Conceitos.Prop.Emergentes.e.Fluxo.de.Energia

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Ecologia de EcossistemasEcologia de Ecossistemas
Conceitos, Propriedades Emergentes e Conceitos, Propriedades Emergentes e 
Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Prof. Vinicius FarjallaProf. Vinicius Farjalla
Conceito e Propriedades EmergentesConceito e Propriedades Emergentes
Ecossistema (Tansley, 1935):
qualquer unidade (biosistema) que abranja todos os organismos vivos 
(comunidade biótica) de uma dada área, interagindo com o ambiente 
físico de tal forma que um haja um fluxo de energia e uma ciclagem de 
materiais entre as partes vivas e não-vivas (Odum, 1983). 
Organização Hierárquica:
Genes – Células – Órgãos – Organismos – Populações – Comunidades –
Ecossistemas
Propriedades Emergentes:
Definem o porquê do estudo dos níveis hierárquicos. O todo é maior 
que a soma das partes.
Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ
Conceito e Propriedades EmergentesConceito e Propriedades Emergentes
Propriedades emergentes
. Propriedades, características que surgem apenas quanto todas as 
partes de um todo são colocadas juntas;
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Conceito e Propriedades EmergentesConceito e Propriedades Emergentes
Propriedades emergentes
Recifes de Coral
. Propriedades emergentes de ecossistemas: fluxo de energia, ciclagem 
de nutrientes, produção primária líquida.
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Conceito e Propriedades EmergentesConceito e Propriedades Emergentes
Ecossistema (Tansley, 1935):
qualquer unidade (biosistema) que abranja todos os organismos vivos 
(comunidade biótica) de uma dada área, interagindo com o ambiente 
físico de tal forma que um haja um fluxo de energia e uma ciclagem de 
materiais entre as partes vivas e não-vivas (Odum, 1983). 
Organização Hierárquica:
Genes – Células – Órgãos – Organismos – Populações – Comunidades –
Ecossistemas
Propriedades Emergentes:
Definem o porquê do estudo dos níveis hierárquicos. O todo é maior 
que a soma das partes.
Visão Holística x Visão Reducionista
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Estrutura de EcossistemasEstrutura de Ecossistemas
Ecossistemas: Principais Componentes e Características
1) A comunidade
2) O fluxo de energia
3) A ciclagem de materiais Fluxo ≠ Ciclagem
Odum, 1983
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Estrutura de EcossistemasEstrutura de Ecossistemas
Ecossistemas: Principais Componentes e Características
São abertos, isto é, possuem uma entrada e uma saída
Odum, 1983
Visão Holística de Ecossistemas
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Estrutura de EcossistemasEstrutura de Ecossistemas
. Principais atores: substâncias inorgânicas, substâncias 
orgânicas, ambiente físico e os organismos; 
. Organismos organizados em guildas tróficas;
. Principais guildas: produtores, consumidores e decompositores;
Terrestre Aquático Odum, 1983
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Estrutura de EcossistemasEstrutura de Ecossistemas
. Produtores: organismos autotróficos que produzem material 
orgânico a partir de material inorgânico;
. Consumidores: organismos heterotróficos que produzem material 
orgânico a partir da ingestão de outros organismos;
. Decompositores: organismos heterotróficos que produzem 
material celular a partir da ingestão de matéria orgânica morta,
particulada ou dissolvida. Remineralizadores.
Odum, 1983
. Interação entre as guildas;
. Separação espacial;
. Separação temporal (ex. serrapilheira 
em floresta tropicais).
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A Hipótese A Hipótese GaiaGaia
((LovelockLovelock, 1979), 1979)
Ecossistema Terra
Os organismos não somente se adaptam ao ambiente físico 
mais, através da sua ação, alteram o ambiente físico de 
acordo com suas necessidades fisiológicas
Os organismos e o ambiente físico se desenvolvem juntos, 
interdependentemente
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A Hipótese A Hipótese GaiaGaia
((LovelockLovelock, 1979), 1979)
Níveis locais Níveis Globais
Metanogênicos mudaram o 
clima do planeta
Odum, 1983
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A Hipótese A Hipótese GaiaGaia
((LovelockLovelock, 1979), 1979)
O que nós estamos fazendo...
