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EL CONCEPTO DE AGROECOSISTEMAS
es un sitio de producción
U
agrícola, por ejemplo una granja, visto como
un ecosistema. El concepto de agroecosistema ofrece un marco de referencia para analizar sistemas de producción de alimentos en su totalidad,
incluyendo el complejo conjunto de entradas y salidas y las interacciones entre sus partes.
Debido a que el concepto de agroecosistema se
asa en principios ecológicos y en nuestro entendimiento de los ecosistemas naturales, el primer tema
de análisis en este capítulo es el ecosistema. Examinaremos los aspectos estructurales de los ecosistemas
—sus partes y las relaciones entre los mismos- posteriormente analizaremos las funciones de esas partes.
Así, los agroecosistemas serán comparados, estructural y funcionalmente, con sus contrapartes, los ecosistemas naturales.
Los principios y términos usados en este capítulo
son incluidos en la discusión de agroecosistemas en
todo el libro.
suelo, la luz y la temperatura, son los componentes
estructurales básicos del ecosistema.
n agroecosistema
Niveles de Organización
Los ecosistemas pueden examinarse en términos de
una composición jerárquica de sus partes, tal y como
el cuerpo humano puede examinarse a nivel de moléculas, células, tejidos, órganos, o sistema de órganos.
El nivel más simple es el individuo. El estudio de este nivel de organización se llama autoecología o ecofisiología, campo que se ocupa de estudiar cómo se
desenvuelve un individuo de una especie en respuesta a los factores ambientales, así como su tolerancia a
los factores ambientales de estrés que determinan
dónde podrá establecerse. Por ejemplo, las adaptaciones de la planta de plátano la restringen a los ambientes tropicales húmedos, con una serie de
condiciones específicas, mientras que la fresa está
adaptada a un ambiente mucho más templado.
El siguiente nivel de organización corresponde a
grupos de individuos de la misma especie, formando
así una población. El estudio de éstas es llamado ecología de poblaciones. Su entendimiento es importante para poder determinar y comprender los factores
que controlan el tamaño y crecimiento de las poblaciones, especialmente lo concerniente a la capacidad
del ambiente para soportar una población determinada a través del tiempo. Los agrónomos han aplicado los principios de la ecología de poblaciones para
determinar la densidad óptima de cultivo para obtener el rendimiento máximo, así como también para
determinar la distribución espacial más adecuada de
éstos en el campo.
En la naturaleza, las poblaciones de diferentes especies normalmente se encuentran mezcladas en el
LA ESTRUCTURA DE LOS ECOSISTEMAS
NATURALES
I; n ecosistema puede ser definido como un sistema
funcional de relaciones complementarias entre los
organismos vivos y su ambiente, delimitado por criterios arbitrarios, los cuales en espacio y tiempo parecen mantener un equilibrio dinámico. Así, un
ecosistema tiene partes físicas con relaciones particulares —la estructura del sistema- que en su conjunto
forman parte de procesos dinámicos —la función del
ecosistema.
Los factores bióticos son organismos vivos que interactúan con el ambiente y los factores abióticos,
componentes físicos y químicos del ambiente como el
17
18
espacio y el tiempo. Así, se crea el siguiente nivel de
organización, la comunidad. Una comunidad es un
conjunto de varias especies coexistiendo e interactuando juntas en un lugar específico. Un aspecto importante de este nivel es cómo la interacción de los
organismos afecta la distribución y la abundancia de
las diferentes especies que componen una comunidad. La competencia entre plantas en un sistema de
cultivo o la depredación de áfidos por sus enemigos
naturales, son ejemplos de interacción en un agroecosistema. El estudio del nivel de organización conocido como comunidad se denomina ecología de
comunidades.
El más global de los niveles de organización de un
ecosistema es el ecosistema en sí, el cual incluye todos los factores abióticos del ambiente en adición a
las comunidades de organismos presentes en un área
específica. Una intricada red de interacciones ocurre
dentro de la estructura de un ecosistema.
Esos cuatro niveles pueden ser aplicados directamente a los agroecosistemas, tal y como se muestra
en la Figura 2.1. A lo largo de este texto se harán referencias a esos niveles: plantas a nivel individual (nivel organismo), poblaciones del cultivo o de otras
especies, comunidades dentro de la granja y todo el
agroecosistema.
Una característica importante de los ecosistemas
es que en cada nivel de organización, hay propiedades que emergen y que no existen en el nivel anterior.
Esas propiedades emergentes son el resultado de la
interacción de las partes en cada nivel de organización del ecosistema. Por ejemplo, una población es
mucho más que el conjunto de individuos de la misma especie, tiene características que no pueden ser
entendidas en términos de cada organismo por sí mismo. En el contexto de un agroecosistema, este principio quiere decir en esencia, que una granja es mucho
más que la suma de las plantas. La sostenibilidad puede considerarse como la cualidad última que emerge
de un enfoque de ecosistema hacia la agricultura.
INTRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
El sistema agrícola en
el contexto de su cuenca
hidrológica.
Comunidad —^ —
Policultivo de plantas
lintercaladas, junto con
otros organismos.
Población
19911
P
P
P P F
Organismo
Monocultivo
Planta
individual
FIGURA 2.1
Niveles de organización de un ecosistema
aplicado a un agroecosistema. El diagrama podría
ser ampliado hasta incluir niveles de organización
regional, nacional y global, lo cual involucraría
aspectos de mercado, políticas agrícolas, incluso
cambio climático global. Si la expansión es en otro
sentido, podrían incluirse niveles de organización
celular, químico y atómico.
de la comunidad juega un papel importante en la determinación de la dinámica y la estabilidad de un ecosistema, es importante examinar con mayor detalle las
propiedades que surgen como resultado de las interacciones que ocurren en este nivel de organización.
Diversidad de Especies
En el sentido más simple, la diversidad de especies es
el número de especies presentes en una comunidad.
Algunas comunidades, como las de un estanque de
agua dulce, poseen gran diversidad, mientras que
otras comunidades tienen muy poca diversidad de
especies.
Propiedades Estructurales de las Comunidades
Una comunidad es el resultado de la adaptación de las
especies que la componen, a los gradientes de los factores abióticos ambientales y, por otro lado, es el resultado de las interacciones entre las poblaciones de las
especies que la componen. Debido a que la estructura
Dominancia y Abundancia Relativa
En cualquier comunidad, algunas especies son más
abundantes que otras. La especie que tiene el mayor
impacto sobre los componentes bióticos y abióticos
de la comunidad se considera la especie dominante.
E L CONCEPTO DE AGROECOSISTEMA
La dominancia puede ser el resultado de la abundan-
ca relativa de un organismo, su tamaño, su papel ecow:.pco. o cualquier combinación de estos factores. Por
e mplo. debido a que unos cuantos árboles en un jarpueden alterar dramáticamente la incidencia de
! hacia las otras especies, pueden ser considerados
_.:mo la especie dominante aún cuando no sea la más
onerosa. Frecuentemente, los ecosistemas naturales
llamados como su especie dominante. La comunitaki de pino-encino en el bosque de los altos de Chiaes un ejemplo de lo anterior.
IIhI 1111
Estructura de la Vegetación
I ys comunidades terrestres a menudo son caracteriz.das por la estructura de su vegetación. Esto se del:mina principalmente por la especie dominante y/o
la forma y abundancia de otras especies y su distribuItion espacial. Así, la estructura vegetal dispone de un
remponente vertical (un perfil con diferentes estrak 1 y otro componente horizontal (patrones de asorr.ación). Diferentes especies ocupan diferentes
c_p acios en esta estructura. Cuando las especies que
• mponen una estructura vegetal tienen una forma
similar de crecimiento, se usan nombres bastante ge-rales para su denominación (por ejemplo pastizales. selva, matorral).
19
dad, a las plantas se les conoce como productores primarios y se ubican en la base de la estructura trófica.
Fisiológicamente a las plantas se les conoce como organismos autótrofos, ya que pueden satisfacer sus necesidades energéticas sin consumir ningún otro
organismo.
La biomasa producida por las plantas puede ser
usada por otros organismos de la comunidad conocidos como consumidores. Este grupo incluye a los herbívoros, quienes convierten la biomasa vegetal en
biomasa animal, a los depredadores y parásitos, quienes se alimentan de los herbívoros y los parasitoides,
quienes se alimentan de preda dores y parásitos. Todos estos consumidores son clasificados como heterótrofos, debido a que sus necesidades alimenticias son
satisfechas al consumir otros organismos.
Cada nivel de consumo se considera como un nivel trófico. Las relaciones tróficas que suceden dentro de una comunidad pueden ser descritas como
cadena alimenticia o red alimenticia, dependiendo de
su complejidad. Como veremos más adelante, las relaciones tróficas pueden ser bastante complejas y su
entendimiento es de gran importancia y aplicación en
agroecosistemas, por ejemplo para el manejo de plagas y enfermedades.
.
