aula10 energia

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EcossistemasEcossistemas
BIE-212: Ecologia
Licenciatura em Geociências e Educação Ambiental
ProgramaPrograma
IntroduIntroduççãoão
MMóódulo I: Organismosdulo I: Organismos
MMóódulo II: Populadulo II: Populaççõesões
MMóódulo III: Comunidadesdulo III: Comunidades
MMóódulo IV: Ecossistemasdulo IV: Ecossistemas
- Ecossistemas
- Conservação
• Fluxo de energia
- Produtividade
- Decomposição
- Cadeias tróficas
- Eficiências
- Pirâmides tróficas
• Ciclagem de matéria
• Resumo da aula
Roteiro da aulaRoteiro da aula
ORGANISMOORGANISMO
COMUNIDADECOMUNIDADE
ECOSSISTEMAECOSSISTEMA BIOSFERABIOSFERA
POPULAPOPULAÇÇÃOÃO
IntroduIntroduççãoão
Ecossistema é o conjunto de 
comunidades interdependentes cujos 
organismos reciclam matéria 
enquanto a energia flui através deles
Todos os organismos precisam de energia
EnergiaEnergia
É a capacidade de 
realizar trabalho
Luminosa
Química Mecânica
EnergiaEnergia
A energia pode ser transformada de um tipo em outro, 
mas não pode ser criada nem destruída
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
EnergiaEnergia
calor
calor
calor
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
calor
Nenhuma transformação espontânea de energia é
100% eficiente
EnergiaEnergia
30% é refletida para o espaço
20% absorvida pela atmosfera
50% absorvida como calor pelo solo
<1% é aproveitada na fotossíntese
Leis da termodinâmicaLeis da termodinâmica
calor
calor
calor
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
calor
Produção
secundária
Produção primária
Produção
secundária
Decomposição
ProdutividadeProdutividade
calor
calor
calor
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
calor
Biomassa Massa de organismos por unidade de área
Produtividade
Produção de biomassa por unidade 
de área e tempo 
Bruta
Líquida
Primária
Secundária
Taxa fotossintética total 
PPL = PPB – Respiração
Produção de biomassa por unidade de 
área e tempo pelos consumidores
ton / ha
J / m2
ton / ha /ano
J / m2 / ano
ProdutividadeProdutividade
ton / ha /ano
J / m2 / ano
Fatores limitantes da produtividade primária
Produtividade primProdutividade primááriaria
P + C +N
C + N
Tempo
P
o
p
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ç
ã
o
 
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c
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Tempo
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Nutrientes
Produtividade primProdutividade primááriaria
Luz
Total horas com luz ano
Fotossíntese
Produtividade
Ecosssistema aquático
100
50
20
10
1
0
20
40
60
100
80
In
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 (%
)
P
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(
m
)
Produtividade primária bruta
Produtividade primária 
líquida
Respiração
Produtividade primProdutividade primááriaria
Luz
Floresta
-10 0 10 20 30
Temperatura (oC) 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
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(
g
 
m
-
2
a
n
o
-
1
)
Temperatura
Taxa fotossintética
Produtividade
Produtividade primProdutividade primááriaria
Temperatura
DesertosDesertos
P
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P
r
o
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ç
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(
k
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/
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l
 
(
k
g
/
h
e
h
e
)
)
PrecipitaPrecipitaçção anual (mm)ão anual (mm)
100100 200200 500500300300 600600
10001000
20002000
400400
30003000
40004000
50005000
Precipitação
Densidade vegetação
Produtividade
Produtividade primProdutividade primááriaria
Água
CO2
F
o
t
o
s
s
í
n
t
e
s
e
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
25
20
15
10
5
0
1
0
9
t
o
n
d
e
 
