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EEEP SALABERGA TORQUATO GOMES DE MATOS Ecologia Professor: Ítalo Renan Ferreira Girão Coordenador EMI em Meio Ambiente Instituto CENTEC Contato: italorgirao@gmail.com Introdução a Ecologia Ecologia (oikos: casa/ logos:estudo): • “estudo da casa ambiental, incluindo todos os organismos dentro dela e todos os processos funcionais que tornam a casa habitável.” • “estudo da “vida em casa”, com ênfase na totalidade ou padrão de relações entre organismos e seu ambiente.” • “ciência que estuda como os organismos se relacionam, interagem entre si e com o mundo natural.” (Haeckel, 1868). AULA 01 – INTRODUÇÃO E CONCEITOS INICIAIS Figura 1 Espectro dos níveis de organização ecológica enfatizando a interação entre os componentes vivos (bióticos) e não vivos (abióticos). (ODUM & GARRET, 2007, p. 4) Espectro dos níveis de organização ecológica Figura 3 Comparadas com os fortes controles do tipo ponto de viragem no nível de organismo e abaixo, a organização e função no nível de população acima são reguladas com rigor muito menor, e com comportamento mais pulsante e caótico; todavia são controladas por retroalimentação positiva e negativa – em outras palavras, apresentam homeorese em oposição à homeostase. (ibidem, p. 6) Hierarquia dos Níveis de Organização: Figura 2 Hierarquia dos níveis de organização ecológica; 7 processos ou funções transcendentes estão representados como componentes verticais de 11 níveis integrados de organização (segundo Barrett et al., 1997). (ibidem, p. 5) • Organismo: unidade mais fundamental, elementar; •População: conjunto de organismos da mesma espécie vivendo juntos; • Comunidade: todas as populações que ocupam uma certa área; • Ecossistema/ biocenose: comunidade + sistema abiótico (fluxo de energia e nutrientes); • Paisagem: área heterogênea composta de um agregado de ecossistemas que se repetem de maneira similar por toda sua área de extensão; • Bioma: um grande sistema regional ou subcontinental caracterizado por um tipo principal de vegetação; - Região: uma grande área geológica ou política que pode abrigar mais de um ecossistema. • Ecosfera: inclui todos os organismos vivos na Terra interagindo com o ambiente físico como um todo para manter um estado pulsante de auto- ajuste; • Componentes bióticos: todos os elementos causados pelos organismos em um ecossistema que condicionam as populações que o formam. • Componentes abióticos: todas as influências que os seres vivos possam receber em um ecossistema, derivadas de aspectos físicos, químicos ou físico-químicos do meio ambiente, tais como a luz, a temperatura, o vento, etc. Meio ambiente É o conjunto de condições físicas (luz, temperatura, presão etc.), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido etc.) e biológicas (relações com outros seres vivos) que cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações e de possibilidades para uma dada espécie. É tudo que nos cerca Meio ambiente É o conjunto de condições físicas (luz, temperatura, presão etc.), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido etc.) e biológicas (relações com outros seres vivos) que cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações e de possibilidades para uma dada espécie. É tudo que nos cerca O meio ambiente está sempre mudando e evoluindo. Alguns seres vivos são incapazes de adquirir os recursos que necessitam e se extinguem. Os indivíduos melhor adaptados ao ambiente mutante foram selecionados por meio da seleção natural. Nos últimos anos, a ação humana tem se tornado uma espécie de processo de seleção artificial. O meio ambiente é sempre o conjunto de possibilidades físicas, químicas e biológicas para cada indivíduo – espécie – de uma comunidade. O Homo sapiens tem sido o foco de toda atenção da ciência ecológica, dada a sua capacidade de transformar as condições ambientais, em nome da qualidade de vida humana. Questões de fixação (0-3 pontos): 1 – Cite exemplos de um organismo. Como um organismo invasor pode interferir num nível de organização local? 2 – De acordo com o entendimento do conceito de ecologia, o que seria impacto ambiental? Cite exemplos de impactos ambientais e como se dão suas interferências. 3 – Como o estudo da ecologia pode auxiliar na profissão do técnico em meio ambiente? 4 – Apresente e descreva o espectro de organização ecológica. 5 – Como o espectro pode ser empregado para estudar as complexas interações hierárquicas existentes na natureza do ponto de vista biológico? AULA 02 - ECOSSISTEMA Ecossistema É qualquer unidade que inclui todos os organismos (comunidade biótica) em uma dada área interagindo com o ambiente físico de modo que um fluxo de energia leve a estruturas bióticas claramente definidas e à ciclagem de matéria entre vivos e não vivos. É a primeira unidade na hierarquia ecológica que é completa (tem todos os componentes biológicos e físicos necessários à sua sobrevivência). É uma unidade funcional com entrada e saída de energia e matéria (sistema aberto) e pode ser considerado cibernéticos, por serem ricos em redes de informações (fluxos químicos e físicos) que ligam todas as partes e regulam o sistema como um todo. Constituído de três componentes básicos: 1 – Comunidade; 2 – Fluxo de energia (flui, é unidirecional e não há reaproveitamento). 3 – Ciclagem de materiais (circula, é cíclica e há regeneração). Entrada: energia e matéria. No sistema: energia é perdida e matéria é reciclada. Saída: novos materiais, poluição. Constituintes do ecossistema Abióticos: Substâncias inorgânicas: C, N, CO2, H2O Compostos orgânicos: proteínas, carboidratos, lipídios Fatores físicos: ambiente atmosférico, hidrológico e do substrato, regime climático Bióticos: Produtores: Organismos autotróficos (plantas, algas, bactérias) Consumidores (Fagótrofos) – Macroconsumidores – Organismos Heterotróficos (animais) Decompositores (Saprótrofos) – Microconsumidores – Organismos Heterotróficos (bactérias e fungos) Em tempo: Autotróficos → são aqueles que sintetizam o próprio alimento a partir da conversão da matéria inorgânica em matéria orgânica, na presença de energia solar. Exemplo: algas fotossintetizantes e os vegetais (folhas clorofiladas). Heterotróficos → são organismos incapacitados de elaborar o próprio alimento, necessitando adquiri-los através do hábito alimentar (ingestão, digestão e absorção). Exemplo: os invertebrados e os vertebrados. Componentes Bióticos do Ecossistema (aquáticos e terrestres): Produtores – podem ser de dois tipos principais (camada superior) i. Plantas grandes enraizadas ou flutuantes (macrófitas) ii. Plantas minúsculas flutuantes – fitoplâncton Consumidores (camada inferior) i. Primários ou de primeira ordem: alimentam-se diretamente de plantas vivas ou parte delas (herbívoros) ii. Secundários ou de segunda ordem: alimentam-se de herbívoros ou outros animais da cadeia trófica (carnívoros) iii. Terciário ou de terceira ordem: alimentam-se dos consumidores secundários - Consumidor detritívoro: Sustenta-se de detritos orgânicos. - Organismos decompositores: bactérias não clorofiladas, fungos, bactérias aeróbicas, bactérias anaeróbicas. Níveis tróficos Nível trófico, também conhecido por nível alimentar, representa o conjunto biótico (animais e vegetais) que integra o mesmo ecossistema, e nesse possui semelhantes hábitos alimentares. A especificidade dos ecossistemas (aquáticos ou terrestres) caracteriza a estrutura trófica e sua organização, definindo a hierarquização dos níveis alimentares, sendo basicamente ordenada pelos organismos produtores (autótrofos), comportando os consumidores e os decompositores (heterótrofos).“Na luta pela sobrevivência, nem sempre vence o maior ou o mais forte, pois os organismos decompositores (seres microscópicos ou macroscópicos) fecham a relação trófica alimentar – eles comem de tudo que não expressa reações vitais (a matéria morta).” Questões de fixação – AA 02 : 1 – O que as cadeias alimentares nos dizem sobre o fluxo de matéria e energia em um ecossistema? Como se dá e onde acontece a ciclagem? 