4 aula EGA - Ciclos Biogeoquimicos

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OS CAMINHOS DOS 
ELEMENTOS NO 
ECOSSISTEMA 
Profa. Dra. Verônica Oliveira Vianna 
Ecologia e Gestão Ambiental 
Curso de Zootecnia – UEPG 
 
 
CICLO DA ÁGUA 
• A MAIOR PARTE DO FLUXO DE ÁGUA 
ATRAVÉS DOS ECOSSISTEMAS 
ACONTECE PELOS PROCESSOS 
FÍSICOS DE EVAPORAÇÃO, 
TRANSPIRAÇÃO E PRECIPITAÇÃO. 
 
 
O HOMEM AFETA O CICLO DA 
ÁGUA DE DUAS FORMAS 
- QUALITATIVAMENTE 
QUANTITATIVAMENTE 
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS 
1. CICLO DO NITROGÊNIO 
• O grande reservatório de N2 é a atmosfera 
terrestre. Composta de 78% de N2, a maioria 
dos seres vivos não tem capacidade de usar 
diretamente o N2 atmosférico para fazer aa e 
outros compostos orgânicos. 
• O N2 no solo não é tão abundante como o 
gasoso, devido a essa escassez o N2 
normalmente é o principal fator limitante do 
crescimento vegetal. 
 Os três principais estágios desse ciclo são 
• 1 – AMONIFICAÇÃO; 
 
• 2 – NITRIFICAÇÃO; e 
 
• 3 – ASSIMILAÇÃO. 
PROCESSO DE AMONIFICAÇÃO 
• Bactérias saprófita e fungos (decomositores) 
quebram rapidamente compostos nitrogenados 
 N resultante é incorporados por esses 
microrganismos e o excesso é liberado em 
forma de íon AMÔNIO (NH4
+) – processo de 
AMONIFICAÇÃO ou mineralização do 
nitrogênio. 
• Em meio alcalino, o N2 pode ser convertido no 
Gás Amônia (NH3)  ocorrência natural 
durante a decomposição de grandes 
quantidades de material rico em N2, como um 
acúmulo de esterco ou adubo composto em 
contato com a atmosfera. 
Processo de AMONIFICAÇÃO 
• No solo, a amônia é dissolvida na água, onde 
se combina com prótons para formar o íon 
amônio (NH4
+). Plantas que crescem neste 
solo são capazes de absorver o NH4
+ e usá-lo 
na síntese de proteína vegetal. 
 
• Bactérias no solo são capazes de oxidar o íon 
amônio (NH4
+)  NITRIFICAÇÃO. 
 
• Esses organismos são conhecidos como 
AUTOTROFOS QUIMIOSSINTETIZANTES. 
 
PROCESSO DE NITRIFICAÇÃO 
• As bactérias quimiossitentizantes e 
nitrificantes NITROSSOMAS realizam esta 
reação: 
 2 NH4
+ + 3 O2  2 NO2
- + 4 H+ + 2 H2O 
 ÍON AMÔNIO 
 
• NO2 = NITRITO, TÓXICO para as plantas e 
raramente acumula no solo. 
Nitrito 
• NITROBACTER = Gênero de bactérias que 
oxida o NITRITO formando o NITRATO (NO3
-). 
 
2 NO2 + O2  2 NO3
- 
 NITRATO 
 
 
 O nitrato é a forma pela qual a planta absorve 
quase todo o N2. A NITRIFICAÇÃO é 
fortemente favorecida pelas práticas de aração, 
que oxigenam o solo 
NITRITO 
• A maioria dos fertilizantes nitrogenados usados 
comercialmente contêm tanto íons amônio 
(NH4
+) , quanto uréia, a qual libera NH4
+ nos 
solos e estes são convertidos em NITRATO 
(NO3
-) pelo processo de NITRIFICAÇÃO. 
DESNITRIFICAÇÃO 
• É a principal perda de NO2 (nitrito) no sistema 
solo-planta. É um processo anaeróbico no qual 
o NO3-
 (nitrato) é reduzido a formas voláteis de 
nitrogênio como nitrogênio gasoso (N2) e o 
óxido de nitrogênio (N2O)  atmosfera. 
 
• O nitrogênio também é perdido em um 
ecossistema devido à remoção de plantas 
(colheita), à erosão, à destruição de cobertura 
vegetal pelo fogo e à lixiviação. 
 
