fluxo de energia produtividade e decomposição

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FLUXO DE ENERGIA: 
PRODUTIVIDADE E DECOMPOSIÇÃO 
Profa. Thaís Lopes 
Fluxo de Energia 
• Todos os anos, aproximadamente 100 bilhões de ton 
de matéria orgânica são produzidas na Terra por 
organismos fotossintetizantes, e uma quantidade 
aproximadamente igual é oxidada na forma de CO2 e 
H2O no mesmo intervalo de tempo, através da 
respiração dos organismos. 
• Porém, o balanço não é exato! 
Fotossíntese e organismos produtores 
• Fotossíntese (anabolismo): 
 CO2 + H2O + luz → C6H12O6 + O2 
• Armazenamento de parte da energia solar 
como energia potencial ou “ligada” ao 
alimento. 
• Organismos produtores: plantas em geral, 
algas verdes (fitoplâncton) e algumas 
bactérias (cianobactérias). 
Sistemas de consumo da energia 
• Respiração aeróbia: 
 O2 + C6H12O6 → CO2 + H2O + energia 
• Respiração anaeróbia: 
C6H12O6 → CH4 + CO2 + H2O + energia 
Sistema de consumidores da matéria 
viva 
Sistema de consumidores da matéria 
morta (decompositores) 
• Responsáveis pela decomposição da matéria orgânica morta: 
– Detritívoros – animais que consomem matéria morta 
– Decompositores - bactéria e fungos 
Energética ecológica 
• Fundamentos lançados por Lindemann (1942): 
–entender os processos dos ecossistemas. 
–quantificar a transferência de energia entre 
os níveis tróficos. 
–produção de alimento para a humanidade. 
 
Leis da Termodinâmica 
• 1ª Lei da Termodinâmica – Lei da conservação 
de energia – a energia não pode ser criada 
nem destruída. 
 
• 2ª Lei da Termodinâmica – Lei da entropia – a 
transformação de energia não é 100% 
eficiente. 
Termos utilizados 
• Biomassa – massa de organismos por unidade de área. 
– expressa em energia (Joules/m2) ou matéria orgânica seca 
(Kg/ha). 
• Produtividade primária (PP) - taxa de biomassa produzida 
na fotossíntese/área/tempo. 
– Expressa em cal (joules/m2/dia) ou matéria orgânica seca 
(kg/ha/ano) 
• PPB (produtividade primária bruta) 
• PPL (produtividade primária líquida) = PPB – R 
(respiração) 
• Produtividade secundária (PS) – produção de biomassa 
pelos heterótrofos. 
 
Fluxo de Energia 
• Sem os autótrofos não haveria energia disponível para 
àqueles que não possuem a capacidade de fixá-la. 
O fluxo de energia é unidirecional 
Produtividade primária 
• Importante para o funcionamento da biota 
• PPL terrestre = 115 x 109 ton/m2/ano 
• PPL no mar = 55 x 109 ton/ano 
• Média global = 400 g/m2/ano (inclui 30% da 
superfície e 90% dos oceanos) 
• Ecossistemas mais produtivos – pântanos, 
estuários, banhados, bancos de algas, recifes, 
florestas tropicais e terras cultivadas. 
 
Produtividade primária líquida (PPL) 
 
Fatores limitantes da PPL 
• Latitude – tendência de aumentar a PPL dos 
pólos em direção ao equador. 
• Radiação solar X temperatura X água 
• Sucessão de fatores pode limitar a PP ao longo 
do ano 
• Ecossistemas terrestres: 
– recursos: nutrientes, CO2, H2O 
– condições: radiação solar e temperatura 
 
Fatores limitantes 
• De 0 a 5 J de energia solar atinge um m2 de 
superfície terrestre por minuto. 
• Se toda essa energia fosse convertida em 
biomassa vegetal, teria 10 a 100x mais eficiência 
fotossintética. 
• Somente 44% da radiação incidente ocorre em 
comprimentos de onda apropriados para a 
fotossíntese. 
• Plantas cultivadas manejadas = 3 a 10% 
eficiência. 
Fatores limitantes 
• A escassez de água - a fotossíntese 
• A PPL aumenta com a duração da estação de 
crescimento 
• Comunidades aquáticas - PP pela 
disponibilidade de nutrientes e intensidade da 
radiação solar que penetra na coluna de água. 
• As comunidades aquáticas são mais 
produtivas nas zonas costeiras. 
 
O destino da Produtividade Primária 
• Heterótrofos - fungos, animais e a maioria das 
bactérias 
• Obtenção de energia: 
– diretamente da biomassa vegetal 
– indiretamente do consumo dos heterótrofos 
• Produtor = 1º Nível trófico 
• Consumidor 1ario = 2º Nível trófico 
• Consumidor 2ario = 3º Nível trófico 
 
Eficiência ecológica energética 
• Relação PS/PP = 1/10 
• A produtividade de herbívoros é menor do que a das 
plantas que eles consomem! Para onde vai parte da 
energia? 
– Nem toda a energia que foi assimilada pelo produtor é 
convertida em biomassa. 
– Parte da biomassa vegetal morre antes de ser consumida e 
sustenta os decompositores. 
– Nem toda biomassa vegetal comida pelos herbívoros é 
assimilada como biomassa do consumidor. 
 