C
O
2
Emissões globais de COEmissões globais de CO22 por combustpor combustííveis fveis fóósseissseis
Produtividade primProdutividade primááriaria
CO2
Concentração de CO2
Fotossíntese
Produtividade
PPL média (g/m2/ano)
Porcentagem de PPL 
no planeta
Porcentagem de área 
no planeta
Oceano aberto
Plat. continental
Estuário
Macroalgas e recifes
Ressurgência
Ambientes extremos
Desertos
Flor. trop. chuvosa
Savana
Cultivos
Floresta boreal
Campo
Arbustos
Tundra
Flor. trop. sazonal
F. temp. decídua
F. temp. perene
Pântanos
Rios e lagos
4985
10133
2250
32,2%
74,8%
2,6%
70,8%
29,2%
0,8%
Marinho
Terrestre
Água doce
Produtividade primProdutividade primááriaria
Gradiente 
latitudinal?
Biomassa autotrófica
Oceano
Continente
Produtividade primProdutividade primááriaria
Oceanos: importância do gradiente nutricional
CONTINENTE OCEANO ABERTO
600
400
200
0
6
4
2
0
30
20
10
0
A produtividade secundária depende da produtividade primária
B
i
o
m
a
s
s
a
Mês
Sibéria
B
i
o
m
a
s
s
a
Mês
Japão
B
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o
m
a
s
s
a
Mês
Subtrópicos
Produtividade secundProdutividade secundááriaria
3 87654
0
2
4
6
8
Precipitação (mm)
N
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f
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h
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e
s
A precipitação influencia o número 
de filhotes de Geospiza fortis
Precipitação
Produtividade primária
Alimento para pássaros granívoros
Número de filhotes
Produtividade secundProdutividade secundááriaria
NUTRIENTE 
INORGÂNICO
NUTRIENTE 
INORGÂNICO
MATÉRIA 
ORGÂNICA
MATÉRIA 
ORGÂNICA
imobilização
mineralização
Desintegração gradual da matéria orgânica morta por agentes 
físicos e biológicos
CO2 H2O NO3
NH4 PO4
Fotossíntese
Decomposição
DecomposiDecomposiççãoão
Decompositores
Detritívoros
Fragmentadores
Nutriente 
inorgânico
DecomposiDecomposiççãoão
Planta
Herbívoro
Carnívoro
Carnívoro
Carnívoro
Produtores 
primários
Consumidores 
primários
Consumidores 
secundários
Consumidores 
terciários
Consumidores 
quaternários
D
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s
• O fluxo de energia no ecossistema depende:
– Eficiência de transferência de energia de 
um nível trófico para outro
– Eficiência em que esta energia transferida
é utilizada em cada nível trófico
• Quão eficiente são essas transferência?
Eficiências de Eficiências de tranferênciatranferência
Nível trófico 1 Nível trófico 2
EC
Eficiência de consumo (EC)Eficiência de consumo (EC)
Proporção da produtividade total 
disponível em um nível trófico que é
consumida (ingerida) por um nível 
trófico acima
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Produção primária removida por herbívoros (%)
AlgasPlantas terrestre
Eficiências de Eficiências de tranferênciatranferência
Não 
digerível
Assimilado
Nível trófico 1 Nível trófico 2
EC
EA
Eficiência de assimilação (EA)Eficiência de assimilação (EA)
Proporção da energia consumida que 
é assimilada e disponibilizada para 
incorporação no crescimento ou para 
realizar trabalho
Grupo EA
Bactérias e fungos decompositores 100%
Carnívoros 80%
Herbívoros e detritívoros 20-50%
Parte de planta EA pelo herbívoro
Sementes e frutos 60-70%
Folhas 50%
Madeira 15%
Eficiências de Eficiências de tranferênciatranferênciaNão 
digerível
Assimilado
Nível trófico 1 Nível trófico 2
EC
EA
Trabalho
EPBiomassa
Eficiência de produção (EP)Eficiência de produção (EP)
Proporção da energia assimilada 
que é incorporada como biomassa
Grupo EP
Invertebrados 30-40%
Vertebrados ectotérmicos 10%
Vertebrados endotérmicos 1-2%
Vertebrados endotérmicos 
de pequeno porte
< 1%
Eficiências de Eficiências de tranferênciatranferência
Não 
digerível
Assimilado
Nível trófico 1 Nível trófico 2
EC
EA
Trabalho
EPBiomassa
Proporção da energia transferida 
de um nível trófico para outro
Eficiência ecológica Eficiência ecológica 
EC EA EPx x = EE
2 6 10 14 16 20 24
Eficiência ecológica (%)
N
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s
Lei dos 10%
Eficiências de Eficiências de tranferênciatranferência
Ilustra a transferência de energia em cada nível trófico
Pirâmides de energiaPirâmides de energia
Lei dos 10%
de luz
Áreas alagadas da Flórida
(g/m2)
Ilustra a quantidade de biomassa presente em cada nível trófico
Produtores são muito menores e 
possuem taxa de crescimento
muito maior do que seus
consumidores
Pirâmides de biomassaPirâmides de biomassa
Como é possível?
Canal inglês
Indica o número de indivíduos em cada nível trófico
Campo
(indivíduos/0,1 ha)
1
90.000
200.000
1.500.000
Pirâmides de nPirâmides de núúmerosmeros
Floresta temperada
150.000
200
Planta
Herbívoro