. Aumento do CO2 atmosférico (Efeito Estufa);
. Diminuição da camada de ozônio;
. Perda de biodiversidade e de ecossistemas inteiros;
. Mudamos o ambiente para nosso benefício a curto prazo;
. “Tragédia dos Comuns”
Mesmo Fim dos Metanogênicos ?
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EnergiaEnergia
Energia: O que é e como se comporta
Energia é definida como a capacidade de realizar trabalho
. 1a lei da termodinâmica ou lei da conservação da energia – a 
energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser 
criada nem destruída. 
. 2a lei da termodinâmica ou lei da entropia – nenhum processo 
que implique em uma transformação de energia ocorrerá 
espontaneamente, a menos que haja uma degradação da energia de 
uma forma concentrada para uma mais dispersa.
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Energia SolarEnergia Solar
Sol
Estocada
Odum, 1983
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Assimilação de EnergiaAssimilação de Energia
Odum, 1983
O mesmo ocorre com organismos heterotróficos
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Assimilação de EnergiaAssimilação de Energia
Produção Primária
CO2 + H2O CH2O + O2
Luz
Organismos que possuem clorofila ou bacterioclorofila
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Produção PrimáriaProdução Primária
Definições
Produtividade primária (PP) de um sistema ecológico, comunidade ou 
população é a taxa na qual a energia radiante é convertida pela atividade 
fotossintética de organismos produtores em substâncias orgânicas. Medida 
como taxa, em unidade de área e de tempo.
Produtividade primária bruta (PB) é a taxa global de fotossíntese, 
incluindo a matéria orgânica usada na respiração durante um certo 
período de tempo.
Produtividade primária líquida (PL) é a taxa de armazenamento de 
matéria orgânica nos tecidos vegetais, em excesso relativo ao uso 
respiratório durante um certo período de tempo. (PL = PB-R)
Produtividade secundária (ou assimilação) é a taxa de armazenamento 
energético pelos níveis consumidores durante um certo período de tempo.
Standing crop (B) é a biomassa vegetal existente em um dado momento.
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Produção PrimáriaProdução Primária
Definições - Exemplo
Odum, 1983
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Produção PrimáriaProdução Primária
Como medir ?
CO2 + H2O CH2O + O2
Princípio do método - acompanhar a evolução das concentrações de O2. 
Luz
CH2O (t1) CH2O (t2)
Princípio do método - medir o acúmulo de matéria orgânica ao longo do 
tempo. 
Produção Primária Bruta ou Líquida ?
14CO2 + H2O 14CH2O + O2
Princípio do método - medir o carbono inorgânico dissolvido da água 
assimilado pelo fitoplâncton através da fotossíntese. 
Luz
Produção PrimáriaProdução Primária
Padrões Gerais de Produção Primária
1) Espacialmente
Odum (2000)
Florestas 
Tropicais
Maior parte do 
planeta
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Produção PrimáriaProdução Primária
Padrões Gerais de Produção Primária
1) Espacialmente
Odum, 1983
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Produção PrimáriaProdução Primária
Padrões Gerais de Produção Primária
2) Temporalmente
TEMPO
Biomassa
Produtividade
Sucessão Pós-Fogo em Floresta Temperada 
(Whittaker, 1969, J. of Ecology)
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Produção PrimáriaProdução Primária
Fatores Limitantes
1) Luz
Energia solar que alcança a Terra (J cm-2 min-1)
Begon (1996)
Produção Primária na Terra (gC m-2 ano-1)
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Produção PrimáriaProdução Primária
Fatores Limitantes
2) Água
Relação entre a produção primária líquida florestal e a precipitação anual (Reichle, 1970)
Begon (1996)
Em regiões áridas e relação é linear !
