Aula 2 Ecologia (2013)

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA - IME / SE – 1 
CIÊNCIAS DO 
AMBIENTE 
• Cap Bandeira (SE/2) 
2013 
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AULA 2: NOÇÕES 
BÁSICAS DE 
ECOLOGIA 
CIÊNCIAS DO AMBIENTE 
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SUMÁRIO 
1. Definições Básicas. 
 
2. Ecologia das Populações. 
 
3. Comunidades e Ecossistema. 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
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Estudo do meio ambiente enfocando as interrelações entre os 
componentes vivos (meio biótico) e não vivos (meio abiótico) do 
meio ambiente. 
ECOLOGIA: 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
Procura responder três perguntas simples: 
 
• Onde estão os organismos? 
 
• Em quantos indivíduos ocorrem? 
 
• Por que eles lá estão (ou não estão)? 
 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
E
C
O
L
O
G
I
A
 
ECOLOGIA: Interações com outras ciências. 
Outras ciências 
biológicas: 
Microbiologia, 
Zoologia, ... 
Desenvolvimento teórico 
Informática, 
Estatística, 
Demografia... 
Ferramentas 
Ciências aplicadas 
onde o 
conhecimento 
ecológico pode ser 
útil: 
ENGENHARIA, 
MEDICINA, 
DIREITO ... 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
Conjunto de todos os fatores ou condições 
externas que têm influência sobre os seres vivos. 
MEIO AMBIENTE: 
Conjunto de seres vivos que interagem entre si e com 
o conjunto de recursos fornecidos pela natureza de 
forma equilibrada e auto-suficiente, por meio da 
reciclagem de matéria e uso da energia. 
ECOSSISTEMA: 
Biocenose 
Biótopo 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
ECOSFERA BIOSFERA 
ECOSSISTEMA 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
UNIDADES ECOLÓGICAS: 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS 
HABITAT: 
Lugar onde uma (ou mais de uma) espécie vive, 
encontrando abrigo de intempéries e de 
predadores e condições de reprodução. 
Função que cada espécie desempenha no ecossistema e suas 
relações com as demais espécies e com o meio ambiente. 
NICHO: 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
ATRIBUTOS DEMOGRÁFICOS DE UMA POPULAÇÃO: 
POPULAÇÃO: 
Grupo de organismos da 
mesma espécie, ocupando 
um espaço particular em 
um tempo determinado. 
NATALIDADE: 
Produção de novos indivíduos 
por unidade de tempo. 
MORTALIDADE: 
Número de óbitos por unidade 
de tempo. 
FERTILIDADE: 
Baseado no número de nascimentos bem sucedidos. 
FECUNDIDADE: 
Potencial fisiológico de reprodução atribuído a uma população. 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
ATRIBUTOS DEMOGRÁFICOS DE UMA POPULAÇÃO: 
DISPERSÃO 
IMIGRAÇÃO 
EMIGRAÇÃO 
DENSIDADE: 
Número de indivíduos por 
unidade de área ou volume. 
 
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DENSIDADE 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
ATRIBUTOS DEMOGRÁFICOS DE UMA POPULAÇÃO: 
IMIGRAÇÃO 
EMIGRAÇÃO 
NATALIDADE MORTALIDADE 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Simples 
tttttt EDIBNN 1
População no tempo seguinte. 
População atual. 
• Baseado em atributos demográficos. 
Nascimentos no período atual. 
Mortes no período atual. 
Imigração atual. 
Emigração atual. 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Aritmético 
TcNNc
dT
dN
t *0 
• Variação do número de indivíduos é constante no tempo. 
Exemplos: algumas 
espécies de gafanhotos e 
de plantas de pastagens. 
0 
20 
40 
60 
80 
100 
120 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Número de Indivíduos x Tempo 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Exponencial 
Nr
dT
dN
m *
Taxa real de crescimento a qualquer instante. 
Taxa instantânea de crescimento. Refere-se à taxa máxima 
de crescimento populacional (potencial biótico), obtida em 
condições de crescimento ideal sem qualquer tipo de perda. 
Número de indivíduos. 
krr m 
Taxa real (instantânea) de crescimento. 
Perdas por predação, parasitismo, emigração... 
• População cresce indefinidamente. 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Exponencial 
T
R
rm
0ln
rm pode ser obtido em campo da seguinte maneira: 
Taxa reprodutiva bruta. 
Tempo de geração. 
• R0 pode ser definida como o somatório do produto entre o 
número de sobreviventes e de nascimentos em cada classe 
etária de uma população. 
 