2 – Como os combustíveis fósseis podem ser fator de interferência no ecossistema? Descreva os efeitos de entrada e saída no sistema. AULA 03 – TIPOS E CLASSIFICAÇÃO DE ECOSSISTEMAS Naturais ou semi-naturais: microcosmo (aquário), mesocosmo (tanques experimentais ou recintos externos) e macrocosmo (o mundo natural); Agroecossistemas: ecossistemas com forte interferência humana e diferenciam dos naturais e semi-naturais em três pontos principais: 1. Energia auxiliar: energia solar aumentada ou subsidiada pelo trabalho humano e animal, fertilizantes, irrigação, máquinas etc.; 2. Diversidade de organismo cultivados menor, a fim de aumentar a produção; 3. Organismos dominantes estão sobre seleção artificial e não natural. AGROECOSSISTEMA Agricultura Pré-Industrial Agricultura convencional ou industrial Agricultura Sustentável De baixa entrada (ASBE) -Auto-suficiente -Trabalho humano e animal -Não produz excedentes. -Subsidiada com combustível -Usa máquinas -Produz excedentes -Reduz os subsídios -Para consumo e lucro - Tecnossistemas: sistemas com tecnologia altamente avançada e fontes energéticas poderosas, competitivas e parasitárias dos ecossistemas naturais. Waste: desperdício Salvaged: recuperado Raw: cru Grower: cultivo Processor: processador Diversidade e Ecossistema (Variedade) (Abundância) Controle Biológico do Ambiente Geoquímico: A Hipótese GAIA A hipótese Gaia considera que os organismos, especialmente os microorganismos, evoluíram com o ambiente físico para proporcionar um sistema de controle intricado e auto-regulatório que mantém as condições favoráveis para a vida na Terra (Lovelock, 1979). A hipótese é frequentemente descrita como a Terra como um único organismo vivo. “O Sistema da Terra se comporta como um sistema único e auto-regulador composto de componentes físicos, químicos, biológicos e humanos”. LOVELOCK, James. A Vingança de Gaia. Rio de Janeiro: Intrinseca, 2006, p. 35 Para Lovelock, Gaia é uma metáfora da “Terra Viva”, mas não imagina a Terra viva de uma “forma sensível ou mesmo viva como um animal ou uma bactéria”. O ciclo todo é caracterizado por um fluxo permanente de energia e de matéria, ligando o ciclo das águas, das rochas e da vida. Essa visão sistêmica reúne geologia, hidrologia, biologia, meteorologia, física, química e outras disciplinas cujos profissionais não estão acostumados a se comunicar uns com os outros. “Os seres humanos têm infligido à configuração da Terra danos cada vez maiores... O calor do Sol sobre o nosso planeta vem gradualmente aumentando, e a auto-regulação da qual depende toda a vida acabará correndo perigo. Olhando o ecossistema global como um todo, vemos que o aumento da população humana, a degradação das terras, o esgotamento dos recursos, o acúmulo de resíduos, todo tipo de poluição, a mudança climática, os abusos da tecnologia e a destruição da biodiversidade em todas as suas formas constituem juntos uma inédita ameaça ao bem-estar humano, desconhecida pelas gerações anteriores”. “A terra seria um superorganismo, de certa forma frágil, mas com capacidade de auto-recuperação” (LOVELOCK, séc. XVII) Na terra, como no metabolismo de um organismo vivo, cada parte influencia e depende de outras partes, ao perturbar uma só dessas partes da vida pode afetar o todo. Classificação dos ecossistemas Segundo características estruturais: -Ecossistemas marinhos (oceano aberto, águas costeiras, estuário) -Ecossistemas de água doce (lagos, lagoas, rios, riachos) -Ecossistemas terrestres (caatinga, cerrado, florestas, campos, tundra, taiga) -Ecossistemas controlados (agroecossistemas, tecnossistemas) Segundo características funcionais (energia, por exemplo): - Ecossistemas naturais movidos a energia solar não subsidiados (oceanos abertos, florestas); -Ecossistemas movidos a energia solar subsidiados naturalmente (estuários, florestas pluviais); -Ecossistemas movidos a energia solar subsidiados pelo homem (agricultura); - Sistemas urbano-industriais movidos a combustíveis (cidades). Questões de fixação – AA 02 - Continuação 1 - Classifique os ecossistemas urbano-industriais (estrutural e funcionalmente) e descreva como ocorrem os fluxos de energia. Além disso, discuta como esse tipo de ecossistema influencia de maneira positiva ou negativa a vida na Terra. Capacidade ecológica de carga Para os ecologistas: A população de uma determinada espécie que pode ser suportada indefinidamente em determinado habitat, sem destruir permanentemente o ecossistema do qual depende. AULA 04 – CAPACIDADE DE CARGA E PEGADA ECOLÓGICA Para os seres humanos: o nível máximo do consumo de determinado recurso e a descarga de lixo que pode ser suportada indefinidamente em uma determinada região, sem modificar progressivamente a integridade funcional e a produtividade de determinados ecossistemas. Eis a questão: Qual a quantidade de terra (de várias categorias) é necessária para suportar a população de um padrão de vida adequado? ¬ Considerando o padrão de vida canadense, será necessário que tenhamos 1 ou 2 novos mundos para a humanidade, com a tecnologia disponível atualmente. Wisniewski (1980) desenvolveu uma equação que tem por premissa que a população somente estará dentro dos limites da capacidade de carga quando suprida de uma determinada base que regula a demanda ¬ A demanda por um recurso não pode exceder a oferta (mesmo que temporariamente) ¬ No longo prazo, a demanda deverá ser igual ou menor do que a oferta Indicadores ecológicos relevantes para a capacidade de carga de ecossistemas (especialmente os urbanos): Energia Suprimento de água potável Qualidade da água Efluentes sólidos Geração de águas servidas Emissão de gazes Atmosfera Acidez (chuva ácida e contaminação da água) Poluição do ar Alimentação Terra e solo (conservação) Florestas Habitat’s naturais Transporte Pegada ecológica Você já parou para pensar que a forma como vivemos deixa marcas no meio ambiente? É isso mesmo, nossa caminhada pela Terra deixa “rastros”, “pegadas”, que podem ser maiores ou menores, dependendo de como caminhamos. O que é? A Pegada Ecológica é uma metodologia de contabilidade ambiental que avalia a pressão do consumo das populações humanas sobre os recursos naturais. Expressada em hectares globais (gha), permite comparar diferentes padrões de consumo e verificar se estão dentro da capacidade ecológica do planeta. Um hectare global significa um hectare de produtividade média mundial para terras e águas produtivas em um ano. O que compõe? A Pegada Ecológica de um país, de uma cidade ou de uma pessoa, corresponde ao tamanho das áreas produtivas de terra e de mar, necessárias para gerar produtos, bens e serviços que sustentam determinados estilos de vida. Em outras palavras,a Pegada Ecológica é uma forma de traduzir, em hectares (ha), a extensão de território que uma pessoa ou toda uma sociedade “utiliza” , em média, para se sustentar. Componentes: De modo geral, sociedades altamente industrializadas, ou seus cidadãos, “usam” mais espaços do que os membros de culturas ou sociedades menos industrializadas. Suas pegadas são maiores pois, ao utilizaremrecursos de todas as partes do mundo, afetam locais cada vez mais distantes, explorando essas áreas ou causando impactos por conta da geração de resíduos. Como a produção de bens e consumo tem aumentado significativamente, o espaço físico terrestre disponível já não é suficiente para nos sustentar no elevado padrão atual. Qual é a sua pegada? Atividade em laboratório: www.wwf.org.br/natureza_brasileira/especiais/pegad a_ecologica AULA 05 – IMPACTO AMBIENTAL E DESEQUILÍBRIO ECOLÓGICO Impacto Ambiental : O conceito de impacto e risco ambiental surgiu em debates no congresso dos EUA no final da década de 60, principalmente por causa do derramamento de petróleo e pelos efeitos da guerra do Vietnã. É qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas “Considera-se impacto ambiental qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas” (CONAMA 001/86, Art. 1º); Poluição e impacto ambiental são conceitos antropocêntricos ¬ a poluição natural passa a não existir e impacto ambiental, portanto, refere-se sempre às ações humanas A mensuração do impacto ambiental deve levar em consideração a capacidade de resiliência ¬ se um dado impacto tiver, portanto, uma magnitude superior à capacidade de resiliência de um ecossistema, ele entrará em processo de morte ou extinção Os impactos possuem níveis e escalas diferentes. A partir da identificação e avaliação sistemática dos impactos que se pode definir estratégias de compensação ou recuperação; Os impactos ambientais pode ser de várias categorias: 1 – Positivo (quando a ação resulta na melhoria da qualidade de um fator ou parâmetro) ou Negativo (dano à qualidade de um fator ou parâmetro ambiental); 2 – Direto (relação de causa e efeito) ou Indireto (ação secundária em relação à ação ou quando faz parte de uma cadeia de reações); 3 – Local (afeta apenas o próprio sítio e suas imediações) ou Regional (se faz sentir além das imediações do sítio); 4 – Temporário (duração determinada) ou Permanente (os efeitos não cessam de se manifestar). Intervenções do homem sobre o meio ecológico a) sobre o solo S = f (clima, organismos vivos, material de origem, relevo) + t (tempo) ¬ equilíbrio dinâmico A deterioração da estrutura provoca alteração de fatores como permeabilidade devido a compactação do solo - Erosão: movimentos horizontais decorrente da descaracterização superficial do solo - Alterações químicas: alteração na composição química do solo por meio do uso de fertilizantes naturais ou defensivos agrícolas - Salinização: excesso de sal no solo provocado pela irrigação. Gera desertificação - Intemperismo: desgaste in situ da rocha podendo ser físico, químico ou biológico - Lixiviação: movimentos horizontais, lavagem do solo. Ocorro quando há percolação dos nutrientes – Ca, Mg, K e Na – nos horizontes do solo b) na atmosfera - emissão de gases poluentes: i) Smog fotoquímico: reação de hidrocarbonetos com a luz solar, produzindo uma camada roxo- acinzentada, de imensa periculosidade à saúde humana ii) Inversão térmica: fenômeno atmosférico comum nos centros urbanos. O ar frio (denso) é impedido de circular por uma camada de ar quente (menos denso). A camada de ar frio fica retida com poluentes. iii) Buraco na camada de ozônio: reação química entre o Ozônio (O2) e o Cloro (Cl), existentes nos compostos CFC (presente em sistemas de refrigeração, resultando em O2 e ClO, possibilitando um buraco na camada que atua como “protetor solar” natural do planeta iv) Efeito estufa: fenômeno natural intensificado pela queima de combustíveis fósseis (CO2, CH4, O3, N2O e CFC). O excesso de camada de gases estufa provoca elevação na temperatura do planeta (absorção de