 
FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO ou 
ASSIMILAÇÃO 
• É o processo pelo qual o N2 atmosférico é 
reduzido a NH4+ e assim fica disponível para 
ser transferido para composto contendo C, a 
fim de produzir aa e outras substâncias 
orgânicas contendo N. Este processo só pode 
ser executado por certas bactérias. Todas as 
bactérias têm em comum a enzima 
NITOGENASE. 
• Também utiliza grande quantidade de ATP 
como fonte de energia. 
• As bactérias fixadoras de N podem ser 
classificadas de acordo com o seu modo de 
nutrição: 
• vida livre = não simbióticas; e 
• as que vivem com associação simbiótica. 
ASSIMILAÇÃO DE NITROGÊNIO 
• A assimilação do N inorgânico (nitrato e 
amônio) em compostos orgânicos é um dos 
processos mais importantes na BIOSFERA, 
quase que equivalente a fotossíntese e a 
respiração. 
 
• Dentro da célula o nitrato é reduzido a amônio, 
que é rapidamente incorporado em compostos 
orgânicos pela rota da GLUTAMINA 
SINTETASE-GLUTAMATO SINTETASE. 
NITROGÊNIO NA ÁGUA 
• Principais fontes de N na água: 
 chuva; matéria orgânica (MO) e matéria 
inorgânica (MI) de origem de fora do 
sistema; fixação do molecular dentro do 
próprio sistema (cianofícias e bactérias). 
2. CICLO DO FÓSFORO 
• Difere do ciclo do nitrogênio pelo fato da crosta 
terrestre ser seu reservatório primário, em vez 
da atmosfera. Além de depender menos de 
microrganismos específicos e ser mais simples. 
 
• Intemperismo das rochas = a maior fonte de 
fósforo presente na solução do solo. 
Comparada com o N a quantidade de fósforo 
requerida pelas plantas é relativamente 
pequena. 
 
• Por que o fósforo é LIMITANTE do crescimento 
vegetal? 
 
 
• As plantas assimilam fósforo como íon fosfato 
(PO4
3-) diretamente do solo ou da água e o 
incorpora na forma de vários compostos 
orgânicos na forma de ésteres de fosfato. Os 
animais eliminam excesso de fósforo orgânico 
em suas dietas excretando sais de fósforo na 
sua urina; bactérias fosfatizantes também 
convertem fósforo orgânico dos detritos em íon 
fosfato. 
 
• O fósforo só entra na atmosfera na forma de 
poeira; desta forma o ciclo do fósforo envolve 
somente os compartimentos de do solo e 
aquático dos ecossistemas. 
 
• A acidez do ambiente afeta a disponibilidade de 
fósforo no solo, e consequentemente a sua 
assimilação pelas plantas. 
• pH  = fósforo ligado fortemente as partículas 
de argila do solo e forma compostos 
relativamente insolúveis com férrico e alumínio. 
 
• pH  = forma-se outros compostos insolúveis 
com o cálcio. 
 
• Maior disponibilidade do fósforo pH entre 6 e 7. 
Processo de eutrofização 
- Um lago ou um rio eutrofizado, em um primeiro momento, 
apresenta uma elevada proliferação de fitoplâncton, com 
conseqüente incremento na produção de matéria orgânica. 
-As algas que compõem o fitoplâncton possuem um ciclo curto 
de vida; assim, uma grande quantidade de algas morrem em um 
espaço de tempo muito curto. Esse material orgânico 
proveniente das algas mortas provoca o crescimento de 
organismos decompositores aeróbios, que, ao realizarem a 
decomposição, consomem todo o oxigênio dissolvido na água. 
-Esse consumo provoca a morte de todos os seres aeróbios, 
peixes, por exemplo, contribuindo ainda mais para o aumento da 
quantidade de matéria orgânica a ser decomposta. Como não 
há mais oxigênio, os organismos decompositores que se 
desenvolvem são anaeróbios, que lançam uma quantidade 
muito grande de toxinas alterando totalmente as propriedades 
químicas do meio aquático, invibializando todas as formas de 
vida. 
3. CICLO DO ENXOFRE 
 
• O enxofre limita menos o crescimento de 
plantas e animais quando comparado co o 
nitrogênio e fósforo. Entretanto, é um 
constituinte essencial de alguns aa (cistina e 
metionina). 
 
