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O fluxo de energia nos ecossistemas 
e os ciclos biogeoquímicos
UFRGS – IB – Dep. de Ecologia
Ciências Biológicas: Ecologia de Ecossistemas 2017/2
Aula V
Professora: Sandra Cristina Müller
Estagiária: Gabriela Reis-Avila (doutoranda PPG Ecologia)
Produtividade, decomposição e 
o ciclo de matéria
UFRGS – IB – Dep. de Ecologia
Ciências Biológicas: Ecologia de Ecossistemas 2017/2
Aula VI
Professora: Sandra Cristina Müller
Estagiária: Gabriela Reis-Avila (doutoranda PPG Ecologia)
Como todas as entidades biológicas, as comunidades ecológicas requerem matéria para sua construção e energia para as suas atividades. Precisamos conhecer as vias pelas quais matéria e energia entram e saem dos ecossistemas, como são transformadas em biomassa vegetal e como isso alimenta o resto da comunidade – bactéria e fungos, herbívoros, detritívoros e seus consumidores.
Thownsend et al. (2008) 
Fundamentos em Ecologia. 3ª ed. p.403
Última aula: 
	Ciclo da energia nos ecossistemas
Aula de hoje:
1. Produtividade
Fotossíntese
Padrões de produtividade e fatores limitantes
2. Decomposição
Respiração
Processo de decomposição
Fatores que influenciam a decomposição
3. Ciclo da matéria nos ecossistemas
	Ciclagem de nutrientes
	Ciclos biogeoquímicos (H2O, C, N, P, S)
Produtividade primária
Taxa na qual a energia radiante é convertida pelos produtores em substâncias orgânicas – biomassa
Fotossíntese: armazenagem de uma parte de energia solar sob a forma de energia em potencial - energia química - por plantas, algas e organismos unicelulares
Produtividade
6 H2O + 6 CO2
C6H12O6 + 6 O2
clorofila
PAR
Produtividade
Plantas C3
Ciclo de Carvin
Plantas C4
Ciclo do Ácido Discarboxólico
Fotorrespiração: quando a rubisco utiliza O2 ao invés de CO2 como substrato, em condições de temperatura elevada.
Plantas CAM
Metabolismo Ácido das Crassuláceas
Ambientes muito quentes e secos
85%, maior parte da biomassa
3% das plantas
Ambientes “frios” e úmidos
Fotorrespiração
Ambientes quentes e ensolarados
Fixação de CO2 e Ciclo de Calvin separados no espaço (mesófilo e cél. da bainha do feixe vascular)
Fixação de CO2 e Ciclo de Calvin separados no tempo (noite e dia)
Produtividade
Produtividade primária na prática
Componentes da PPL
% da PPL
Biomassa vegetal (“nova”)
40-70
Folhas e partes reprodutivas(queda de serapilheira fina)
10-30
Crescimento dos ramos apicais
0-10
Crescimento secundário do caule
0-30
Novas raízes
30-40
Secreções radiculares
20-40
Exudatos
10-30
Transferências para micorrizas
10-30
Perdas por herbivoria, mortalidade e fogo
1-40
Emissões voláteis
0-5
 Em estudos de ecossistemas, o que geralmente se considera (possível de ser mensurado) é a serapilheira e o crescimento secundário do caule - para evitar cortes de biomassa aérea
Slide: Sandra Müller
Padrões de produtividade - biomas
Begon et al. (2005)
TOTAL= 105 Pg ano-1
Padrões de produtividade - ecossistemas
(Ricklefs 2003)
 Luz
 Temperatura
 Umidade
 Topografia
 Nutrientes
Ricklefs (2010)
PPL tem padrão latitudinal...					
Padrões de produtividade
...e sazonal (temperatura, precipitação e fotoperíodo)
Padrões de produtividade
Luz Temperatura Água Nutrientes
Ricklefs (2010)
Produtividade: fatores limitantes
Luz Temperatura Água Nutrientes
Fatores limitantes
Adaptado de Sandra Müller
(Harpole & Tilman 2007)
Ricklefs (2010)
PPL em ecossistemas marinhos
Luz Profundidade
Nutrientes
Florestas desenvolvidas tem maior quantidade de biomassa não envolvida na produção.
Biomassa fitoplanctônica tem rápida renovação.
Produtividade X Biomassa
Begon et al. (2005)
Produtividade x Diversidade?
Nenhuma evidência de que o padrão “produtividade aumenta com a diversidade” esteja correto.
Artefato estatístico: espécies mais produtivas tem mais chances de aparecerem quando o número de espécies é maior.
RELAÇÕES ENTRE PPL PRIMÁRIA E SECUNDÁRIA 
(Townsend et al. 2006) - Relação entre produtividade primária e secundária. (a) para zooplâncton em lagos, (b) para bactérias em água doce e água do mar, (c) para o tentilhão de Darwin, medida com tamanho de ninhada em relação à precipitação
Slide: Sandra Müller
Consumidores
Maior parte da PPL é consumida no sistema decompositor.
Decomposição
Decomposição e respiração
Desintegração gradual da matéria orgânica morta que é realizada por agentes físicos e biológicos
O processo heterotrófico de decomposição equilibra o metabolismo autotrófico em escala global
Podemos considerar a decomposição como qualquer oxidação biótica liberadora de energia
Respiração aeróbia
Respiração anaeróbia
Fermentação
Decomposição e respiração
Moléculas complexas, ricas em energia degradadas em CO2, H2O e nutrientes.
Imobilização: elemento inorgânico é incorporado a uma forma orgânica, com energia presa.