• É uma taxa finita, com lógica de fácil compreensão em termos 
demográficos. 
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x lx mx lx*mx 
0 1 0 0 
1 1 2 2 
2 1 1 1 
3 1 0 0 
4 0 0 0 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Exponencial 
R0 pode ser estimada a partir de uma Tabela de Vida 
Considere um animal que viva 3 anos e que produza 2 jovens no 
ano 1, um jovem no ano 2 e nenhum no ano 3. Sua tabela de vida 
teria a seguinte forma: 
0,3*
4
0
0  xx mlR
33,1
*
**
4
0
4
0 


xx
xx
ml
mlx
T
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Exponencial 
Nr
dT
dN
*
rt
t eNN *0







0
ln*
1
N
N
t
r t
0 
1000000 
2000000 
3000000 
4000000 
5000000 
6000000 
7000000 
0 10 20 30 40 50 
Tempo 
N versus T 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Exponencial 
• Raramente, as populações obedecem ao modelo 
exponencial por longos períodos. 
 
• No entanto, há situações genéricas em que tal fato ocorre: 
 
• Introdução de uma nova espécie no ecossistema; 
• Criação de novos habitats. 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
VARIAÇÃO DA POPULAÇÃO: Modelo Geométrico ou Malthusiano 
*1 tt NN 
• Variação em PG. Razão da progressão. 
Normalmente: λ = 1+r 
re lnr
• Semelhante ao modelo exponencial. 
0 
1000 
2000 
3000 
4000 
5000 
6000 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Número de Indivíduos x Tempo 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
CRESCIMENTO DE UMA POPULAÇÃO: Modelo Logístico 
K
NK
Nr
dT
dN 
 **
Taxa real de crescimento a qualquer instante. 
Número de indivíduos. 
Taxa real (instantânea) de crescimento. 
Capacidade de suporte do meio. 
• População deixa de crescer ao atingir uma densidade máxima. 
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ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
CRESCIMENTO DE UMA POPULAÇÃO: Modelo Logístico 
• Em baixas densidades (N→0), o crescimento é 
aproximadamente exponencial; 
 
• Em altas densidades (N→K), o número de indivíduos pouco se 
altera. 
0lim 




 

K
NK
KN 1lim 0 




 

K
NK
N
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0 
20 
40 
60 
80 
100 
0 100 200 
Tempo 
N versus T 
K
NK
Nr
dT
dN 
 **
trat e
K
N
*1 

CRESCIMENTO DE UMA POPULAÇÃO: Modelo Logístico 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
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CURVAS DE SOBREVIVÊNCIA: 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• São a expressão gráfica da coluna lx da Tabela de Vida; 
 
• A coluna lx pode ser transformada em probabilidade de 
sobrevivência, já que representa a proporção de indivíduos vivos 
em determinada faixa etária. 
 
• O gráfico lx em função do tempo é a Curva de Sobrevivência. 
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CURVAS DE SOBREVIVÊNCIA: Exemplos 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• A: mortalidade por senilidade; 
 
• B1: mortalidade afetada por 
mudanças ontogenéticas; 
 
• B2: mortalidade independente da 
idade; 
 
• B3: mortalidade sazonal; 
 
• C: mortalidade alta em estágios 
juvenis. 
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REGULAÇÃO DE POPULAÇÕES: 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
1. Fatores exógenos 
Tipo genérico Natureza 
Denso-dependentes 
Predação 
Alimento 
Parasitismo 
Predação e alimento 
Espaço 
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REGULAÇÃO DE POPULAÇÕES: 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
2. Fatores endógenos 
Tipo genérico Natureza 
Denso-independentes 
Tempo disponível 
Esgotamento pituitário 
Enfermidade de choque 
Componentes genéticos 
Aumento nos genótipos inviáveis 
Ruptura genética 
Retroação genética 
Interação Social 
Mudanças na biologia reprodutiva 
Competição 
Dispersão Dispersão denso-regulada 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Principais Tipos 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
Tipo de interação 
Espécie 
Natureza da Interação 
A B 
Competição - - Inibição mútua 
Neutralismo 0 0 Sem efeitos 
Mutualismo + + Relação obrigatória 
Protocooperação + + Relação facultativa 
Predação + - B é destruído por A 
Parasitismo + - B é explorado por A 
Comensalismo + 0 Hospedeiro não é afetado 
Amensalismo - 0 A é inibido, B não se afeta 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Modelo de Lotka-Volterra 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• Duas espécies crescem conforme o modelo logístico. 
1
11
11
1 **
K
NK
Nr
dT
dN 

2
22
22
2 **
K
NK
Nr
dT
dN 

• As espécies têm diferentes necessidades de recursos; 
 