Estructura Trófica
Cada una de las especies en una comunidad tiene nesidades nutricionales. La forma en que esas necesiL Jes se satisfacen en relación con otras especies,
&termina la estructura de las interrclaciones. Así se
t r-na la estructura trófica de una comunidad. Las
pian .as son la base de toda estructura trófica, por su
k bTiidad para capturar energía solar y convertirla
r.úiante la fotosíntesis en biomasa, la cual sirve de
▪ 11 nto para otras especies. Debido a esta propieCUADRO
Estabilidad
A través del tiempo, la diversidad de especies, la estructura dominante, la estructura vegetativa y la estructura trófica de una comunidad, permanecen
relativamente estables, aún cuando algunos individuos mueren o abandonen el área y el tamaño relativo de sus poblaciones cambie. En otras palabras, si
usted visita un área hoy y lo hace 20 años más tarde,
probablemente le parecerá relativamente igual en sus
aspectos básicos. Aún cuando algún tipo de perturbación -como fuego, inundación, etc- haya provocado la
muerte de varias especies de la comunidad, ésta even-
2.1 Niveles tróficos y su papel en una comunidad
Tipo de organismo
Papel trófico
Nivel trófico
Plantas
Productores
Primario
Clasificación fisiológica
Autotrófico
Herbívoros
Consumidor primario
Secundario
Heterotrófico
Depredadores y parásitos
Consumidores
secundarios o
mayores
Terciario y más alto
Heterotrófico
20
IrI TRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
tualmentc sc recuperará y volverá a tener una composición similar a la original, antes de la perturbación.
Debido a la habilidad de las comunidades para resistir cambios y regresar a un estado semejante al original cuando son perturbadas, se considera que las
comunidades y los ecosistemas de los que forman
parte, poseen la propiedad de estabilidad. La relativa
estabilidad de una comunidad depende en gran parte
del tipo de comunidad y la naturaleza de la perturbación. Los ecólogos no están en completo acuerdo si se
debe considerar que la estabilidad es una propiedad
inherente de la comunidad o de los ecosistemas.
FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS
NATURALES
El funcionamiento de los ecosistemas se refiere al
proceso dinámico que ocurre en su interior: el movimiento de materia y energía y las interacciones y relaciones de los organismos y materiales en el sistema.
Es importante entender estos procesos para abordar
el concepto de dinámica de ecosistemas, eficiencia,
productividad y desarrollo. Esto es especialmente importante en agroecosistemas ya que la función puede
marcar la diferencia entre el éxito o el fracaso de un
cultivo o de una práctica de manejo.
Los dos procesos fundamentales en cualquier ecosistema son el flujo de energía entre las partes y el ciclo de nutrimentos.
Flujo de Energía
Cada individuo en un ecosistema usa constantemente energía para llevar a cabo sus procesos fisiológicos,
por lo tanto, sus fuentes de energía deben ser continuamente renovadas. La energía en un ecosistema es
como la electricidad en una casa: fluye constantemente dentro del sistema a partir de fuentes externas, permitiendo así su funcionamiento. El flujo de energía
en un ecosistema está directamente relacionado con
su estructura trófica. Al examinar el flujo de energía,
el enfoque es hacia sus fuentes y su movimiento, más
que en la estructura por sí misma.
La energía que fluye dentro de un ecosistema es el
resultado de la captura de la energía solar por las
plantas, las productoras del sistema. Así, la energía se
mantiene almacenada en las estructuras químicas de
la biomasa que las plantas producen. Los ecosistemas varían en su capacidad de convertir la energía
solar en biomasa. Nosotros podemos medir la cantidad total de energía que las plantas han incorporado
(Calo)
Productores
Respiración
Herbívoros
Productividad
primaria neta
Descomposición
y residuos
Des
y rti -
Carnívoros
Biomasa de
descomponedores
y calor
■
(Calor)
Depredadores mayores
Biomasa de
descomponedores
y calor
(
Biomasa de
descomponedores
y calor
FIGURA 2.2
Flujo de energía en el ecosistema. El tamaño de cada caja representa la cantidad relativa de energía que fluye a
través de ese nivel trófico. En un ecosistema promedio, aproximadamente el 10% de la energía es transferida de un
nivel trófico a otro. Casi toda la energía que ingresa al sistema eventualmente se disipa en forma de calor.
EI. CONCEPTO DE AGROECOSISTEMA
al sistema en un momento determinado estimando el
peso de la biomasa de la cosecha en pie. También podemos medir la tasa de conversión de energía solar a
biomasa, este proceso se llama productividad primaria bruta, la cual se expresa usualmente en términos
de kcal/m 2 /año. Cuando la energía que usa la planta
para su propio mantenimiento se sustrae de la productividad primaria bruta, se obtiene la productividad primaria neta.
Los herbívoros (consumidores primarios) se alimentan de la biomasa vegetal y la convierten en biomasa animal, los depredadores y parásitos que se
alimentan de los herbívoros u otros consumidores
conforman el grupo de consumidores secundarios,
terciarios, etc., continuando así el proceso de conversión de biomasa en otros niveles tróficos. Sin embargo, solamente un pequeño porcentaje de la biomasa
de un nivel trófico se convierte en biomasa en el siguiente nivel trófico. Esto se debe a que gran cantidad de la energía consumida, hasta el 90%, es
utilizada para el funcionamiento del organismo en
cada nivel trófico. Adicionalmente, otra importante
cantidad de biomasa en cada uno de los niveles no es
consumida (y parte de la que es consumida no es digerida totalmente), esta biomasa en forma de materia
muerta y/o fecal es consumida eventualmente por los
organismos detritívoros y descomponedores. El proceso de descomposición libera en forma de calor mucha de la energía que fue utilizada en la formación de
la biomasa y la restante se incorpora al suelo como
materia orgánica.