Eficiência ecológica energética 
• A perda contínua de energia através das atividades 
metabólicas, limita a quantidade de energia que está 
disponível para o próximo nível trófico, o que é 
explicado pela 2ª Lei da Termodinâmica. 
Eficiência ecológica energética 
• O destino da energia assimilada pelos consumidores 
pode seguir as seguintes rotas: 
 • Respiração 
• Acumulação de 
biomassa 
• Degradação da matéria 
orgânica morta por 
bactérias e outros 
decompositores 
• Consumo pelos 
heterótrofos 
 
Eficiência ecológica energética 
• As proporções de PPL que fluem ao longo de uma das 
possíveis rotas de energia dependem das eficiências 
de transferências de uma etapa para outra. 
– Eficiência de consumo (EC) – porcentagem da produtividade 
disponível de um nível trófico que é consumida pelo nível 
trófico acima. 
– Eficiência de assimilação (EA) – percentagem de energia 
alimentar em um nível trófico que é assimilada e disponível 
para o crescimento e realização de trabalho. 
– Eficiência de produção (EP) – percentagem de energia 
assimilada incorporada à biomassa. 
 
Estrutura trófica 
• A interação do fenômeno da cadeia alimentar (a 
perda de energia em cada transferência) com 
relação entre tamanho e metabolismo resulta em 
uma estrutura trófica definida na comunidade. 
• A estrutura trófica pode ser medida e descrita em 
termos de: 
– Biomassa existente por unidade de área 
– Energia fixada por unidades de área e tempo 
– Quantidade de indivíduos nos níveis tróficos sucessivos 
 
Pirâmides ecológicas 
• Pirâmides de números: 
 representam o número de 
 indivíduos em cada nível 
 trófico. 
– Números variam muito 
de acordo com o tipo de 
comunidades, dependendo 
do tamanho dos indivíduos. 
 
Pirâmides ecológicas 
• Pirâmides de biomassa: representam a quantidade 
de peso seco ou valor calórico de biomassa em cada 
nível trófico. 
– Inclinação gradativa, 
desde que o tamanho dos 
indivíduos não difira muito. 
– Invertida quando os 
indivíduos dos níveis 
tróficos iniciais são bem 
menores. 
Pirâmides ecológicas 
• Pirâmides de energia: representam o fluxo de 
energia ou a produtividade nos níveis tróficos 
sucessivos. 
– Forma da pirâmide não é afetada pelo tamanho ou taxas 
metabólicas. 
– Se todas as fontes forem consideradas deve estar sempre 
na posição direta, devido à Lei da Entropia. 
Processo de decomposição 
• A decomposição é a desintegração da matéria 
orgânica morta por agentes físicos e biológicos por 
processos de transformação das moléculas orgânicas 
complexas em CO2, H2O e nutrientes inorgânicos. 
– Fonte de energia para o crescimento microbiano 
– Libera nutrientes para a absorção pelas plantas 
– Influencia o armazenamento de carbono 
 
Decomposição 
• Decompositores: Bactérias e fungos 
– As bactérias e fungos são os primeiros 
colonizadores do material morto 
• Detritívoros: consumidores generalistas de 
detritos e população de fungos e bactérias 
associadas. 
– Diversos invertebrados participam da 
decomposição de vegetais e animais mortos. 
•Detritívoros 
Processo de decomposição 
 
Tipos de decomposição 
• Decomposição aeróbia: 
– Mais eficiente na liberação de E contida nas moléculas 
orgânicas. 
– A cadeia de detritos é mais ativa em ambientes aeróbios e 
a quebra de materiais mais completa. 
• Decomposição anaeróbia: 
– Libera menor quantidade de E. 
– A quebra das moléculas orgânicas é substancialmente mais 
lenta e incompleta. 
– Resulta na acumulação de matéria orgânica não degradada 
na forma de turfas, solos e sedimentos orgânicos. 
 
Estágios da decomposição 
• Lixiviação: 
– Retira os compostos solúveis em água, como 
nutrientes e compostos simples de C, do material em 
decomposição. 
– Início com as folhas ainda na planta. 
• Fragmentação: 
– Efetuada por animais do solo, aumentando a área 
superficial para o ataque microbiano. 
– Importante em ecossistemas aquáticos e terrestres. 
Estágios da decomposição 
• Produção: 
– Alteração da composição química da matéria 
orgânica em CO2 e nutrientes. 
– Produção de húmus e liberação de compostos 
orgânicos solúveis. 
• Mineralização: 
– Liberação de nutrientes na forma inorgânica, 
disponível para vegetais e microrganimos. 
Estágios da decomposição 
Fase 1: Lixiviação 
Fase 2: 
fragmentação 
Fase 3: alteração 
química 
Importância da decomposição no 
ecossistema 
• Retorno do carbono estocado e fixado na PP 
para atmosfera; 
• Disponibilidade de nutrientes para a absorção 
pela vegetação; 
• Contribui na formação da matéria orgânica do 
solo que afeta a capacidade de troca catiônica 
e a retenção de água do solo.