• Portanto, para uma quantidade de alimentos limitada, 
haverá crescimento diferenciado entre elas; 
 
• Assim, o modelo propõe converter as diferenças no uso 
dos recursos em uma unidade comum. 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Modelo de Lotka-Volterra 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
1
211
11
1 **
K
NNK
Nr
dT
dN 

2
122
22
2 **
K
NNK
Nr
dT
dN 

• Enfim: 
Fator de conversão de 
indivíduos da outra espécie. 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Predador x Presa 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• Na ausência do predador, presa segue crescimento logístico: 
ttt NZBN *)*0,1(1 
Inclinação da curva 
reprodutiva. 
Desvio em relação ao 
equilíbrio (Zt=Nt – Neq). 
• Na presença de predadores: 
ttttt PNCNZBN ***)*0,1(1 
Constante de eficiência 
do predador. 
População de 
predadores. 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Predador x Presa 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• Estima-se a população de predadores da seguinte forma: 
ttt PNQP **1 
Eficiência da utilização 
de presas pelo predador. 
• Taxas máximas de reprodução: 
eq
t
t NB
N
N
R   0,11 eq
t
t NQ
P
P
S *1  
PRESA PREDADOR 
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INTERAÇÕES ENTRE AS ESPÉCIES: Predador x Presa 
ECOLOGIA DAS POPULAÇÕES 
• Exemplo: 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 
Presas 
Predadores 
B = 0,005; 
C = 0,015; 
Q = 0,02; 
Neq = 100; 
P0 = 2; 
N0 = 60. 
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COMUNIDADES 
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CONCEITO: 
COMUNIDADES 
Conjunto de todas as populações de uma dada 
área geográfica. É a “parte viva” do ecossistema. 
BIOCENOSE 
Termo frequentemente utilizado por ecólogos 
europeus em lugar de comunidade. 
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PROPRIEDADES: 
COMUNIDADES 
• Presença de muitas espécies em determinada área; 
 
• Recorrência da “comunidade” no tempo e no espaço; 
 
• Presença de mecanismos homeostáticos. 
HOMEOSTASE 
Mecanismo de auto-controle e 
autorregulação que busca manter o 
ecossistema em equilíbrio. Acionado na 
ocorrência de qualquer perturbação. 
Eficiente se acionado naturalmente. 
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ATRIBUTOS MENSURÁVEIS EM CAMPO: 
COMUNIDADES 
Atributos Observação 
Composição específica Catálogo de espécies da comunidade 
Riqueza de espécies Número de espécies 
Dinâmica e equitabilidade Ocorrência numérica das espécies 
Formas de crescimento Influência de fatores climáticos 
Estrutura espacial Local específico ocupado 
Associações tróficas 
Relações alimentares (carnívoros, 
herbívoros e produtores) 
Dinâmica temporal Ciclos observados 
Interdependência Pilar conceitual das comunidades 
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ECOSSISTEMA: 
COMUNIDADES 
Qualquer unidade que inclua a totalidade dos 
organismos (comunidade) de uma área 
determinada, que atua em reciprocidade com o 
meio físico de modo que uma corrente de energia 
conduza a uma estrutura trófica, a uma 
diversidade biótica e a ciclos biogeoquímicos . 
ASPECTOS 
• ESTRUTURAIS 
• FUNCIONAIS 
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COMUNIDADES 
ASPECTOS ESTRUTURAIS DO ECOSSISTEMA: 
Aspectos Estruturais 
Substâncias inorgânicas (particuladas, dissolvidas) 
Substâncias orgânicas (particuladas, dissolvidas) 
Clima 
Substrato físico (sólido, líquido e gasoso) 
Componentes bióticos 
• Produtores; 
• Consumidores; 
• Predadores; 
• Desintegradores; 
• Regeneradores. 
 
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COMUNIDADES 
ASPECTOS FUNCIONAIS DO ECOSSISTEMA: 
Aspectos Funcionais 
Fluxo de energia 
Cadeias de alimentos 
Diversidade (tempo e espaço) 
Ciclos de nutrientes 
Sucessão e evolução 
Controle 
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BIODIVERSIDADE: Conceito 
É o estudo das relações quantitativas entre riqueza 
e abundância das espécies dentro de comunidades. 
INFORMAÇÕES 
BÁSICAS 
COMUNIDADES 
• S: Total de Espécies 
• N: Total de Indivíduos 
• Ni: Número de indivíduos de 
cada espécie 
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BIODIVERSIDADE: Riqueza em espécies 
COMUNIDADES 
 Sejam duas comunidades A e B. 
NÚMERO DE 
INDIVÍDUOS 
COMUNIDADE A COMUNIDADE B 
Espécie 1 99 50 
Espécie 2 1 50 
 OBSERVAÇÕES: 
 
• As comunidades A e B têm a mesma riqueza específica. 
 