La energía que abandona al ecosistema natural es
principalmente en forma de calor, generado en parte
por la respiración de los organismos de los diferentes
niveles tróficos y por la actividad de descomposición
de la biomasa. La cantidad total de energía que abandona el sistema usualmente es similar a la energía solar capturada en la biomasa de las plantas.
Ciclo de Nutrimentos
En adición a la energía, los organismos requieren entradas de materia para mantener sus funciones vitales. Esta materia — en forma de nutrimentos que
contienen una variedad de elementos y compuestos
cruciales — es usada para formar células, tejidos y las
complejas moléculas orgánicas que se requieren para
el funcionamiento de células y organismos.
21
El ciclo de nutrimentos en un ecosistema está conectado con el flujo de energía: la biomasa transferida de un nivel trófico a otro contiene tanto energía
como nutrimentos. La energía, sin embargo, fluye en
los ecosistemas en una sola dirección — sol, productores, consumidores, atmósfera. En contraste, los nutrimentos se mueven en ciclos — pasando de los
componentes bióticos a los abióticos y regresando a
los bióticos. Debido a que tanto los componentes bióticos como abióticos están involucrados en este proceso, estos se denominan ciclos biogeoquímicos.
Como un todo, los ciclos biogeoquímicos son complejos e interconectados, adicionalmente muchos ocurren a escala global, trascendiendo así los ecosistemas
individuales.
Muchos nutrimentos son reciclados en el ecosistema. Los nutrimentos más importantes son: carbón (C),
nitrógeno (N), oxígeno (0), fósforo, (P), azufre (S) y
agua. Con excepción del agua, cada uno de estos se conocen como macronutrimentos. Dependiendo del elemento y la estructura trófica del ecosistema, cada
nutrimento sigue una ruta específica; sin embargo, se
conoce la existencia de dos tipos básicos de ciclos biogeoquímicos. Para el carbono, el oxígeno y el nitrógeno, la atmósfera funciona como un banco de reserva
abiótico, de tal modo que podemos visualizar ciclos a
nivel global. Una molécula de dióxido de carbono exhalado por un organismo en un lugar cualquiera, puede ser incorporada en la biomasa de una planta
localizada en el lado opuesto del planeta.
Otros elementos son menos móviles y se reciclan
más localmente dentro de un ecosistema, por ejemplo
el fósforo, azufre, potasio, calcio (Ca) y la mayoría de
los micronutrimentos. Esto se debe principalmente a
que el suelo es su principal banco de reserva abiótica.
Estos nutrimentos son absorbidos por las raíces de
las plantas, almacenados por cierto tiempo en la biomasa y eventualmente, retornan al suelo por la actividad de los organismos descomponedores.
Algunos nutrimentos pueden existir en formas
que son fácilmente disponibles para los organismos.
El carbono es un ejemplo de lo anterior, ya que se
mueve fácilmente de su forma abiótica en la atmósfera, ejemplo CO', a la forma biótica, ejemplo carbohidratos en las plantas o animales durante su ciclo. El
tiempo de permanencia del carbono en la materia viva, muerta o como humus en el suelo varía mucho,
pero para ser reincorporado en forma de biomasa,
INTRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
22
FIGURA 2.3
El ciclo del carbono.
Fotosíntesis
Res, -ción
stión
Herbívoros
y sus
depredadores
Combustibles
fósiles
Res .ción
Plantas verdes
Descomposición
Residuos y Tejido muerto
tejid muerto
Carbonizficaci
Tejido muerto y
materia orgánica
no viva
Carbón() en el suelo
(materia orgánica)
FIGURA 2.4
El ciclo del nitrógeno.
—11( Nitrógeno Atmosférico (N 2 )
Intemperización
Fijación
biológica
Erutción
volcánica
Fugo
Denitrificacián
(Sedimento)
Organismos
mu tos y Organismos
muer is
resi uos
Absorción
Nitrógeno en el suelo
NH a -*NH 3 -*NH 2 -* NO, —>NO,
debe retornar a la atmósfera en forma de CO 2 . La Figura 2.3 muestra
en forma simplificada el ciclo del
carbono enfocado a sistemas terrestres y sin mostrar las reservas de este nutrimento en forma de rocas de
carbonato.
En la atmósfera, los nutrimentos
existen en formas poco disponibles
para ser utilizados, de modo que
deben convertirse en otras formas
antes de ser utilizados. Un ejemplo
es el nitrógeno atmosférico (N 2 ).