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Produção PrimáriaProdução Primária
Fatores Limitantes
3) Temperatura
Begon (1996)
Relação entre a produção primária líquida florestal e a temperatura
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Produção PrimáriaProdução Primária
Luz e Temperatura
Wetzel (2000)
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Produção PrimáriaProdução Primária
Fatores Limitantes
4) Nutrientes
Begon (1996)
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Produção PrimáriaProdução Primária
Luz e Nutrientes
Begon (1996)
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Produção PrimáriaProdução Primária
Destino da Produção Primária nos Ecossistemas
Begon (1996)
Produção Secundária cerca de 1/10 da Produção Primária. 
Por que?
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Cadeia AlimentarCadeia Alimentar
(dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas)
Cadeia alimentar refere-se a transferência de energia entre níveis 
tróficos, desde os autótrofos, através de uma série de organismos que 
consomem e são consumidos.
(cadeias de herbivoria ou pastagem)
Grama – coelho – cobra – homem
Fitoplâncton – zooplâncton – peixe – peixe carnívoro – homem 
(cadeias de detritos)
Teias alimentares – ocorrem na maioria dos ecossistemas
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Cadeia AlimentarCadeia Alimentar
(dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas)
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Cadeia AlimentarCadeia Alimentar
(dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas)
Exemplos
Odum, 1983
Interação entre cadeias de pastagem e detritívora
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Cadeia AlimentarCadeia Alimentar
(dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas)
Exemplos
Odum, 1983
Ecossistema cujo fluxo de energia 
é baseado na cadeia detritívora 
(Manguezal)
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Odum, 1983
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Odum, 1983
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Odum, 1983
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Exemplos
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Odum, 1983
Odum, 1990
Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Exemplos
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
As transferências de energia de um nível para outro dependem:
Eficiência de consumo
Eficiência de assimilação
Eficiência de produção
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Eficiência de consumo (EC) =
Pn-1 - Produção total disponível em um nível trófico
In - Produção disponível consumida pelo nível trófico superior 
100
1-Pn
In x
Produtor Táxon do consumidor % de Consumo da Produção
Árvores de faia Invertebrados 8
Árvores de carvalho Invertebrados 11
grama Invertebrados 10
Alfafa Invertebrados 3
Plantas aquáticas Bivalves 11
Plantas aquáticas Animais herbívoros 19
Algas Zooplâncton 25
Fitoplâncton Zooplâncton 40
Fitoplâncton Animais herbívoros 21
Begon et al. (1996)
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Eficiência de assimilação (EA) = 
In - alimento ingerido pelos consumidores
An - alimento assimilado pelos consumidores
100
In
An x
Consumidor % assimilado
Bactérias e fungos 100
Herbívoros e detritívoros 20 – 50
Carnívoros 80
Substância consumida % assimilado
Sementes e frutas 60-70
Folhas 50
madeira 15
Begon et al. (1996)
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Eficiência de produção (EP) =
An - biomassa assimilada 
Pn - biomassa formada
100
An
Pn x
Begon et al. (1996)
Grupo % produzido
Insetívoros 0,9
Pássaros 1,3
Pequenos mamíferos 1,5
Outros mamíferos 3,1
Peixes e insetos sociais 9,8
Invertebrados não insetos
Herbívoros 21
Carnívoros 28
Detritívoros 36
Insetos não sociais
Herbívoros 39
Carnívoros 47
Detritívoros 56
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Pirâmides EcológicasPirâmides Ecológicas
. Modo de organização trófica de um ecossistema
. Pirâmides de números, biomassa e energia
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Pirâmides EcológicasPirâmides Ecológicas
. Pirâmide de números – pouco informativa sobre organização trófica. Pode ser 
invertida, no caso de produtores grandes e herbívoros pequenos (insetos);
. Pirâmide de biomassa – mais informativa que a anterior. Também pode ser 
invertida. Neste caso, produtores com alta produtividade e alta taxa de renovação.
Odum, 1983
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Pirâmides EcológicasPirâmides Ecológicas
. Pirâmide de energia – muito informativa sobre organização trófica. Ao contrário 
das outras que são fotografias de um dado momento, a pirâmide de energia é uma 
integrada da energia que é produzida e circula pela cadeia alimentar. Nunca é 
invertida.
Odum, 1983
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