ciclos.biogeoquimicos.2005 1

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Ciclos
Biogeoquímicos
Alex Enrich Prast
Inst. Biologia - UFRJ 
Elementos de Ecologia 2005 - 1 
Sol
Relação entre energia e elementos
Estocada
Fluxo Energético 
Odum (1986)
Relação entre energia e os elementos
Odum (1986)
Nutrientes
Energia
Predadores Decompositores
Matéria orgânica Morta
(Necromassa)
Produtores 
Primários
Energia
Nutrientes
Matéria Orgânica
EcossistemaEcossistema
Dissipação de energia
Relação entre energia e os elementos
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Autótrofos: organismos que assimilam compostos C-1 (CO2, CH4 e 
metanol) como fonte de carbono.
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Autótrofos: organismos que assimilam compostos C-1 (CO2, CH4 e 
metanol) como fonte de carbono.
Fotoautótrofos - utilizam a energia da radiação solar para gerar 
ATP e assimilar CO2.
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Autótrofos: organismos que assimilam compostos C-1 (CO2, CH4 e 
metanol) como fonte de carbono.
Fotoautótrofos - utilizam a energia da radiação solar para gerar 
ATP e assimilar CO2.
CO2 + H2O CH2O + O2
Energia solar
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Autótrofos: organismos que assimilam compostos C-1 (CO2, CH4 e 
metanol) como fonte de carbono.
Fotoautótrofos - utilizam a energia da radiação solar para gerar 
ATP e assimilar CO2.
CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautótrofos - oxidam compostos inorgânicos (HS-, NH4+) 
com algum aceptor de elétron (O2, NO3-, Fe+3), e, a partir da energia 
liberada, reduzem CO2 a matéria orgânica.
Energia solar
Conceitos em Biogeoquímica
Heterótrofos: organismos que dependem de matéria orgânica para 
geração de energia e para síntese de material celular.
Autótrofos: organismos que assimilam compostos C-1 (CO2, CH4 e 
metanol) como fonte de carbono.
Fotoautótrofos - utilizam a energia da radiação solar para gerar 
ATP e assimilar CO2.
CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautótrofos - oxidam compostos inorgânicos (HS-, NH4+) 
com algum aceptor de elétron (O2, NO3-, Fe+3), e, a partir da energia 
liberada, reduzem CO2 a matéria orgânica.
NH4+ + O2 NO2- + H2 + H2O
CO2 + H2O CH2O + O2
Energia química
Energia solar
Processos Biogeoquímicos
Fotoautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Energia solar
Processos Biogeoquímicos
Fotoautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Energia solar
Energia química
Processos Biogeoquímicos
Fotoautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Respiração aeróbia: CH2O + O2 CO2 + H2O
Energia solar
Energia química
Processos Biogeoquímicos
Fotoautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Respiração aeróbia: CH2O + O2 CO2 + H2O
NO3- N2
Mn+4 Mn+3
Respiração anaeróbia: CH2O + Fe+3 Fe+2 + CO2 + H2O
SO4-2 HS-
CO2 CH4
Energia solar
Energia química
Processos Biogeoquímicos
Wetzel. (2001)
Processos Biogeoquímicos
Fotoautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Quimioautotrofia: CO2 + H2O CH2O + O2
Respiração aeróbia: CH2O + O2 CO2 + H2O
NO3- N2
Mn+4 Mn+3
Respiração anaeróbia: CH2O + Fe+3 Fe+2 + CO2 + H2O
SO4-2 HS-
CO2 CH4
etanol
lactato
Fermentação: CH2O piruvato
acetato
H2
Energia solar
Energia química
Degradação da Matéria Orgânica (MO)
Wetzel. (2001)
Principais sítios de Degradação da MO
Sedimento
Faixa aeróbia
Faixa anaeróbia
Reddy & Angelo (1994)
Mineralização da MO no Sedimento
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20 25
temp (C) e O2 (mg/l)
p
r
o
f
 
(
m
)
TemperaturaTemperatura
OxigênioOxigênio
AmadoAmado et al. (et al. (emem prep.)prep.)
Produção
Mineralização da MO na Coluna d’água
LagoLago Deming Deming –– MinnesotaMinnesota
Liesack et al FEMSMR (2000)
Mineralização da MO em Plantas Aquáticas
Fenchel, et. al. (1998)
Mineralização da MO em Solo
Mineralização da MO 
Principais Elementos 
Macroelementos - Constituintes principais dos seres vivos
Ex: C, N, O, H, P, S, Cl, Na
Microelementos - Constituintes secundários dos seres vivos
Ex: Mg, Fe, Cu, Mn, Mo, Co 
Trajetória dos Elementos 
Ciclo do Carbono
Fenchel, et. al. (1998)
Ciclo do Carbono 
CO2
CO2
CO2
MO
MO
MO
MO = Matéria Orgânica
Ciclo do Nitrogênio 
N2
N2
N2
MO
MO
MO
MO = Matéria Orgânica
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
Principais formas Nitrogenadas
N2
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
Principais formas Nitrogenadas
Óxico
Anóxico
N2
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
Fixação Biológica de N
Óxico
Ciclo do Nitrogênio
AAA
Anóxico
N2
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
nitrificação
remineralização
Fixação Biológica de N
Óxico
Ciclo do Nitrogênio
AAA
Anóxico
N2
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
nitrificação
d e
s n
i t r
i f i
c a
ç ã
o
remineralização
Fixação Biológica de N
Óxico
Ciclo do Nitrogênio
AAA
Anóxico
N2
NH4+ NO2- NO3-
N2
N org 
nitrificação
d e
s n
i t r
i f i
c a
ç ã
o
Redução dissimilatória
do Nitrato a Amônia
remineralização
Fixação Biológica de N
Óxico
Anóxico Amonificação
Ciclo do Nitrogênio
AAA
N2
Ciclo do Fósforo 
MO
MO
MO
P
P
P
P
P
MO = Matéria Orgânica
Ciclo do Fósforo
Begon, et. al. (1996)
Razão C:N:P
Fitoplâncton – 116:16:1 (Redfield)
Bactérias – 45:9:1 (Goldman)
Plantas Aquáticas – 435:20:1 (Duarte)
Razão elementar de um ser humano
H375.000.000 O132.000.000 C85.700.000 N6.430.000
Ca1.500.000 P1.020.000 S206.000 Na183.000 K177.000
Cl127.000 Mg40.000 Si38.600 Fe2.680 Zn2.110
Cu76 I14 Mn13 F13 Cr7 Se4 Mo3 Co1
Degradação da Matéria Orgânica (MO)