La conversión del N 2 a amonio
(NH 3 ) se logra mediante un proceso
de fijación biológica por microorganismos. Así se inicia el proceso que
convierte al N 2 en una forma disponible para las plantas. Una vez incorporado en la biomasa vegetal,
este nitrógeno fijado puede ser parte de la reserva del suelo y eventualmente, puede ser absorbido por
las plantas en forma de nitrato
(NO 3 ). En tanto que este nitrógeno
no abandone el sistema en forma de
gas como amonio u óxido de nitrógeno, este nutrimento puede ser reciclado dentro del ecosistema. La
importancia agroecológica de este
proceso se discute con más detalle
en el Capitulo 16.
Por otro lado, el fósforo no tiene
una forma gaseosa significativa. Este se incorpora lentamente al suelo
debido a la intemperización de ciertas rocas. Una vez en el suelo, puede ser absorbido por las plantas en
forma de fosfatos y formar parte de
la biomasa viva, o puede retornar al
suelo por la vía de excreciones o
descomposición de la biomasa. Este
ciclo que involucra a organismos y
suelo, tiende a ser muy localizado
en un ecosistema, excepto cuando
los fosfatos que no son absorbidos
tienden a lixiviarse, abandonan el
ecosistema, llegan al manto freático
E_ t CONCEPTO DE AGROECOSISTEMA
23
y terminan en el océano. Una vez en el océano. para que esa molécula de P pueda reciclarPlantas verdes
se puede ser del orden de tiempo geológico;
be aquí la importancia de mantener cl fósforo
Organ
en el ecosistema.
Organismos muertos
m ttos
i• tos
En adición a los macronutrimentos, otros
Desechos de y re'--'duos
Absorción
elementos químicos deben estar presentes y
actividades
disponibles en el ecosistema para que las planhura nas
tas puedan desarrollarse. Aún cuando estos elementos son requeridos en pequeñas cantidades,
Producción de
son de gran importancia para los organismos.
fertilizante
ización
Entre esos elementos considerados como micronutrimentos están el hierro (Fe), magnesio
Fósforo en sedimentos
rocas
Mg), manganeso (Mn), cobalto (Co), boro
del océano
Bo), zinc (Zn) y el molibdeno (Mo).
Procesos
Tanto los macro como los micronutrimengeológicos ""'"'
tos son absorbidos por los organismos y almaFIGURA 2.5
cenados en la biomasa viva o materia
El
Ciclo
del fósforo.
orgánica. En caso de que algún elemento en
particular se pierda o se remueva del sistema
en cantidades significativas, se puede convertir en un
El resultado de la interacción de una población
factor limitan te para el buen desarrollo de un orga- con otra depende de la serie de adaptaciones que canismo. Los componentes biológicos de cada sistema da especie posee. Cuando la adaptación es muy simis<■n importantes para determinar la eficiencia del mo- lar y los recursos son insuficientes para mantener
vimiento de los nutrimentos, un sistema eficiente mi- ambas poblaciones, entonces puede ocurrir compeauniza las pérdidas y maximiza el reciclaje. Esto es tencia. Una especie puede dominar a otra mediante
levante ya que la productividad del sistema puede la remoción de elementos sustanciales del ambiente.
estar directamente relacionada con la eficiencia en En otros casos, una especie puede adicionar sustanque los nutrimentos son reciclados.
cias al ambiente, modificando las condiciones existentes de modo tal que pueda establecer su dominio
en detrimento de otras especies. Algunas especies se
Mecanismos de Regulación de Poblaciones
han adaptado en una forma de coexistencia benéfica
El tamaño de las poblaciones y de los individuos que llamada mutualismo, donde los recursos son comparlas integran cambia regularmente, esto provoca fluc- tidos o repartidos (El Capítulo 15 discute la importuaciones dinámicas a través del tiempo. La demogra- tancia del mutualismo en los agroecosistemas). F?n
fía de cada población está en función de la tasa de ecosistemas naturales, la selección natural lograda a
nacimiento y mortalidad de la especie en cuestión, de través del tiempo tiene como resultado las estructula tasa de incremento o disminución y de la capacidad ras biológicas más complejas posibles dentro de los líde carga del ambiente donde vive. El tamaño de una mites establecidos por el ambiente; esto permite
población también depende de la relación que tenga tanto el establecimiento como el mantenimiento dicon otras poblaciones del ecosistema y con el am- námico de las poblaciones.
biente. Una especie con una tolerancia a un amplio
espectro de condiciones ambientales y de interacciones con otras especies será prácticamente común en Cambios en el Ecosistema
un área geográfica relativamente grande. En contras- Los ecosistemas se encuentran en un estado dinámite, aquellas especializadas a ciertas condiciones am- co de constantes cambios. Los organismos nacen, crebientales, serán especies de ubicación local o cen, se reproducen y mueren, la materia se recicla a
restringida.
través de los componentes del sistema, las poblacio-
INTRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
24
nes crecen y se reducen, el arreglo espacial de los organismos cambia con el tiempo. A pesar de esta dinámica interna, los ecosistemas son prácticamente
estables en lo que respecta a su estructura y función
general. Esto se debe en parte a la complejidad y a la
diversidad de las especies de los ecosistemas.