Carnívoro
Carnívoro
Carnívoro
Produtores 
primários
Consumidores 
primários
Consumidores 
secundários
Consumidores 
terciários
Consumidores 
quaternários
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Cadeia Cadeia trtróóficafica
Número de níveis tróficos
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d
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c
a
s
o
s
Média = 3,5
- Muito longa
- Simplicidade
Problemas
Planta
Herbívoro
Carnívoro
Carnívoro
Carnívoro
Produtores 
primários
Consumidores 
primários
Consumidores 
secundários
Consumidores 
terciários
Consumidores 
quaternários
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Cadeia Cadeia trtróóficafica
Como em todas generalizações, existem 
exceções
- Nem todos consumidores são encaixados 
perfeitamente em cada compartimento
- Herbívoros às vezes comem matéria orgânica 
morta 
- Carnívoros às vezes comem herbívoros, 
detritívoros e eventualmente 
plantas
- Alguns animais mudam sua 
dieta conforme crescem
Teia Teia trtróóficafica
Representação simplificada 
de uma teia trófica
Quítons Chapeuzinho 
chinês
Mexilhão Craca Lepa
PRESAS
PREDADOR 
INTERMEDIÁRIO
PREDADOR 
DE TOPO
Teia Teia trtróóficafica
Comunidade com Pisaster (controle)
Comunidade sem Pisaster (experimental)
Anos
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Paine
Experimento de remoção de Pisaster
Nas comunidade onde Pisaster foi removida, a riqueza declinou 
rapidamente ao longo dos anos, enquanto nas comunidades onde 
Pisaster foi mantida, a riqueza se manteve constante
Teia Teia trtróóficafica
Quítons Chapeuzinho 
chinês
Mexilhão Craca Lepa
PRESAS
PREDADOR 
INTERMEDIÁRIO
PREDADOR 
DE TOPO
A remoção de 
Pisaster aumenta a 
abundância de Thais
A predação preferencial de Thais sobre outras espécies permite que 
os mexilhões, que são competidores mais fortes, dominem 
numericamente o costão e excluam as cracas
Teia Teia trtróóficafica
Espécies dominantes
Espécies 
chave
Biomassa relativa da espécie
I
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A
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B
A
I
X
O
Espécie 
com baixa 
biomassa, 
mas alto 
impacto
Uma espécie-chave 
influencia a 
comunidade de forma 
desproporcional à sua 
biomassa
Espécies dominantes têm 
grande influência sobre a 
comunidade apenas 
porque contribuem com 
muita biomassa
Espécie chave: espécies cuja influência sobre a composição da 
comunidade é maior do que seria esperado pela sua abundância relativa
Teia Teia trtróóficafica
NUTRIENTESNUTRIENTES
Reservatórios
Atmosfera
Lagos, rios, oceanos
Rochas
Solo
Reservatórios
Atmosfera
Lagos, rios, oceanos
Rochas
Solo
Ciclagem de nutrientesCiclagem de nutrientes
calor
calor
calor
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
calor
EnergiaEnergia
Unidirecional
MatériaMatéria
Cíclico
Construtores
Macronutrientes
Micronutrientes
CC OO HH NN
NaNa MgMg PP SS ClCl KK CaCa
FF SiSi VV CrCr
M
n
M
n Fe
Fe C
o
C
o Cu
Cu ZnZn SeSe
M
o
M
o Sn
Sn II
• Tipos de ciclos
– Gasoso
– Sedimentar
Recursos essenciais para a manutenção de 
estruturas e processos biológicos
Ciclagem de nutrientesCiclagem de nutrientes
Ciclos Ciclos biogeoqubiogeoquíímicosmicos
Nitrogênio
Água
Carbono
Fósforo
Ecossistema Matéria
orgânica
N P K Ca Mg PPL
(g C/m2/ano)
Floresta boreal 353 230 324 94 149 455 360
Floresta temperada 4 5,5 5,8 1,3 3 3,4 540
Chaparral 3,8 4,2 3,6 1,4 5 2,8 270
Floresta tropical 0,4 2 1,6 0,7 1,5 1,1 900
Tempo de residência médio (em anos) da matéria orgânica e nutrientes e a 
produtividade primária líquida (PPL) em quatro ecossistemas
PPLTempo de residência
Reciclagem de nutrientes Produtividade
Ciclagem de nutrientesCiclagem de nutrientes
Código Florestal (Lei 4.771 de 15/09/65)
É obrigatória a conservação de 30 m de mata para cursos 
d’água com até 10 m de largura
Contribuem para:
•Escoamento das águas da chuva
•Diminuição do pico dos períodos de cheia
•Estabilidade das margens e barrancos de cursos d’água
•Ciclo de nutrientes existentes na água
AplicaAplicaçção prão prááticatica
6 CO6 CO2 2 + 6 H+ 6 H22O O �������� CC66HH1212OO66 + 6 O+ 6 O22
COCO22 OO22
lixiviaçãolixiviação
Nutrientes: N e P
AssoreamentoAssoreamento
Erosão
Lixiviação
Esgoto
nutrientes nutrientes 
Florações 
cianobactérias
NN22
TurbidezTurbidez
LuzLuz
MO MO 
decompositoresdecompositoresconsumo de O2consumo de O2
HipoxiaHipoxiaX X
X
X
RIQUEZARIQUEZA
ResumoResumo
calor
calor
calor
Produtores Herbívoros Carnívoros
Decompositores
calor
NUTRIENTESNUTRIENTES
Reservatórios
Atmosfera
Lagos, rios, oceanos
Rochas
Solo
Reservatórios
Atmosfera
Lagos, rios, oceanos
Rochas
Solo
EnergiaEnergia
Unidirecional
MatériaMatéria
Cíclico