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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; Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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. Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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). Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ A Hipótese A Hipótese GaiaGaia ((LovelockLovelock, 1979), 1979) Níveis locais Níveis Globais Metanogênicos mudaram o clima do planeta Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 ? Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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. Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Energia SolarEnergia Solar Sol Estocada Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Assimilação de EnergiaAssimilação de Energia Odum, 1983 O mesmo ocorre com organismos heterotróficos Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Assimilação de EnergiaAssimilação de Energia Produção Primária CO2 + H2O CH2O + O2 Luz Organismos que possuem clorofila ou bacterioclorofila Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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. Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Definições - Exemplo Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Padrões Gerais de Produção Primária 1) Espacialmente Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Padrões Gerais de Produção Primária 2) Temporalmente TEMPO Biomassa Produtividade Sucessão Pós-Fogo em Floresta Temperada (Whittaker, 1969, J. of Ecology) Prof. Vinicius Farjalla– Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 ! Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Fatores Limitantes 3) Temperatura Begon (1996) Relação entre a produção primária líquida florestal e a temperatura Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Luz e Temperatura Wetzel (2000) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Fatores Limitantes 4) Nutrientes Begon (1996) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Luz e Nutrientes Begon (1996) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Produção PrimáriaProdução Primária Destino da Produção Primária nos Ecossistemas Begon (1996) Produção Secundária cerca de 1/10 da Produção Primária. Por que? Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Cadeia AlimentarCadeia Alimentar (dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Cadeia AlimentarCadeia Alimentar (dentro da perspectiva de fluxo de energia em ecossistemas) Exemplos Odum, 1983 Interação entre cadeias de pastagem e detritívora Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Fluxo de EnergiaFluxo de Energia Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Fluxo de EnergiaFluxo de Energia Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Fluxo de EnergiaFluxo de Energia Odum, 1983 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Fluxo de EnergiaFluxo de Energia Exemplos Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Odum, 1983 Odum, 1990 Fluxo de EnergiaFluxo de Energia Exemplos Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Fluxo de EnergiaFluxo de Energia As transferências de energia de um nível para outro dependem: Eficiência de consumo Eficiência de assimilação Eficiência de produção Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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) Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ Pirâmides EcológicasPirâmides Ecológicas . Modo de organização trófica de um ecossistema . Pirâmides de números, biomassa e energia Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ 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 Prof. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Inst. Biologia / UFRJ
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