Uno de los aspectos de la estabilidad de los ecosistemas, tal y como se mencionó anteriormente para las
comunidades, es la habilidad de resistir cambios que
sean causados por perturbaciones y de recuperarse
después de éstas. El proceso de recuperación del ecosistema después de una perturbación, hasta llegar a
una forma similar a la original, se llama sucesión.
Cuando el ecosistema recuperado alcanza nuevamente una etapa muy similar a la original se dice que
está en el clímax. Si la perturbación no es severa o
frecuente, la estructura y función del ecosistema se
restablecerá aún cuando la comunidad dominante
sea ligeramente diferente.
Los ecosistemas no se desarrollan hasta alcanzar
un estado estático. Debido a las perturbaciones naturales, los ecosistemas se mantienen dinámicos y flexibles, hasta cierto punto resistente a factores de
perturbación. En general, la estabilidad del ecosistema combinada con los cambios dinámicos se refleja
en el concepto de equilibrio dinámico. Este concepto
tiene especial importancia en el caso de sistemas agrícolas, ya que permite un "balance" ecológico que se
basa en el uso sostenible de los
recursos y que puede ser "sostenido" a pesar de los cambios
Atmósfera y Lluvia
(perturbaciones) continuos en
la siembra, cultivo, cosecha, etc.
Comparación de Ecosistemas Naturales con
Agroecosistemas
Las Figuras 2.6 y 2.7 muestran diagramas que comparan un ecosistema con un agroecosistema. En ambas
figuras el flujo de energía se muestra con líneas continuas y el movimiento de nutrimentos se muestra
con lineas discontinuas. La comparación muestra que
hay diferencias en algunos aspectos claves.
1. Flujo de Energía
El flujo de energía en un agroecosistema es alterado significativamente por la interferencia humana. Las entradas al sistema provienen
principalmente de fuentes manufacturadas por el
ser humano, que a menudo no son sostenibles. De
este modo, los agroecosistemas se convierten en
sistemas abiertos debido a que una cantidad considerable de energía sale en cada cosecha, en lugar
de almacenarse en forma de biomasa y quedarse
dentro del sistema.
2. Ciclo de Nutrimentos
En la mayoría de los agroecosistemas el reciclaje
de nutrimentos es mínimo porque una cantidad
considerable abandona el sistema con la cosecha,
o debido a la pérdida por lixiviación o por erosión,
lo cual sucede en parte por la carencia de biomasa permanente en el sistema. La exposición del
Sol
4
Nutrientes
Alimmientor-^
Energía
I
AGROECOSISTEMAS
La manipulación y la alteración que el ser humano hace de
los ecosistemas con el propósito de producir alimentos, hace
que los agroecosistemas sean
muy diferentes a los ecosistemas naturales. Sin embargo, al
mismo tiempo es posible observar en los agroecosistemas
los procesos, la estructura y
otras características de un ecosistema natural.
I
I
I
Consumidores
carnívoros
t
FIGURA 2.6
Componentes funcionales de un ecosistema natural. Los componentes
señalados como "atmósfera y lluvia" y "sol" están siempre en el exterior de
cualquier sistema específico y se consideran proveedores de entradas esenciales.
EL CONCEPTO DE AGROECOSISTEMA
Sol
Atmósfera y
Lluvia
Insumos
aportados por
el hombre
FIGURA 2.7
I
Animales y productos
de origen animal
*
Pérdida
Descomponedores
4+ Pérdida
> Pérdida
./
Nutrientes
4-
Energía
Componentes funcionales en
un agroecosistema. Además de
las entradas naturales
provenientes de la atmósfera y del
sol, un agroecosistema tiene todo
un paquete de insumos aportados
por el hombre que provienen del
exterior del sistema. El
agroecosistema también tiene una
serie de salidas, en la Figura se les
llama "consumo y tnercados ".
Pérdida
suelo desnudo entre las plantas y entre ciclos de
cultivo, también induce la pérdida de nutrimentos
por lixiviación. Los agricultores actualmente
reemplazan los nutrimentos perdidos aplicando
fertilizantes.
3. Mecanismos de Regulación de Poblaciones
Debido a la simplificación del ambiente y la reducción de los niveles tróficos, las poblaciones de
plantas o de animales en los agroecosistemas raramente se autorregulan. Las poblaciones son reguladas por los insumos humanos en forma de
semillas o agentes de control de poblaciones, que
a menudo dependen de enormes subsidios de
energía. La diversidad biológica es reducida, la estructura trófica tiende a ser simplificada y muchos
nichos no son ocupados. El peligro del incremento de las poblaciones de plagas a niveles catastróficos está siempre presente a pesar de la intensa
interferencia humana para controlarlos.