radiação infravermelha e reflexão da maior parte de volta para a terra – aquecimento). v) Chuva ácida: aumento da acidez das chuvas mediante a formação de ácido nítrico (NH3) através da reação entre o óxido de nitrogênio e o dióxido de enxofre com a água - mudanças climáticas: Aumento das temperaturas do globo provocado por problemas ambientais resultantes de ações humanas i) desertificação: degradação da terra nas zonas áridas, semiáridas e subúmidas secas, resultante de fatores diversos tais como as variações climáticas e as atividades humanas c) nas plantas e animais Mudanças nas relações entre o homem e vegetal/animal perpassa a transição da sociedade mesolítica (caça e coleta) para a economia neolítica (agricultura e domesticação) ¬ Eliminação de predadores, domesticação e criação seletiva de plantas e animais Capacidade de suporte: nível de utilização dos recursos naturais que um sistema ambiental ou ecossistema pode suportar ¬ “capacidade ou habilidade dos ambientes em acomodar, assimilar e incorporar um conjunto de atividades antrópicas sem que suas funções naturais sejam fundamentalmente alteradas” (FILET, 1955) Indicadores da capacidade de suporte Capacidade de carga Sustentabilidade Incorpora dois elementos: meio ambiente e a percepção de qualidade de vida dos habitantes do lugar. Determinar a capacidade de suporte implica em juízos de valor. Cada grupo social poderá ter sua percepção do que seja ideal. Quanto mais alto estiverem os animais na cadeia alimentar, maior é o grau de controle exercido pelo homem (DREW, 2007) Preferência humana pelas monoculturas, proporcionando o desmatamento de áreas virgens para o cultivo Destituição de áreas verdes possibilitando a fuga da fauna para outros habitat’s, desequilibrando o ecossistema d) nas águas Água enquanto recurso essencial à vida, atividades humanas e meio ambiente (manutenção de ecossistemas, dessedentação de animais etc.) A região nordeste do Brasil sofre com deficiência hídrica devido a baixa pluviosidade; alta taxa de evaporação; e, solos rasos (baixa capacidade de acumulação) Açudes: reservatório construído pelo homem; Adutora: canalização da água dos mananciais para centros de demanda; Transposição: transferência de água entre baicias hidrográficas Disponibilidade hídrica: associada à qualidade, por sua vez prejudica pela ação humana (dejetos, contaminação e efluentes) Eutrofização: excesso de nutrientes (compostos químicos ricos em Fósforo ou Nitrogênio) numa massa de água. Causa o crescimento descontrolado de algas e plantas aquáticas, que fomentam o desenvolvimento dos consumidores primários O aumento de biomassa pode levar a diminuição da oferta de oxigênio dissolvido, provocando morte e decomposição de muitos organismo Principais problemas em bacias urbanas: Esgotos domésticos: eutrofização Resíduos sólidos: degradação e poluição Pesticidas: contaminação Ocupação irregular e desordenada: assoreamento e turbidez Efluentes industriais: contaminação Avaliação de Impactos Ambientais Através da elaboração de estudos de impactos ambientais e sua aplicabilidade no dia a dia, por meio dos planos por eles concedidos, a ação humana passa a ser mitigada; Num estudo, devem ser contempladas informações alusivas a identificação dos impactos, a área de abrangência, o nível de alteração provocado e propostas de mitigação (tecnológicas e locacionais). AULA 06 – ANÁLISE INTEGRADA DO MEIO AMBIENTE A análise ambiental integrada é o estudo unificado das ciências da terra que dá uma percepção geral do meio em que vive o homem. Visa-se a análise dos elementos quecompõem a natureza não por si mesmos, mas também por suas conexões. Princípios fundamentais a) Os processos e leis que atuam hoje em dia atuaram através de todo o tempo geológico “o presente é a chave do passado” (HUTTON, 1785), PLAYFAIR (1802) Os glaciares em alguns períodos do tempo geológico foram muito mais importantes de que na atualidade; os climas do mundo nem sempre tiveram distribuição semelhante à atual; regiões que foram úmidas hoje são desertos ou o contrário; períodos de instabilidade crustal foram intercalados por períodos de relativa estabilidade. b) Na evolução ambiental a complexidade é mais comum do que a simplicidade “as paisagens naturais são geralmente oriundas da ação de processos compostos ou complexos e não podem ser atribuídas à ação de um único processo” c) Para compreender a importância variada dos diferentes processos naturais que atuam sobre a superfície da terra é necessário um apreciação dos climas do mundo “As influências do clima sobre a superfície são de natureza direta ou indireta” As diretas estão associadas com a quantidade e tipo de precipitação, sua intensidade e a relação entre a precipitação e a evaporação; as alternâncias de temperatura, a profundidade de penetraçã odo gelo, além da direção e deslocamento dos ventos. As influências indiretas dependem da maneira como o clima interfere na densidade, no tipo e na distribuição da cobertura vegetal. A ação antrópica impondo modificações consideráveis na biosfera e provocando desequilíbrios, altera a dinâmica natural, principalmente nas áreas em que a cobertura vegetal é pouco densa e onde os processos erosivos são mais agressivos. Estudos setoriais: São de natureza analítica e buscam identificar e analisar os diversos componentes geoambientais. Representam uma etapa ou meio indispensável aos requisitos da interdisciplinaridade que conduzem ao conhecimento integrado do meio ambiente. a) geológico: distribuição dos principais grupos rochas ou litotipos que são agrupados em ordem cronológica. São bastante variadas as informações que podem ser obtidas com base nos levantamentos geológicos e que têm papel de destaque na abordagem de outros componentes geoambientais. b) geomorfológico: entender a compartimentação topográfica regional e a caracterização e descrição das formas de relevo. Os processo morfoclimáticos como fator para entendimento das características ambientais locais e regionais. c) Climatológico: perceber o significado da importância do clima em todo o mecanismo que comanda a dinâmica do meio ambiente natural. Análise do ciclo hidrológico e das condições plúvio-térmicas para o conhecimento da dinâmcia climática e ambiental. d) Hidrológicos: avaliação do potencial dos recursos hídricos, a partir das condições climáticas e do escoamento. Análise do potencial e da disponibilidade de água superficial e subterrânea, por intermédio da integração das diferentes fases do ciclo hidrológico. e) Pedológicos: distribuição dos solos associando- a às demais condições ambientais. Avaliação das características e classes dos solos de acordo com suas propriedades e possível discernimento a respeito do seu potencial de utilização. f) fitoecológico: apresentar ecossistemas da região estudada e que representam em última instância o reflexo do jogo de interações ou de relações mútuas entre os demais componentes ambientais. Avaliação do potencial madeireiro, apontar e delimitar áreas degradadas, identificar o estudo de conservação da vegetação, as condições de regeneração e os desequilíbrios ambientais. Estudos integrados Enfoques principais: Holístico (totalizante) para integrar todos os fatores e processos que compõem o sistema e impedir que se faça apenas uma coleção de relatórios setoriais isolados e sem maiores relações; Sistêmico para que sejam destacadas as relações de interdependências entre os componentes. Viabiliza as análises de interrelações de causa e efeito para definir a sensibilidade e a resistência do ambienta em face das ações antrópicas. Níveis de abordagem: Analítico: visa identificar os componentes geoambientais e seus atributos e propriedades e o contexto socioeconômico; Sintético: caracteriza os arranjos espaciais, os sistemas de uso e ocupação e as organizações introduzidas pelas atividades econômicas. Dialético: confronta as potencialidades e limitações inerentes a cada unidade espacial, com as organizações impostas pela sociedade e os problemas emergentes em face da ocupação e apropriação dos bens naturais. AULA 07 – ENERGIA NOS SISTEMAS ECOLÓGICOS Energia: É a capacidade de realizar trabalho. Esta capacidade pode-se manifestar sob várias formas: radiação eletromagnética, energia potencial ou incorporada, energia cinética, energia química (dos alimentos) e calor. - 1ª Lei da Termodinâmica: (Conservação da energia) A energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída. Exemplos destas transformações: luz em calor, energia potencial em cinética. - 2ª Lei da Termodinâmica: (Lei da Entropia) Nenhum processo que implique numa transformação energética ocorrerá espontaneamente, a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada numa forma mais dispersa (ou desorganizada). Assim sendo, nenhuma transformação de energia é 100% eficiente. A entropia é uma medida de energia não disponível, que resulta das transformações energéticas. Sua variação é sempre positiva em qualquer transformação. O ambiente energético da biosfera A luz solar que atinge o topo da biosfera iluminada terrestre chega a uma taxa constante, a chamada constante solar (1.94 cal/cm2.min). Um máximo de 67% da constante solar (~ 1.34 cal/cm².min) pode atingir a superfície terrestre. A radiação solar sofre consideráveis modificações qualitativas e quantitativas ao atravessar a atmosfera terrestre. Tais modificações são influenciadas por