesiones.
Fluctuaciones y ritmos
cuando los cambios en el número
de especies son periódicos o cíclicos y el ecosistema vuelve a
sus condiciones iniciales.
Tendencia hacia la adquisición de una serie de estados
sucesivamente más estables
sucesión.
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Tipos de sucesiones.
Alogénicas: cuando las sustituciones seriales de las especies
ocurren como resultado de los cambios geológicos, físicos y/o
químicos externos.
Autogénicas: sucesiones que se producen en terrenos que
acaban de quedar al descubierto y en ausencia de influencias
abióticas gradualmente cambiantes.
 Sucesiones primarias: son las que se desarrollan a partir de un
terreno desnudo.
 Sucesiones secundarias: se producen cuando la vegetación de
una zona ha sido eliminada de forma total o parcial, pero
conservándose un suelo bien desarrollado con un buen número
de semillas y esporas.
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Características comunes de las sucesiones.
Aumento progresivo de la diversidad de especies.
Aumento de la complejidad estructural.
Incremento total de la biomasa.
Tendencia hacia la estabilidad metabólica.
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4. La biosfera como gran
ecosistema.
Biomas.
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La biosfera es la parte de la tierra en la que existe la vida. Se
extiende entre los 8-10 km, tanto en altura como en el fondo
del mar.
Los dos requisitos para la presencia de organismos vivos sobre
nuestro planeta son:
 Una fuente de energía, el Sol o energía geotérmica.
 Una temperatura que permita la presencia de agua líquida.
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Biomas: conjuntos de comunidades ecológicas características,
relativamente uniformes, que se extienden por una extensa
zona geográfica, caracterizada, entre otros factores, por
presentar unas condiciones ambientales similares.
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Biomas terrestres.
oDesierto
oBosque mediterráneo
oPradera
oBosque Tropical
oBosque caducifolio
oTaiga
oTundra
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Biomas terrestres: desierto.
Escasas precipitaciones; plantas xerófilas y camellos,
dromedarios…
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Biomas terrestres: bosque mediterráneo.
Lluvias escasas y temperaturas suaves en invierno y altas en
verano; alcornoques, encinas; pequeños roedores, insectos…
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Biomas terrestres: pradera.
Pluviosidad media con estación seca; gramíneas y otras
herbáceas; bisonte, liebres…
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Biomas terrestres: bosque tropical o pluvisilva.
Regiones tropicales de gran pluviosidad y temperatura elevada;
árboles perennifolios y heliófilos, hierbas, arbustos…; tucanes,
marsupiales, anaconda…
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Biomas terrestres: bosque caducifolio.
Zonas templadas con precipitación moderada y repartida;
bosques de hayas, robles y castaños; zorro, oso, ardilla…
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Biomas terrestres: taiga.
Temperaturas medias bajas y escasas precipitaciones;
coníferas; liebre ártica, tigre siberiano, lince y lobo.
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Biomas terrestres: tundra.
Temperaturas medias bajas, precipitaciones escasas, suelo
helado casi todo el año; juncos, musgos y líquenes; reno, oso
polar…
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Biomas acuáticos.
En el medio acuático se diferencian el ambiente marino y el de
agua dulce, pero en todos ellos aparece una serie de
organismos que se diferencian en cuatro comunidades:
 Bentos: comunidad acuática formada por los animales y plantas que
viven fijos sobre los fondos marinos o aguas continentales.
 Plancton: comunidad acuática formada por animales vegetales o
bacterias que viven en suspensión en las aguas naturales.
 Necton: comunidad acuática formada por seres vivos que nadan y
se desplazan libremente.
 Neuston: conjuntos de seres vivos que viven en la interfase aguaaire.
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Biomas acuáticos: ecosistemas dulceacuícolas.
Formados por aguas continentales, donde se distinguen:
 Ambientes lóticos: son ecosistemas de aguas corrientes; por
tanto con un considerable intercambio con la tierra y
oxígeno abundante.
Ambientes lénticos: típicos de lagos y aguas quietas. Se
distinguen tres zonas:
• Zona litoral: aguas someras que albergan una gran variedad de
especies.
• Zona limnética: aguas superficiales alejadas del borde donde
aparecen crustáceos, diatomeas…
• Zona profunda: caracterizada por la poca luz y baja concentración
de oxígeno.
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Biomas acuáticos: ecosistemas de interfase y marinos.
Los estuarios y marismas son zonas donde el agua del mar se
mezcla con el agua dulce proveniente de los continentes,
provocando grandes variaciones de salinidad. Las especies son
pocas pero adaptadas a estos cambios.
Los mares y océanos presentan una gran variedad de
ambientes, caracterizados por los diferentes factores del
medio: luz, temperatura y presión.
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