4. Estabilidad
Debido a su reducida diversidad en estructura y
función los agroecosistemas son menos resistentes
a las perturbaciones que los ecosistemas naturales.
La atención casi exclusiva en la cosecha domina
cualquier "intento" de autoequilibrio, de modo
que el sistema solamente puede ser sostenido por
la actividad humana en forma de trabajo o de insumos externos.
El Cuadro 2.2 presenta un resumen de las diferencias ecológicas claves entre agroecosistemas y ecosistemas naturales.
A pesar de que existen marcadas diferencias entre
agroecosistemas y ecosistemas naturales, ambos sistemas existen como un continuo, uno junto al otro. En
una parte de este continuo podemos ubicar a ecosistemas que son totalmente naturales, sin influencia humana directa; por el otro lado, los agroecosistemas
varían dependiendo del nivel de influencia humana.
Mediante la aplicación de los conceptos ecológicos
presentados en este texto, los agroecosistemas pueden ser diseñados de manera similar a los ecosistemas naturales en términos de diversidad de especies,
ciclo de nutrimentos y heterogeneidad en el hábitat.
El Agroecosistema como Unidad de Análisis
Hasta ahora se ha descrito a los agroecosistemas desde el punto de vista conceptual, falta el aspecto de cómo son básicamente. Es decir, falta aclarar a qué nos
r
INTRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
26
2.2 Diferencias importantes de estructura y función entre agroecosistemas y
ecosistemas naturales
CUADRO
Productividad neta
Interacciones tróficas
Diversidad de especies
Diversidad genética
Ciclo de nutrimentos
Estabilidad (capacidad de
recuperación o resiliencia)
Control humano
Permanencia temporal
Heterogeneidad del hábitat
Ecosistema Natural
Agroecosistema
Media
Alta
Alta
Alta
Simple, linear
Baja
Baja
Cerrado
Abierto
Alta
Independiente
Larga
Complejo
Baja
Compleja
Dependiente
Corta
Simple
Adaptado de Odum (1969).
referimos cuando discutimos el manejo de un agroecosistema. El primer aspecto es sobre los límites en el
espacio. Sobre este aspecto, tal y como sucede con los
ecosistemas, los límites son designados arbitrariamente. En la práctica, sin embargo, los límites de un
agroecosistema son equivalentes a los de una granja,
finca, parcela, milpa, solar, etc., o bien, al de un conjunto de estas unidades.
Otro aspecto a considerar es la relación que existe entre un agroecosistema específico y su entorno
social y ambiental. Por su naturaleza, el agroecosistema está inmerso en ambos. Existe toda una red de
conexiones a partir de cada agroecosistema hacia la
sociedad humana y los ecosistemas naturales. Los
consumidores de café en Seattle están conectados
con los cafetaleros de Costa Rica, el ecosistema de
tundra en Siberia puede afectarse por aspectos que
alteran el cultivo convencional de maíz en los Estados Unidos. En términos prácticos, en un agroecosistema debemos distinguir entre qué es lo externo y
qué es lo interno. Esto es importante al analizar las
entradas al sistema en forma de insumos, porque debemos saber distinguir y conocer cuáles son los elementos internos del sistema. En este texto se asume y
usan los límites geográficos (explícitos o implícitos)
del agroecosistema como una forma para determinar
lo que es interno y lo que es externo. Los insumos que
son ingresados al sistema por el hombre se conocen
como insumos externos antropogénicos. Aún cuando
parece redundante decir insumos y externos, es importante mantener la frase para enfatizar que el origen es ajeno al agroecosistema. Los insumos
antropogénicos típicos son: plaguicidas, fertilizantes
inorgánicos, semillas híbridas, maquinaria y la gasolina, la mayoría del agua de irrigación y la fuerza laboral proveniente de personas ajenas al agroecosistema.
También hay entradas naturales, las más importantes
son: radiación solar, lluvia, viento, sedimentos depositados por inundación y propágulos de plantas.
A groecosistemas Sostenibles
El principal reto en el diseño de agroecosistemas sostenibles es obtener las características de un ecosistema natural y al mismo tiempo mantener una cosecha
deseable. Esta es una forma viable para alcanzar la
sostenibilidad del sistema. El flujo de energía puede
ser diseñado para depender menos de insumos no renovables, de modo que exista un balance entre la
energía que fluye dentro del sistema y la que abandona el sistema en forma de cosecha. El agricultor puede desarrollar y mantener ciclos de nutrimentos casi
cerrados dentro del sistema, de modo que los nutrimentos que salen del sistema en forma de cosecha
puedan ser reemplazados en una forma sostenible.