vários fatores dentre eles a topografia, a latitude, o clima bem como composição gasosa da atmosfera. A água e o gás carbônico absorvem ativamente a radiação na faixa do infra- vermelho. Conceito de produtividade Produtividade Primária: taxa a que a energia radiante é convertida em substâncias orgânicas pelas atividades fotossintética e quimiossintética dos organismos produtores. - Produtividade Primária Bruta (PPB): taxa total de fotossíntese, incluindo a matéria orgânica consumida na respiração durante o período de medição. (Fotossíntese total). - Produtividade Primária Líquida (PPL): taxa de armazenamento de matéria orgânica nos tecidos da planta que excede o uso respiratório, R, pelas plantas, durante o período de medição. - Produtividade Líquida da Comunidade: taxa de armazenamento da matéria orgânica não usada pelos heterótrofos (ou seja, produção primária líquida menos o consumo heterotrófico) durante o período considerado geralmente a época do crescimento ou um ano. Produtividade Secundária: taxas de armazenamento de energia nos níveis de consumidor. O fluxo total de energia nos níveis heterotróficos, que é análogo à produtividade bruta dos autótrofos, deve ser designado como assimilação, não como produção. R R R R PPB PPL PSB PSL PTB PTL PQB PQL ... Produtividades Fatores limitantes da Produção primária LUZ NUTRIENTES TEMPERATURA Radiação Inibição Saturação Limitação Considerações importantes Embora apenas 4% da produção líquida terrestre seja usada diretamente na alimentação pelos humanos e outros animais, mais de 34% é apropriadopela humanidade (gramados, desmatamentos...) Produtividade e Biodiversidade: um aumento de biodiversidade pode elevar a produtividade, mas um aumento na produtividade quase sempre diminui a biodiversidade. O enriquecimento por nutrientes quase sempre traz ervas daninhas e outras pragas, assim, também diminuem a produtividade e biodiversidade. Indica o número de indivíduos em cada nível trófico. (superenfatiza os a importância de pequenos organismos). A biomassa é expressa em termos de quantidade de matéria orgânica por unidade de área, em um dado momento. A forma da pirâmide de biomassa também poder variar, dependendo do ecossistema. (superenfatiza a importância dos organismos grandes). (Nunca pode ser invertida!) A quantidade de energia acumulada, em biomassa, em determinada área e em determinado tempo. (fornece um índice mais adequado para comparar qualquer e todos os componentes.) Pirâmide de Energia AULA 08 – REPARTIÇÃO DE ENERGIA: CADEIAS E TEIAS ALIMENTARES Trata-se de uma sequencia de eventos do tipo comer/ser comido dentro de uma comunidade/ecossistema. (PINTO COELHO) É a transferência de energia alimentar da sua fonte nos autótrofos (plantas/ algas), por meio de uma série de organismos que consomem e são consumidos. (ODUM) Cadeias alimentares são interligadas e o padrão de interconexões denomina-se TEIA ALIMENTAR. Cadeias Alimentares (Tipos) Cadeia alimentar de Pastejo: Iniciando em uma base de plantas verdes, segue para os herbívoros pastejadores (organismos que comem células ou tecidos de plantas vivas) e então para os carnívoros (que se alimentam dos animais); Cadeia alimentar de detritos: Segue a matéria orgânica não viva para microorganismos, e em seguida, para os organismos que se alimentam de detritos e seus predadores; Qualidade de energia A energia tem quantidade e qualidade. As formas concentradas de energia (combustíveis fósseis) têm uma qualidade muito mais alta do que as formas mais dispersas de energia (luz solar). Qualidade de energia ou concentração: a quantidade de um tipo de energia (como a luz solar) necessária para desenvolver a mesma quantidade de outra energia (como petróleo). eMergia Soma da energia disponível já usada direta ou indiretamente para criar um serviço ao produto. MODELO DE CADEIA ALIMENTAR MODELO DE HIERARQUIA ESPACIAL (DE DISPERSA PARA CONCENTRADA) Sol Planta Herbívoros Predadores 1 102 103 104 105 Quantidades decrescentes, caloria/tempo 106 104 103 102 10 Concentração crescente, caloria solar/caloria Capacidade de suporte e sustentabilidade na produtividade Capacidade suporte: em termos energéticos, é atingida quando toda a energia disponível que entra é necessária para sustentar todas as estruturas e funções básicas (P: produção = R: manutenção respiratória). -Capacidade de Suporte Máxima (K): quantidade de biomassa que pode ser sustentada sob essas condições. - Capacidade de Suporte Ótima: é mais baixa que a máxima e é sustentável por longos períodos, diante das incertas ambientais. Sustentabilidade: está diretamente relacionado com o conceito de capacidade suporte, é a manutenção do capital e recursos naturais. Questões de fixação – AA 03 - Parcial: 1- Por que a pirâmide de energia nunca é invertida? 2- Com base na figura 3.15 do capítulo 3 (Energia nos Sistemas Ecológicos) de Odum & Barret (2007), responda: a) Discuta como a energia solar é absorvida pelos Organismos Produtores e destes é transferida para os Organismos Consumidores, salientando como o ajustamento entre Produção e Consumo (oferta e demanda) é condição essencial para a Conservação da Natureza. 3- Entre Herbívoros e Carnívoros, que nível trófico dispõe de maior quantidade de alimentos? E qualidade de energia? Justifique sua resposta com base numa análise do Fluxo de Energia nos Ecossistemas, discutindo como a energia é transferida entre seus níveis tróficos. 4- Como ocorre a relação entre Economia e Ecossistema segundo Odum & Barret (2007) AULA 09 – REVISÃO PARA AVALIAÇÃO BIMESTRAL DÚVIDAS? AULA 10 – AVALIAÇÃO BIMESTRAL (0-10 PONTOS) PROVA BIMESTRAL AULA 11 – ECOLOGIA DE POPULAÇÃO Conceito: “aquela em que apresenta indivíduos de uma mesma espécie dentro de uma dada área, ou, aquela que está sob investigação”. As fronteiras de uma população podem ser: naturais, em função dos limites geográficos de um habitat; ou definida arbitrariamente pelo pesquisador. Os organismos conhecidos como unitários são caracterizados por um indivíduo bem definido. Mas o que vem a ser de fato um organismo bem definido? O que caracteriza um indivíduo unitário? Um organismo unitário é aquele que é possível de ser contado sem nenhuma dúvida. Em geral, as partes do seu corpo são numericamente definidas, não havendo variação. Por exemplo, uma floresta pegou fogo na sua região. Você foi designado para investigar o tamanho da população de um mamífero qualquer morto. Ao sair para contar esses animais, você teria condições de definir quantos indivíduos tinham na área apenas pela contagem do número de crânios. Outros exemplos? Por outro lado, os organismos conhecidos como modulares são mais difíceis de serem estabelecidos. Vá a essa mesma floresta, e a partir do número de ramos ou troncos de uma dada espécie de planta, defina quantas eram! Isto não é possível, pois um indivíduo de uma planta poderia ter o número variável de troncos e ramos. Várias plantas emitem troncos que saem do solo, que na verdade são ramos. Assim, elas poderão existir como “genets” (indivíduo original) e “módulos” (derivados do original). É o caso da bananeira, por exemplo. Aqui, todos os processos populacionais serão considerados a partir dos organismos unitários. A população está sob a constante influência de vários fatores. Dentre eles, podemos citar os nascimentos e mortes, além dos movimentos realizados pelos organismos. O número de indivíduos de uma população irá variar em função da disponibilidade de alimento, predadores, locais para a reprodução, além de vários fatores ecológicos dentro do habitat. Uma população pode variar em termos de: - Gênero (sexo): o número de indivíduos pertencentes a cada um dos sexos. Lembrando que este aspecto da população dependerá de características da história de vida evolutiva de cada organismo (p. ex, se ele é monóico ou dióico). Aqui, estamos discutindo organismos classicamente dióicos (sexos separados) e com reprodução sexuada (troca de material genético entre os indivíduos de sexos diferentes). O número de indivíduos de um determinado sexo em relação ao do outro sexo define o que chamamos de razão sexual. Mais adiante falaremos da importância da razão sexual para as espécies. - Idade: outro importante atributo de uma população. Em geral, a população poderá ser definida em termos do número de indivíduos presentes em cada uma das suas classes etárias. Assim, ela poderá conter ovos, larvas, jovens, adultos e indivíduos senis. - Experiência: nem todos os indivíduos de uma população possuem a mesma experiência de vida. Este atributo está relacionado aos processos ontogenéticos, ou seja, àqueles que dizem respeito à aprendizagem de cada indivíduo desde o seu nascimento até a sua morte. - Posição social: os indivíduos de uma população podem se distinguir a partir de uma estrutura de dominação hierárquica. Desta forma, podemos encontrar casos em que existem indivíduos dominantes e outros que são subordinados. Existem também aqueles que apresentam funções bem definidas, tais como os soldados e operários de um ninho de formigas.