Mineralização: a conversão do elemento da forma orgânica para inorgânica, com a liberação de energia.
Energia e matéria
Todos morrem....
Se os compostos orgânicos não se decompusessem a maioria dos processos ecossistêmicos pararia – ciclagem de nutrientes
Decomposição
Como a matéria que um dia foi viva é reciclada?
Formação de detritos particulados: matéria orgânica do solo (detritívoros)
Formação rápida de húmus pelos saprótrofos que consomem materiais solúveis (aminoácidos e açúcares)
Mineralização do húmus lenta: conversão de moléculas orgânicas residuais em CO2 e energia através da respiração celular dos micro-organismos, liberam nutrientes em forma inorgânica
Nutrientes inorgânicos disponíveis no solo para absorção pelas plantas
Autólise - enzimas dos tecidos mortos
Lixiviação - chuva (ambiente terrestre)
Solubilização – compostos orgânicos solúveis (ambientes aquáticos) 
Decomposição
Autólise - enzimas dos tecidos mortos
Lixiviação - chuva (ambiente terrestre)
Solubilização – compostos orgânicos solúveis (ambientes aquáticos) 
Decomposição
Consumo de restos vegetais:
Difícil decomposição (celulose e lignina)
Difícil digestão (enzima celulase)
A maioria dos detritívoros não apresenta as celulases, mas tem associação com fungos e bactérias 
Decomposição
Consumo de restos animais:
Fezes de carnívoros: 
Qualidade baixa – eficiência de assimilação (80%)
Decomposição por bactérias e fungos
Fezes de herbívoros:
Muita matéria orgânica – baixa eficiência de assimilação
Corpos mortos:
Decompositores - fungos e bactérias
Detritívoros invertebrados
Detritívoros vertebrados - consumidores de carniça
Adaptado de Sadra Müller
Decomposição
Padrões:
Níveis de atividade baixos quando temperatura e disponibilidade hídrica são baixas e o solo é ácido e/ou poroso.
O processo de decomposição é limitado pela disponibilidade de nutrientes, sobretudo N e P. Decompositores exigem grande demanda de N e dependem do aporte da matéria orgânica morta e do ambiente.
Velocidade na decomposição varia conforme a composição da matéria orgânica: lipídios e açúcares decompõe-se facilmente, células vegetais, lignina, quitina, pelos e ossos mais lentamente.
Atividade dos decompositores determina a rapidez com que os recursos minerais estarão disponíveis para as plantas
Decomposição
Decomposição
Micorriza: “raiz de fungo”
Além do papel na decomposição de detritos, alguns tipos de fungos crescem nas superfícies ou dentro das raízes  
Aumenta a capacidade da planta de extrair nutrientes minerais do solo e incrementa bastante a produção primária
As micorrizas auxiliam fortemente a produtividade vegetal em solos relativamente pobres em nutrientes (solos oligotróficos)
O papel das micorrizas
Decomposição
Adaptado de Sadra Müller
Os elementos químicos tendem a circular na biosfera em vias características do ambiente aos organismos e destes novamente ao ambiente.
		CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Elementos principais: (H2O), C, H, O, N, P, S
Organismos gastam energia para capturar esses elementos 
do ambiente
para crescimento manutenção das atividades metabólicas
A energia não pode ser reciclada, mas esses elementos inorgânicos simples, incorporados pela fotossíntese em moléculas orgânicas complexas e respirados pelos consumidores são liberados novamente como elementos orgânicos simples
CLICLAGEM DE NUTRIENTES
Suprimento esgotável (recurso)
Ciclagem de nutrientes
Ciclagem de nutrientes
Pool reservatório
Componente maior
Movimentos lentos
Geralmente não biológico
Ciclagem de nutrientes
Pool de ciclagem
Componente maior
Parte ativa, permutada entre organismos e meio ambiente
Tipos gasosos
Reservatório na atmosfera
Tipos sedimentares
Reservatório na crosta terrestre
Ciclo
Reservatório
Ciclagem de nutrientes
Ciclo hidrológico
O ciclo hidrológico global é análogo aos ciclos dos elementos químicos
Ciclo do Carbono
O ciclo do carbono está intimamente ligado ao fluxo de energia
Gasoso
Três processos de ciclagem: fotossíntese e respiração, assimilação atmosférica pelos oceanos e precipitação de carbonatos no oceano (litosfera: carbonatação de calcário)
 
Ciclo do Nitrogênio
Gasoso: N2
Fixação de nitrogênio terrestre: bactérias Rhirobium nos nódulos das raízes das leguminosas
Ciclo: nitrato (NO3-) → nitrogênio orgânico (assimilação pelas plantas) → amônia → nitrito (nitrificação por bactérias, NO2-) → nitrato (nitrificação adicional)
Desnitrificação: solos, sedimentos e águas profundas. Bactérias usam o NO3- como oxidante. 
NO3- → NO2- → N2O → N2
Ciclo do Fósforo
Sedimentar 
Hidrosfera
Entrada terrestre: desagregação química da rocha
Permanece por décadas -séculos e escoa através de águas subterrâneas para um curso d’água e para o oceano
100 ciclos no oceano: águas superficiais e profundas (~1000 anos) e após sedimenta-se
Se torna disponível novamente apenas com o soerguimento do fundo oceânico
Ciclo do Enxofre
Gasoso e sedimentar 
Entrada terrestre: intemperismo da rocha 
Entrada atmosfera: vulcanismo, respiração anaerobia, aerossóios do mar
Escoamento: porção do enxofre (sulfato) é ciclado dentro das comunidades (fração muito menor que N e P)