Los mecanismos de regulación de poblaciones pueden tener más éxito en un sistema, que como un todo
ofrece mayor resistencia a plagas y enfermedades, incrementando el número de hábitats y permitiendo la
presencia de enemigos naturales y antagonistas. Finalmente, un agroecosistema que incorpora las cualidades de un ecosistema natural como resistencia a
perturbaciones, estabilidad, productividad y balance,
proporcionará las condiciones que aseguran el equili-
EL CONCEPTO DE AGROECOSISTEMA
brio dinámico necesario para lograr un sistema sostenible. A medida que los insumos externos antropogénicos se reducen, se puede esperar un retorno a los
procesos ecológicos más naturales. Todos esos aspectos que permiten tener un agroecosistema sostenible
se discutirán con mayor detalle en los capítulos siguientes.
Ideas para Meditar
1. ¿Qué factores debemos considerar para el diseño
y manejo de sistemas agrícolas, de manera que los
procesos ecológicos en éstos sean similares a los
ecosistemas naturales?
2. Aparentemente para que la agricultura moderna
sea sostenible tiene que resolver el problema de
cómo reincorporar los nutrimentos al sistema para compensar la salida en forma de cosecha. ¿De
qué forma podemos lograr esto en nuestra propia
comunidad?
3. El concepto de estabilidad del ecosistema está
siendo muy discutido en ecología actualmente. Algunos ecólogos sostienen que ésta no existe debido a que hay perturbaciones y cambios constantes
e inevitables. Sin embargo, en agroecología se hace el esfuerzo por lograr la estabilidad en la estructura y función del agroecosistema. ¿Cómo es
que el concepto de estabilidad se aplica diferente
en ambos contextos, sistema natural y agroecosistema?
Lecturas Recomendadas
Altieri, M. A. 1995. Agroecology: The Science of Sustainable Agriculture. Second edition. Westview
Press: Boulder, Co.
Libro pionero sobre los fundamentos de agroecología, con énfasis en estudios de caso y sistemas agrícolas de diferentes partes del planeta.
Brewer, R.1993.The Science of Ecology. Second edition. W. B. Saunders:Philadelphia.
Un libro popular sobre los principios y conceptos de
ecología.
Carroll, C. R., J. H. Vandermeer, and P. M. Rosser
1990. Agreocology. McGraw-Hill: New York.
Una visión general que permite al lector introducirs.
en muchas de las principales corrientes de pensamien
to agroecológico en un contexto interdisciplinario.
Cox, G. W. and M. D. Atkins. 1979. Agricultural Ecology. W. H. Freeman: San Francisco.
Una obra seminal que enfatiza el impacto ecológico
de la agricultura así como la necesidad de un enfoque
ecológico para resolver los problemas que causa.
Daubenmire, R. E 1974. Plants and Environment.
Third edition. John Wiley and Sons: New York.
Obra pionera en el campo de la autoecología que enfatiza la relación entre la planta y los factores ambientales en los que se desarrolla.
Etherington, J. R. 1995. Environment and Plant Ecology. Third edition. John Wiley and Sons: New
York.
Una revisión actualizada y profunda en el campo de
la ecofisiología, desde la perspectiva de la planta.
Gliessman, S. R. 1990. Agroecology: Researching the
Ecological Bases for Sustainable Agriculture.
Ecological Studies Series # 78. Springer-Verlag:
New York.
Presenta diferentes enfoques de las investigaciones
sobre las bases ecológicas requeridas para el diseño y
manejo de agroecosistemas sostenibles.
Golley, E. B. 1993. A History of the Ecosystem Concept in Ecology. Yale University Press: New Haven, CT.
Una revisión fundamental sobre el desarrollo del
concepto de ecosistema y cómo ha sido aplicado como el centro en ecología.
Lowrance, R., B. R. Stinner, and G. J. House. 1984.
Agricultural Ecosystems: Unifying Concepts.
John Wiley and Sons: New York.
Un enfoque conceptual para la aplicación de conceptos ecológicos en el estudio de sistemas agrícolas.
28
Odum, E. P. 1997. Ecology: A Bridge Between Science and Society. Sinauer Associates: Sunderland,
MA.
Un texto que presenta los principios de la ecología
moderna relacionados con las amenazas a los sistemas que sostienen la vida en la Tierra.
Ricklefs, R. E. 1993. The Economy of Nature. Third
1NTRODUCCIÓN A LA AGROECOLOGÍA
edition. W.H. Freeman and Company: New York.
Un li bro muy completo de ecología para estudiantes
interesados en entender cómo funciona la naturaleza.
Smith, R. L. 1990. Elements of Ecology. Fourth edition. Harper & Row, Publishers: New York.
Un lib ro de texto para los estudiantes interesados en
biología y estudios ambientales.