- Genótipo: os indivíduos de uma população não são iguais entre si do ponto de vista genotípico (carga genética). Cada um irá carregar consigo uma configuração genética herdada dos seus ancestrais (p.ex, bisavós, avós, pais), mantendo a tendência de transmitir parte destes caracteres para as gerações futuras. Em função das diferenças observadas em cada um dos indivíduos de uma população, suas aptidões não serão as mesmas. - Outros efeitos: referem-se fatores externos, normalmente imprevisíveis, tais como cicatrizes proporcionadas por lutas físicas, dentre outros. O que determina o tamanho da população? População em números: contagem A população pode ser representada pelo que chamamos de densidade. A densidade populacional é dada pela contagem do número de indivíduos da população por unidade de área. Também podem ser considerados outros aspectos, tais como a sua biomassa por unidade de área. Como exemplo, poderemos ter uma população de 10 milhões de diatomáceas por metro cúbico de água ou 680 kg/árvores por hectare. Porém, inúmeras vezes, estimar a densidade é muito difícil. Já a abundância relativa é uma das medidas mais práticas e utilizadas pelos ecólogos para estudar a maioria dos grupos de organismos. Existem algumas razões para esse fato. A primeira delas se refere às dificuldades existentes para contar determinados grupos animais. Como no exemplo acima, seria praticamente impossível contar o número de besouros de uma floresta. Assim, a abundância relativa pode ser relacionada a o tempo, sendo útil para medir o momento da população-foco. Além disso, essa medida pode ser obtida por meio de estimativas e não de contagens absolutas. Mas qual medida usar: número de indivíduos ou biomassa? A resposta dependerá dos objetivos do seu estudo. Porém, duas considerações devem ser feitas. Primeiro, quando utilizamos os números para medir a importância dos organismos em uma comunidade, organismos mais numerosos, normalmente menores, serão beneficiados. Por outro lado, se empregamos a biomassa, organismos maiores e menos numerosos serão colocados em evidência. Então, devemos ter claro qual é nosso objetivo a fim de evitarmos considerações equivocadas. Biomassa: peso do material vivo geralmente expresso como peso seco por unidade de área ou de volume. O termo peso seco, nesse caso, refere- se ao peso após a sua desidratação. Distribuição espacial Os indivíduos de uma população irão distribuir-se pelo seu habitat típico de diferentes formas. Podem ser citados três tipos básicos de distribuição dos organismos: homogênea, agrupada e aleatória O modelo de distribuição demonstrado por cada organismo tem diversas implicações para o seu estudo, assim como em estratégias de conservação. O método de amostragem tem que levar em consideração o modelo de distribuição de cada um deles. Ignorar esse aspecto significaria uma provável incorreção na obtenção de estimativas populacionais. Dispersão e migração A dispersão é marcada pelo movimento dos animais. O termo é aplicado para explicar a maneira com a qual os indivíduos afastam-se uns dos outros. Ao contrário da dispersão, outro termo empregado para discriminar o movimento dos animais, a migração é caracterizada como o movimento direcional em massa pelo quais os indivíduos se dirigem de um local para o outro. A migração obedece ao deslocamento dos indivíduos de regiões com baixa quantidade de recursos para aquelas com alta disponibilidade. A dispersão é um importante fator a ser considerado nas populações, pois a mesma tem grande influência no tamanho da população. Os movimentos de entrada (imigração) e saída (emigração) de uma população são importantes na regulação do tamanho das populações, bem como em outros processos ligados a sua variabilidade genética. Taxa de crescimento Uma taxa pode ser obtida através da divisão da quantidade de alguma coisa que mudou pelo tempo que durou essa mudança. Assim, se querem os determinar a taxa de natalidade de um organismo ao longo de um ano, contamos o número de nascimentos ocorridos e dividimos pelo número de anos (no caso, um ano). Se na equação 1.1 for adicionado no denominador o número de indivíduos (N) multiplicando ∆t, então teremos a taxa de crescimento específico, conforme podemos observar abaixo. Existem dois padrões básicos de crescimento populacional: exponencial (ou em J) e logístico (ou em S). O crescimento exponencial retrata o rápido aumento na densidade de um organismo, onde a curva comporta-se de forma exponencial. Este crescimento é interrompido de maneira abrupta quando a resistência ambiental ou outro fator limitante se torna efetivo de forma repentina Já no crescimento logístico (Figura 7), a população aumenta devagar no início (fase de aceleração positiva), depois com rapidez (aproximando-se de uma fase logarítmica). Após esta fase, ocorre uma desaceleração no exato momento em que a resistência ambiental começa a atuar. Em seguida, ocorre a estabilização da curva.O instante máximo atingido por estas curvas está relacionado ao K, ou seja, a capacidade suporte do ambiente. As variações existentes a partir das taxas de natalidade e mortalidade podem ser definidas para o que chamamos de capacidade suporte do ambiente. A capacidade suporte (K) de um ambiente é estabelecida no ponto em que a natalidade e a mortalidade se igualam. Neste momento, a população apresentará uma tendência de permanecer constante ao longo do tempo. Sucessão ecológica: processo de mudança e desenvolvimento no qual estágios serais prévios são substituídos por estágios serais subsequentes, até que se estabeleça uma comunidade madura (clímax). Extinção de espécies Os mecanismos responsáveis pela extinção das espécies receberam maior atenção somente a partir dos anos 80. Podemos dizer que existem quatro mecanismos, também conhecidos como vórtices, de extinção das espécies. O primeiro deles está relacionado com a aleatoriedade demográfica. Manchas que apresentam população de organismos com problemas na sua razão etária ou sexual, bem como nas taxas de sobrevivência, estão mais sujeitas ao desaparecimento Outro vórtice de extinção importante é o da aleatoriedade ambiental. Variações ao acaso das condições ambientais podem provocar sérios danos, levando à extinção inúmeras populações biológicas. Cada espécie apresenta requerimentos ecológicos estritos para o sucesso do seu ciclo de vida. A ocorrência de variações de temperatura, pH ou precipitação poderiam comprometer sua sobrevivência. Além disso, eventos cataclísmicos como enchentes e furacões poderiam provocar extinções em larga escala. O terceiro mecanismo responsável pelas extinções é conhecido como aleatoriedade genética. A aleatoriedade genética se refere à erosão da variabilidade genética. Populações isoladas aumentam o cruzamento entre indivíduos, que na essência, são mais aparentados entre si. Os indivíduos selecionam seus parceiros e, portanto , a população real (tamanho efetivo da população) que troca genes entre si é bem diferente do número de indivíduos existente em uma população (tamanho total da população). O último mecanismo de extinção seria aquele que trata da perda de flexibilidade para respostas evolutivas das espécies. Embora tenha também implicações genéticas, esse efeito é diferente do terceiro. Suas implicações são à longo prazo, já que o mecanismo causal é diferente. A perda da variabilidade genética reduziria as chances de resposta da espécie a mudanças futura do ambiente. Assim, a espécie daria menos opções para a seleção natural, limitando a sua persistência. Questões de fixação (0-3 pontos): 1 – Descreva o que é Inventário de Espécies e caracterize o que seria um Inventário Florestal. 2 – Diferencie o método de inventário por Amostrageme o método por Enumeração Total num Inventário Florestal. 3 – Num estudo de um terreno que, onde há espécies florestais e animais, em que situações é interessante se fazer o levanto da biomassa? E da quantidade de ambas as espécies? AULA 12 – ECOLOGIA DE COMUNIDADES Populações de duas espécies podem interagir de formas básicas que correspondem à combinação de neutros, positivos e negativos (0, +, -), resultando em nove importantes interações e relações, que obedecem a três tendências geralmente: a) As interações negativas tendem a predominar em comunidades pioneiras ou em condições de perturbação (seleção r neutraliza a alta mortandade) b) Na evolução e no desenvolvimento do ecossistema (sucessão), interações negativas tendem a ser minimizadas. c) Associações novas ou recentes são mais passíveis de desenvolver interações negativas severas do que as associações mais antigas. Tipos de Interação Intraespecífica Interespecífica -Positivas -Negativas -Neutras Mesma espécie Espécies distintas Tipos de interações entre duas espécies 1. Neutralismo (0/0) 2. Competição por interferência direta 3. Competição por uso de recursos 4. Amensalismo (-/0) 5. Comensalismo (+/0) 6. Parasitismo (+/-) 7. Predação (+/-) 8. Protocooperação (+/+) 9. Mutualismo (+/+) 1. Neutralismo Nenhuma das populações é afetada pela associação com a outra. Ex: plantas de diferentes espécies que co-existem em uma mesma área. 2. Competição por interferência direta: Quando duas populações se inibem ativamente entre si. 3. Competição por uso de recursos Onde cada população afeta diretamente outra, de forma adversa, na disputa por recursos escassos. Também conhecido como Princípio de Gausse ou da Exclusão Competitiva (quando duas espécies diferentes habitam um mesmo ambiente e têm nichos muito semelhantes. Assim, duas espécies não podem ocupar um mesmo nicho por muito tempo, uma delas irá sempre prevalecer, pois é mais adaptada àquele habitat). 