• Condições AERÓBIAS= ocorre redução do 
enxofre (SO4
2- íon sulfato S2- orgânico – sulfeto) 
 
• Esta oxidação ocorre quando excretam S 
orgânico excessivo da dieta e quando os 
microrganismos decompõem detritos vegetais e 
animais. 
 
• O destino do S2
- (íon sulfato) pode ser na 
presença de íons positivos frequentemente 
forma sulfeto de hidrogênio; ele escapa de 
sedimentos rasos e soloslamacentos como um 
gás, com cheiro de ovo podre. 
 
• Devido a essas condições pode ocorrer a 
redução do férrico (Fe3
+) em ferroso (Fe2
+), 
levando a formação de sulfeto ferroso. Estes 
estão comumente associados com carvão e 
óleo. Quando expostos à atmosfera como em 
rejeitos de minas ou queimados para produzir 
energia, o S reduzido se oxida e as formas 
oxidadas combina-se com água para produzir o 
ácido sulfúrico (H2SO4) chuva ácida e 
drenagem ácida de minas. 
 
• Condições ANAERÓBIAS= O sulfato (SO4
2-) 
pode funcionar como um oxidante. 
 
• Bactérias envolvidas = DESULFOVIBRIO e 
DESULFOMONAS. 
 
• Acoplam redução desassimilativa de sulfato 
(SO4
2-  S2-) com a oxidação do C orgânico 
para fornecer energia disponível. 
 
 
• O S acumula-se a menos que os sedimentos 
fiquem expostos à aeração ou água com O2. 
Sendo assim o S pode ser oxidado ainda 
mais a sulfeto (SO3
2-) e sulfato (SO4
2-). 
4. CICLO DO CARBONO 
Três classes de processos causam 
a reciclagem do C. 
• 1o – Reações assimilativas e 
desassimilativas de C na fotossíntese e na 
respiração. São elas as maiores reações 
de transformação de energia da vida. 
Aproximadamente 1.011 toneladas de C 
entram nestas reações no mundo a cada 
ano. 
 
• 2o – Inclui a troca de CO2 entre a atmosfera e 
os oceanos, lagos e águas correntes. O CO2 
dissolve rapidamente na água; os oceanos 
contêm cerca de 50 vezes mais CO2 do que a 
atmosfera. 
 
• 3o – Consiste na dissolução e precipitação 
(deposição) de compostos de carbonato como 
sedimento, particularmente calcário e dolomita. 
 
• Quando o C se dissolve na água, ele 
forma o ácido carbônico, 
CO2 +H2O ⇌ H2CO3 
 
 
• o qual rapidamente se dissocia em 
hidrogênio e íon bicarbonato e carbonato: 
 
H2CO3 H
+ + HCO3
- ⇌ 2 H+ + CO3
2- 
• O cálcio quando presente também se equilibra 
com os íons carbonato e bicarbonato. 
 
Ca 2++ CO3
2- ⇌ CaCO3 
 
• O carbonato de cálcio tem baixa solubilidade 
sob condições úmidas e rapidamente se 
precipita na coluna de água. 
 
• Muitas algas excretam carbonato de cálcio 
circulante na água, mas recife e coral 
incorporam esta substância como estrutura 
rígida. 
Fixação do Carbono 
• O Ciclo de Calvin é responsável pela 
fixação inicial do CO2 e pela redução do C 
fixado recentemente. A maior parte do C 
fixado é convertido em amido ou 
sacarose. 
Diferenças entre plantas C3 e C4: 
 
• C3= plantas nas quais o ciclo de Calvin é 
a única via de fixação do C. O primeiro 
produto detectável desta fixação é o 
composto de 3 carbonos = 3-fosfoglicerato 
(PGA). 
 
Esta sequência cíclica de reações é conhecida por 
ciclo de Calvin 
 
• C4= o CO2 é fixado na forma de 
fosfoenolpiruvato (PEP) produzindo 
oxaloacetato, um composto de 4 carbonos, 
nas células do mesofilo das folhas. O 
oxaloacetato se converte em malato que vai 
para a bainha do feixe e lá ele é 
descarboxilado e o CO2 entra no ciclo de 
Calvin. 
 
 
 
 
 
• - Plantas C4 podem atingir a mesma taxa de 
fotossíntese que as planta C3, mas com menos 
aberturas estomáticas e, perdas de água. 
 
• - Planta C4 são mais competitivas que as C3 a 
altas temperaturas. 
Interferência das atividades humanas 
sobre os ciclos biogeoquímicos