• No entanto, a comunidade B é mais diversa. 
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BIODIVERSIDADE: Padrões Biogeográficos 
COMUNIDADES 
• O número de espécies aumenta com a diminuição da latitude. 
REGIÃO 
NÚMERO DE ESPÉCIES 
EPICONTINENTAIS DE PEIXE 
Grandes Lagos (EUA/Canadá) 172 
Europa 192 
Lago Tanganica (África) 214 
Bacia Amazônica > 1.000 
• No entanto, existem outros fatores, tais como: altitude e 
barreiras geográficas. 
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BIOMAS 
COMUNIDADES 
• São grandes regiões que propiciam o desenvolvimento de 
espécies adaptadas às suas condições. 
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BIOMAS 
COMUNIDADESINSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA - IME / SE – 1 
BIOMAS: Ambientes Aquáticos 
COMUNIDADES 
• Água doce  Lóticos (cursos d’água) 
• Água doce  Lênticos (lagos e pântanos) 
• Água salina oceanos 
• Água salina estuários 
FATORES LIMITANTES: 
• Luz 
• Oxigênio 
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BIOMAS: Ambientes Terrestres 
COMUNIDADES 
Tundra Taiga Florestas temperadas 
Floresta tropical Campos Desertos 
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EQUILÍBRIO ECOLÓGICO: 
COMUNIDADES 
• Depende da complexidade e estabilidade das comunidades. 
VARIÁVEIS DE INTERESSE 
Abundância 
Densidade (número de indivíduos) 
por unidade de área ou volume. 
Composição 
Catálogo específico das espécies 
da comunidade. 
Abundância em 
um nível trófico 
Somatório das densidades de um 
dado nível trófico 
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EQUILÍBRIO ECOLÓGICO: 
COMUNIDADES 
COMPLEXIDADE 
Riqueza Número de espécies presentes 
Conectância 
Número de interações tróficas existentes 
relacionado ao número de interações 
tróficas possíveis 
Força de interação 
Efeito da densidade de uma espécie na taxa 
de crescimento da outra 
Equitatividade 
O quão igualmente estão distribuídas as 
abundâncias das espécies 
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EQUILÍBRIO ECOLÓGICO: 
COMUNIDADES 
ESTABILIDADE 
Estabilidade 
Se variáveis retornam ao 
equilíbrio após um distúrbio 
Resiliência Rapidez de retorno ao equilíbrio 
Persistência Tempo inalterado após distúrbio 
Resistência Grau de mudança após distúrbio 
Variabilidade 
Dispersão associada às variações 
das densidades com o tempo. 
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NICHO ECOLÓGICO: Dimensões e Limites 
COMUNIDADES 
Supondo uma única 
dimensão Aumento do número de espécies 
provocado por crescimento espacial. 
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NICHO ECOLÓGICO: Dimensões e Limites 
COMUNIDADES 
• O número de espécies resulta do tamanho dos nichos 
individuais do espaço n-dimensional. 
Aumento do número de 
espécies provocado por 
estreitamento de 
nichos. 
Diferentes graus de sobreposição dos nichos. 
 Nichos podem ser assimétricos. 
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SUCESSÃO ECOLÓGICA: 
COMUNIDADES 
Sequência de mudanças estruturais e 
funcionais que ocorrem nas comunidades. 
 Pode ocorrer dos seguintes modos: 
SUCESSÃO 
Sucessão primária Ocorre em substratos recém formados 
Sucessão secundária Ocorre após distúrbio natural ou não 
Estágio seral Intervalo entre sucessões 
Clímax Etapa de maior maturidade 
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SUCESSÃO ECOLÓGICA: 
COMUNIDADES 
ATRIBUTOS DO 
ECOSSISTEMA 
IMATURO CLÍMAX 
Produção/Respiração <1 ou >1 =1 
Produção/biomassa Alta Baixa 
Matéria orgânica total Pequena Grande 
Riqueza Baixa Alta 
Equitatividade Baixa Alta 
Tamanho dos organismos Pequeno Grande 
Ciclos de vida Curtos/simples Longos/complexos 
Ciclos minerais Abertos Fechados 
Estabilidade Pobre Boa 
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SUCESSÃO ECOLÓGICA: 
COMUNIDADES 
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SUCESSÃO ECOLÓGICA: 
COMUNIDADES 
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA - IME / SE – 1 
FIM