4. Amensalismo É um tipo de interação desarmônica na qual indivíduos de uma população secretam substâncias que inibem o crescimento e desenvolvimento de outras espécies. A espécie que secreta a substância é chamada de inibidora, enquanto a espécie que é prejudicada denomina-se amensal. 5. Comensalismo É um tipo de relação ecológica entre duas espécies que vivem juntas, o termo comensal significa algo como convidado à mesa, assim o termo comensalismo foi utilizado para designar relações alimentares em que uma espécie comensal se beneficia dos restos da outra espécie anfitriã no entanto sem prejudicar este seu anfitrião. 6. Parasitismo Indivíduos de uma espécie vivem no corpo de outro, do qual retiram alimento. Ex.: Gado e carrapato, lombrigas e vermes parasitas do ser humano. 7. Predação Relação em que um animal captura e mata indivíduos de outra espécie para se alimentar. Ex.: cobra e rato, homem e gado. - Herbivoria é um tipo de predação. Ex: garfanhoto e Planta. 8. Protocooperação Ambas as espécies se beneficiam, porém a relação não é obrigatória. Ex: paguros e anemonas, aves-palito e crocodilos, peixe palhaço e anemonas 9. Mutualismo Onde o crescimento e a sobrevivência de ambas as populações são beneficiados e uma não pode viver sem a outra em condições naturais. Ex: - Líquens, em que temos os fungos fazendo o papel de absorção e das algas fazendo o papel de fotossíntese. - O caso das micorrizas que vivem nas raízes das leguminosas. - Cupins e os protozoários que digerem a celulose. Tipos de evolução Evolução ecológica É o processo através no qual ocorrem as mudanças ou transformações nos seres vivos ao longo do tempo, dando origem a espécies novas. Coevolução Evolução simultânea de duas ou mais espécies que têm um relacionamento ecológico próximo. Através de pressões seletivas, a evolução de uma espécie torna-se parcialmente dependente da evolução da outra. Exemplo: Plantas e herbívoros. Evolução por cooperação: Seleção de Grupo Seleção natural entre grupos ou conjuntos de organismos que não necessariamente estão ligados por associações mutualistas. Pode eliminar, ou manter em baixa freqüência, características desfavoráveis para a sobrevivência das espécies, mas seletivamente favoráveis dentro das populações ou comunidades. Envolve benefícios positivos que um organismo pode exercer na comunidade. Exemplo: altruísmo: sacrifício da aptidão de um indivíduo em benefício de outro. (Abelhas); anemia falciforme Conceitos de Habitat, Nicho ecológico e Guilda Habitat: Lugar onde o organismo vive ou o lugar aonde poderia ir para encontrá-lo. Nicho Ecológico: Espaço físico do organismo + papel funcional na comunidade (cadeia trófica) + sua posição nos gradientes ambientais “emprego” Guildas: grupos de espécies com papéis e dimensão de nichos comparáveis dentro da mesma comunidade. Espécies ecologicamente equivalentes: Aquelas que ocupam nichos similares em comunidades diferentes. Questão de fixação (0-3 ponto): I- Compare Competição e Coexistência, comentando quando um tipo de relação prevalece sobre o outro. Wilcox (1984) definiu diversidade como “a variedade de formas de vida, o papel ecológico que desempenham, e a diversidade genética que contém”. Os tipos de diversidade são: a) diversidade de espécies: variabilidade da quantidade e do tipo de espécies num determinado habitat ou comunidade. AULA 13 – BIODIVERSIDADE, ECOSSISTEMAS E PAISAGENS O conceito de diversidade de espécies tem dois componentes: (1) riqueza, baseada no número total de espécies presentes; e, (2) repartição, baseada na abundância relativa das espécies e no grau de dominância ou falta dela. Abundância relativa: um sistema pode conter abundância de espécies, mas cada espécie com poucos indivíduos; Dominância: um espécie possui mais indivíduos que as outras, num mesmo sistema; Uniformidade: número igual de indivíduos em cada espécie de um sistema. A diversidade de espécies tende a aumentar com o tamanho da área e das latitudes alta para o equador. A diversidade tende a ser reduzida em comunidade bióticas estressadas, mas também pode ser reduzida por competição em comunidades antigas em ambiente físicos estáveis. b) diversidade de padrão: é resultado da zonação, estratificação, periodicidade, heterogeneidade de manchas, teia alimentar e outras combinações; c) diversidade genética: manutenção da heterozigosidade genotípica, polimorfismo ou outras variabilidades genéticas, o que é uma necessidade adaptativa para as populações naturais; d) diversidade de habitat: diversidade de habitats ou manchas de paisagem, que serve de base para a dinâmica da metapopulação (conjunto de subpopulações interconectadas que funcionam como uma unidade demográfica) Vários ecólogos estão começando a se preocupar com o fato de que a redução dos habitat’s, das espécies e da diversidade genética resultante das atividades humanas possa estar pondo em risco a adaptabilidade futura nos ecossistemas naturais, agroecossistemas e agropaisagens. Biodiversidade e estabilidade Margalet (1968) manifestou que “o ecólogo vê em qualquer medida de diversidade uma expressão da possibilidade de construir sistemas de retroalimentação” Entretanto, a relação entre a diversidade de espécies e a estabilida- de é complexa. Por exemplo, determinados ecossistemas em ‘equilíbrio’ favorecem a dominância e a exclusão competitiva com mais intensidade. Outra questão é que ecossistemas estáveis promovem alta diver- sidade, mas não necessariamente o contrário. Por exemplo, em zonas bem estruturadas a quantidade de pastejo ou predaçãoafeta em muito da diversidade das populações pastejadas ou de presas. A predação moderada frequentemente reduz a densidade da espécies dominante, permitindo, assim, às espécies menos competitivas, uma possibilidade de usar melhor o espaço e os recursos. Pastejo ou predações severas atuam como estresse e reduzem o número de espécies para umas poucas impalatáveis. Paine (1966) descobriu que a diversidade de espécies de organismos sésseis em habitat de costão rochoso entre marés era mais alta quando predadores de 1ª e 2ª ordem eram ativos. Paine (1966) descobriu que a diversidade de espécies de organismos sésseis em habitat de costão rochoso entre marés era mais alta quando predadores de 1ª e 2ª ordem eram ativos. A remoção experimental dos predadores em tais situações reduziu a diversidade de espécies de todos os organismos sésseis, tendo sido predados diretamente ou não. Embora as atividades humanas tendam a reduzir a diversidade e incentivar monoculturas, elas, de fato, aumentam a diversidade de habitat’s de paisagens gerais (clareiras abertas em florestas, árvores plantadas nos prados ou espécies introduzidas). QUALIDADE AMBIENTAL A Biodiversidade afetada pela poluição Em termos de poluição, considera-se que a biodiversidade é afetada em virtude do aumento da carga de poluentes. Por exemplo, tem-se que por ocasião do lançamento da carga de esgoto doméstico em um determinado córrego há redução da diversidade. Uma fonte pontual de poluição por esgoto municipal não tratado afeta a riqueza de espécies. Note que, enquanto as densidades populacionais (em especial bactérias coliformes e vermes de lodo) aumentam, ocorre um declínio concomitante na riqueza de espécies (em especial de insetos aquáticos e espécies de peixes de água doce desejáveis. Biodiversidade e produtividade Em ambientes naturais com baixos teores de nutrientes, o aumento na biodiversidade parece elevar a produtividade, mas em ambientes com altos teores de nutrientes ou enriquecidos, um aumento de produtividade aumenta a dominância e reduz a diversidade (CARSON &BARRETT, 1988). Em outras palavras, o aumento da biodiversidade pode aumentar a produtividade, mas o aumento da produtividade quase sempre reduz a diversidade. Arrisca-se sugerir que os humanos, em seus esforços para aumentar a produtividade para sustentar o crescente número de pessoas e animais domésticos (que por sua vez excretam enormes quantidades de nutrientes no ambiente), estão causando uma eutrofização em escala mundial que é a maior ameaça à diversidade da ecosfera, à resiliência e à estabilidade. Vale analisar que o aumento no enriquecimento por nutrientes resulta no aumento da produtividade primária. Assim, subtende-se que a diversidade de organismos vegetais será maior num primeiro momento. Entretanto, várias pesquisas mostram que, a longo prazo, tal processo resulta na redução da diversidade na comunidade vegetal. Preocupação com a perda de Biodiversidade Odum afirma que é essencial manter a redundância em um ecossistema, ou seja, ter mais do que uma espécie ou grupo de espécies capazes de executar as funções principais ou prover conexões na teia alimentar. Espécies-chave: um tipo funcional sem redundância. A perda de tais espécies ou grupos de espécies causará mudanças importantes na estrutura da comunidade e no funcionamento do ecossistema. Uma espécie invasora exótica, adicionada a um ecossistema naturalmente diversificado, quase sempre se torna uma espécie-chave que reduz a diversidade. Vários conceitos relativos à diversidade são controversos e precisam ser mais estudados, mas a maioria dos ecólogos concordam que a diversidade é necessária para a futura sobrevivência da natureza e do ser humano. Áreas naturais devem ser preservadas pelo seu papel essencial de suporte da vida e para preservar e salvaguardar a diversidade necessária para futuras adaptações e sobrevivências. Planejamento e ecologia Um planejamento regional consistente pode compensar a redução da diversidade local que tende a acompanhar as transformações locais antrópicas, como por exemplo a agricultura, a silvicultura e o desenvolvimento urbano intensivo. Se as monoculturas de colheita e de floresta, e condomínios (fileiras e fileiras de casas parecidas em pequenos lotes cobertos com gramados) forem entremeados com ecossistemas mais naturais ou seminaturais mais diversificados (preservados perpetuamente como, por exemplo, parques ou reservas ambientais) e se as planícies de inundação e outras áreas úmidas forem deixadas sem desenvolvimento, não apenas existirá uma agradável paisagem cheia de possibilidades recreativas mas também será salvaguardado um alto nível de diversidade local e regional. A relação entre o capital natural e o capital econômico necessita ser gerenciada por uma abordagem integrativa. Paisagens podem ser planejadas para preservar a diversidade e ainda acomodar o desenvolvimento urbano e agrícola. Das populações e comunidades aos ecossistemas e paisagens Abordagem holística: entidades inteiras têm uma existência separada para além de uma simples soma de suas partes. Abordagem reducionista: cada sistema complexo pode ser explicado pela análise das suas partes mais simples mais básicas. As populações podem comportar-se de forma muito diferente quando funcionam em comunidades do que quando são isoladas em laboratório ou quando dentro de cercados em estudos de campo. Exemplo: Abundantes bolotas de carvalho (Quercus) atraem os cervos da virgínia (Odocoleius virginianus) para as florestas no norte dos Estados Unidos. Abundantes produções de bolotas ocorrem a cada três ou quatro anos (anos de produção excepcional). Os cervos carregam adultos de carrapatos-de-patas-pretas (Ixodes scapularis), que se desprendem dos cervos e põem ovos no chão da floresta. A abundância de bolotas também atrai os camundongos-de-patas- brancas (Peromyscus leucopus), que aumenta sua população rapidamente em resposta ao suprimento elevado de alimentos. No verão seguinte, os ovos dos carrapatos eclodem como larvas, que, durante o processo de se alimentar do sangue dos camundongos, adquirem a bactéria espiroqueta (Borrelia burgdorferi), que causa a doença de Lyme nos humanos. Problemas e relações nos níveis populacional, de comunidade, do ecossistema e da paisagem precisam ser tratados de uma forma interativa para que os problemas de grande escala sejam resolvidos. Questão de fixação (0-3 ponto) - continuação: 1- Retomando a frase: Paisagens podem ser planejadas para preservar a diversidade e ainda acomodar o desenvolvimento urbano e agrícola. Apresente ações e ideias de como isso pode ser posto em prática? AULA 14 – FATORES ECOLÓGICOS Fatores limitantes e regulatórios Animais não só se adaptam ao meio ambiente físico, como também usam as periodiocidades para marcar o tempo de suas atividades e programar seus ciclos de vida Ciclo Circadiano Condição/ fator limitante: qualquer condição que se aproxime ou exceda os limites de tolerância. a) Lei do Mínimo de Liebig: sob condições constantes, o constituinte essencial disponível em valores que se aproxima da necessidade mínima tendem a ser um limitante. Geralmente, são os que os organismos precisam em pequenas quantidades, porém no ambiente são escassos. “O crescimento de uma planta depende da quantidade de material alimentar que está presente em quantidade mínima”. Duas coisas devem ser consideradas: É aplicável sob condições relativamente estáveis. Interação de fator: alta concentração de uma substância pode influenciar o uso da outra (Ex: conchas, plantas de somra e zinco). b) Lei de tolerância de Shelford: não só a falta,mas também o excesso podem ser fator limitante. Organismos podem ter grande amplitude para um fator e não para outro. Quanto maior a amplitude de um organismo, mais amplamente distribuído ele está. Um fator limitante pode diminuir a tolerância para outro fator (plantas: N e água). Na natureza, é comum os organismos não viverem em uma amplitude ótima de um fator físico determinado. A reprodução é um período crítico quando fatores ambientais parecem ser limitantes, os indivíduos reprodutivos (sementes, ovos, embriões) são geralmente mais restritos. Graus de tolerânica: esteno (restrito) e euri (amplo). Estresse antropogênico como um fator limitante para as sociedade industriais: Os ecossistemas naturais exibem consideráveis resistência e/ ou resiliência em caso de perturbação aguda ou severa periódica, provavelmente, por que se adaptaram a elas evolutivamente. Já as perturbações crônicas (prolongadas e continuadas) podem ter efeitos prolongados e pronunciados, pois os organismos ainda não têm histórica evolutiva de adaptação. Agudo: grandes poluições, bancos de semente. Crônico: espécies exóticas. Fatores ecológicos abióticos Tipos de fatores abióticos São componentes não vivos que influenciam a vida dos seres vivos presentes no ecossistema. Através dos fatores abióticos os seres vivos fazem adaptações para seu desenvolvimento. Esses fatores variam de valor de local para local, o que determina uma grande variedade de ambientes. Exemplos de fatores abióticos: Temperatura - É um fator abiótico de grande importância para os seres vivos e influencia seus períodos de atividade, suas características morfológicas e seus comportamentos. Divide os seres vivos em alguns grupos como: Estenotérmicos: São organismos que não toleram grandes variações térmicas. Exemplo: lagartixa; Euritérmicos: São organismos capazes de tolerar grandes variações térmicas. Exemplo: lobo; Homeotérmicos: Seres que possuem temperatura corporal constante. Exemplo: aves e mamíferos; Poiquilotérmicos: Seres que possuem temperatura corporal variável. Exemplo: répteis, anfíbios e peixes; Alguns fenômenos ocorrem devido às adaptações ás temperaturas desfavoráveis como: Migração: Os animais percorrem distâncias variadas a procura de ambientes propícios para a reprodução, com melhores condições climáticas e presença de alimentos. Exemplo: flamingos, cegonha negra. Hibernação: Os animais diminuem suas atividades vitais, devido ao frio. Exemplo: morcego, urso. Estivação: Neste fenômeno, algumas espécies diminuem suas atividades vitais, devido ao calor. Exemplo: quelônios. Quanto às adaptações das plantas ás baixas temperaturas, elas podem ser: Anuais: As plantas anuais não suportam o intenso frio do inverno e deixam suas sementes para germinar no ano seguinte. Exemplo: Feijoeiro; Bienais: As plantas bienais em baixas temperaturas perdem sua parte aérea, porém mantém sua parte subterrânea. Exemplo: Lírio; Perenes ou Vivazes: Estas plantas conseguem manter suas estruturas o ano todo. Exemplo: Papoula; Água: É de fundamental importância a todos os seres vivos e essencial a vida. Os seres são classificados, em função da água, em: Hidrófilos: Seres que vivem permanentemente na água como os peixes Higrófitos: Seres que só vivem em ambientes úmidos. Exemplo: Anfíbios. Mesófilos: Seres que vivem em áreas mais ou menos úmidas. Xerófilos: Seres que vivem em ambientes secos. Exemplo: Mamíferos de deserto, liquens, cactáceos. Tropófitas: seres que suportam grande variação de umidade. Luz: Fundamental no processo fotossintético, responsável pela produtividade nos ecossistemas, a luz, é um importante fator abiótico e atua sob diversas formas (intensidade, radiação, direção e duração). Divide os seres vivos em alguns grupos como: Eurifóticos: São seres que suportam grandes variações de luz. Estenofóticos: São seres que não suportam grandes variações de luz. Plantas umbrófitas: São vegetais adaptados à sombra. Pressão Os seres vivos são divididos, quanto a pressão, em: Euribáricos: São seres capazes de suportar grande variações de pressão. Estenobáricos: São seres incapazes de suportar grandes variações de pressão. Salinidade: Fator abiótico primordial na distribuição dos seres vivos aquáticos. Dividem os seres vivos em: Eurialinos: Seres que suportam grandes variações de salinidade. Estenoalinos: Seres que não suportam grandes variações de salinidade. Halófitas: São vegetais que vivem em áreas contendo muito sal. O ambiente físico e as adaptações dos seres vivos O meio biológico e físico não existem separados, um influencia o outro. O mundo biológico é influenciado por leis físicas e o que os faz vivos, é a capacidade de agir contra s forças físicas externas. A água: é o meio básico da vida devido a algumas características: - Solvente universal: dissolve a maioria das substâncias. - Líquida em uma grande faixa de temperatura. - Conduz calor rapidamente, uniformemente. - Se torna menos densa a 4ºC, impedindo que os oceanos congelem. - Mais densa que o ar, promove sustentação e flutuabilidade. - Mais viscosa, impedindo grandes movimentos. - Contêm substâncias dissolvidas. Ambiente térmico e seres vivos: Proporcionam diversas vias de ganho e perdas de calor. Muitos animais possuem sistemas de controle para manter sua temperatura constante. Tolerância ao calor: a maioria vive até 45ºC (exceção: bactérias) -Alguns mecanismos: esconder-se em tocas, terem hábitos noturnos, ter mais fosfolipídios instaurados (membrana mais fluída), plantas com ceras impermeáveis, etc. Tolerância ao frio: quando há frio intenso as células congelam. -Alguns mecanismos: substâncias anticongelante (diminuem o ponto de ocngelamento), superesfriamento (impendem a formação de cristais de gelo). Os seres vivos utilizam estímulos físicos para perceber o ambiente: - Visão: ondas eletromagnéticas. - Som: ondas sonoras. - Olfato: odores (moléculas voláteis dissolvidas) - Campo elétrico: ampola de lorenzini, p.e. (tubarões) -Contato físico. As variações no ambiente físico Padrões globais de temperatura e precipitação: resultam do aporte diferenciado de radiação solar em diferentes regiões e da distribuição térmica pelo vento e correntes oceânicas. Quanto mais próximo do Equador, maior a incidência solar (latitude mais baixa) e consequentemente, a umidade. Solos e vegetações também influenciam. A sazonalidade da Terra (estações do ano) resultam do eixo de rotação da Terra ser inclinado em relação ao plano orbital (aproximadamente 23,5 graus). Assim, em qualquer momento, uma parte do planeta estará mais diretamente exposta aos raios do Sol do que outra. Esta exposição alterna conforme a Terra gira em sua órbita, portanto, a qualquer momento, independentemente da época, os hemisférios norte e sul experimentam estações opostas. Atividade (0-3 pontos) - continuação 1) Ler os conceitos: Tempo de Residência: refere-se ao tempo que uma dada quantidade de substância permanece no compartimento designado de uma sistema. Sendo a taxa de movimentação mais importante que a quantidade no estoque. Ciclagem dos elementos não essenciais: a preocupação com eles começou por conta da atividade humana utilizar muito deles, aumentando as suas concentrações no ambiente, assim, muitos seres vivos estão utilizando-os, pois se assemelham a algum essencial. Alguns elementos, como o mercúrio acumulam ao longo da cadeia (magnificação biológica). Ciclagem de nutrientes nos trópicos: em regiões frias, uma grande porção de material orgânico está sempre situado no solo ou na serrapilheira; já nos trópicos, a maior percentagem está na biomassae são facilmente recicladas pelos organismos (facilitadas por adaptações). Quando a comunidade é removida, os nutrientes são rapidamente lixiviados, por conta da alta temperatura e das chuvas, tirando a capacidade da terra de reciclar e reter nutrientes. 2) Explique a diferença entre a ciclagem de nutrientes nos ambientes temperados e tropicais. 3) Discuta como e sob que aspectos a Translação da Terra em torno do Sol afeta a quantidade de radiação solar que incide num dado lugar. 4) Por que os ambiente tropicais são mais produtivos? 5) Quais variações antrópicas no ambiente físico podem causar adaptações ou limitações a determinados seres vivos? AULA 15 – COMUNIDADES BIOLÓGICAS Clima, topografia e o solo (e as influencias paralelas em ambientes aquáticos) determinam o caráter de mudança da vida animal e vegetal sobre a superfície terrestre. Embora não haja lugares que abriguem exatamente o mesmo conjunto de espécies, podemos agrupar unidades biológicas em categorias baseadas em suas formas vegetais dominantes, o que dá às comunidades a sua característica geral BIOMA. Definição de Bioma: É um sistema de classificar as comunidades biológicas e ecossistemas com base em semelhança de suas características vegetais. A possibilidade de distinguí-los resulta do simples fato de que nenhum tipo de planta pode resistir a todo o intervalo de condições ambientais. E também por conta do processo de convergência (organismos não aparentados desenvolvem uma semelhança em comum uns com os outros em resposta às condições ambientais em comum). Biomas terrestres: o clima como grande determinante da distribuição da vegetação A abrangência das espécies estão frequentemente limitadas pelas condições físicas do ambiente. Nos terrestres, temperatura e umidade são as variáveis mais importantes. As características do solo que influenciam as distribuições de plantas são denominadas fatores edáficos. E são mais variáveis em montanhas. As formas e as funções são adaptadas para combinar com o ambiente: especialistas (abrangência relativamente estreita de intolerância) e generalistas (intervalo amplo de tolerância). O clima define as fronteiras dos biomas terrestres e o mais usado é o sistema de zonas climáticas (Heinrick Walter), com 9 divisões baseadas na temperatura e na precipitação. O ecólogo Whittacker imaginou um diagrama climático baseado em temperatura e precipitação (por serem quem determinam as condições e os recursos disponíveis para o crescimento das plantas): quente úmido, quente seco e frio seco. Grandes Biomas terrestres global I – Floresta Pluvial Tropical, características: a) Clima sempre quente e precipitações superior a 2000 mm, não inferior a 100 mm por mês. b) Apresentam dois picos de chuvas, em torno dos equinócios. c) Solos extremamente laterizados, com alto teor de argila, cor avermelhada e pobres em nutrientes. d) Ambiente mais biodiverso e) Ambientes que recebem radiação solar o ano inteiro. f) As florestas tropicais cobrem atualmente menos de 6% da superfície continental e insular da Terra. Estima-se que mais da metade de todas as espécies de plantas e animais do mundo vivem em florestas pluviais tropicais. g) As florestas pluviais tropicais produzem 40% do oxigênio da Terra. II – Floresta Tropical Sazonal / Savana, características: a) A estação seca ocorre no inverno, onde geralmente, as plantas perdem todas as suas folhas. b) Estações secas mais longas e mais severas geralmente resultam numa vegetação mais baixa e mais espinhosa. c) Solos fortemente laterizados e pobres em nutrientes. d) Precipitação entre 900-1500mm, mas os 3 ou 4 meses mais secos recebem menos que 50mm. e) As savanas são compostas de campos com árvores esparsas, e se espalham em áreas de trópicos secos. f) A savana é o bioma típico das regiões de clima tropical com estação seca. g) O cerrado brasileiro é um tipo de savana, sendo o segundo bioma mais ameaçado do país. III – Deserto subtropical, características: a) Chuvas muito esparsas (menos que 250mm) e no verão. b) Solos rasos e com pouca matéria orgânica. c) Muitas plantas não são tolerantes ao gelo. d) Tem diversidade maior do que as áreas áridas temperadas. e) A maioria se centralizam nos trópicos de câncer e capricórnio. f) O maior exemplo é o deserto do Saara. IV – Bosque / Arbusto, características: a) Denominação para certas formações florestais. Diferencia-se da floresta pelo fato de as copas das árvores não formarem uma cobertura contínua - isto é, as árvores encontram-se mais afastadas. b) Encontrada no Sul da Europa, Chile, Sul da Califórnia, sudoeste da Austrália e uma parte da África. c) Caracterizados por temperaturas de inverno amenas, chuvas de inverno e verões secos. d) Incluem diversos níveis de plantas, desde a copa até a base. e) Vegetação arbustiva, espessa, perene, de 1-3m de altura, com profundas raízes e folhas resistentes à seca (folhas duras – esclerofilosa). f) Resistentes ao fogo. V – Floresta pluvial temperada, características: a) Em regiões de invernos amenos, com chuvas fortes de inverno e neblinas de verão criam condições para sustentar florestas perenes extremamente altas. (ex: sequóia com 60-70m). b) Em contraste com as florestas tropicais, tem baixa diversidade. VI – Floresta sazonal temperada, características: a) Também denominada de floresta decídua, pois suas árvores perdem as folhas periodicamente (outono / inverno). A queda das folhas está associada a uma adaptação das plantas na defesa contra a seca fisiológica b) Ocorre sob condições moderadas com congelamento de inverno. c) A precipitação normalmente excede a evaporação e a transpiração. Solos são muito ricos. d) As árvores decíduas são as dominantes, há também uma camada de árvores menores e arbustos, alem de plantas herbáceas. e) As florestas temperadas decíduas exibem elevada diversidade de espécies, com vegetação predominantemente arbórea (por exemplo, carvalho, bordo, faia e nogueira), e uma fauna rica, constituída por mamíferos diversos (ursos, veados, esquilos, lobos, raposas, lebres), répteis, anfíbios, inúmeras aves, insetos, etc. f) A Floresta Temperada foi bastante devastada pelos seres humanos, sendo substituída, principalmente, pela agricultura. Hoje, essa formação vegetal está restrita a poucos parques e reservas. VII – Campos / deserto temperado, características: a) Também chamados de pradarias. b) Precipitação entre 300-800mm/ano. c) Verões quentes e úmidos, invernos frios. d) Solos ricos em matéria orgânica e também em nutrientes (por sofrer pouca lixiviação). e) Vegetação dominada por gramíneas, há também herbáceas não gramíneas abundantes. f) Fortemente influenciado pelo fogo. g) Alguns se transformam em desertos. h) Fauna rica em grandes herbívoros que vivem em rebalhos: gazelas, antílopes,.. i) O solo geralmente é cheio de túneis e tocas de animais. j) Estão localizadas em praticamente todos os continentes, com maior ocorrência na América do Norte. A pradaria brasileira é o pampa gaúcho. k) Nas pradarias, a principal movimentação econômica retirada do solo vem com os pastos, bastante comuns nesse tipo de vegetação. VIII – Floresta boreal / Taiga, características: a) Também conhecidas como Florestas de Coníferas, contém também pinheiros, abetos e pinheiros da noruega. b) A taiga não se localiza exclusivamente no hemisfério Norte, encontra-se também em regiões de clima frio e com pouca umidade. c) Clima frio, com invernos longos. E temperaturas anuais abaixo de 5ºC. d) Precipitação entre 400-1000mm, devido a baixa evaporação, o solo é úmido o ano todo. e) Espécies bem adaptadas
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