Aula_04_Fluxo de energia nos ecossistemas

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O fluxo de energia nos 
ecossistemas
Prof. José Luiz Attayde
O que é energia?
 A energia é definida como a capacidade 
ou propriedade executar trabalho
◦ O termo energia também pode designar as 
formas que a energia se encontra armazenada 
no ambiente:
 Energia potencial
 Energia cinética
 Energia química
 Energia atômica 
 Energia térmica
Alfred J. Lotka (1925)
 Foi o primeiro a considerar as populações 
e comunidades como sistemas 
transformadores de energia. Acreditava 
que o tamanho de um sistema e as taxas 
de transformações de energia e matéria 
dentro dele obedeciam a certos 
princípios termodinâmicos que governam 
todas as transformações de energia.
Diagrama de ecossistema de Lotka
 Segundo Lotka cada sistema pode ser 
descrito por um conjunto de equações 
que representam as trocas de matéria e 
energia entre seus componentes
Leis da termodinâmica
 1ª lei da termodinâmica ou lei da 
conservação da energia – a energia pode 
ser transformada de uma forma para outra 
mas não pode ser destruída
 2ª lei da termodinâmica ou lei da 
entropia – nenhum processo envolvendo 
transformação de energia irá ocorrer 
espontaneamente, a menos que haja a 
degradação de energia de uma forma 
concentrada para uma forma dispersa.
Termodinâmica da vida
 Os organismos, os ecossistemas e a 
biosfera podem criar e manter um estado 
de elevada ordem interna (ou baixa 
entropia) ao dissipar de forma continua e 
eficiente a energia de alta qualidade (luz 
ou alimento) em energia de baixa 
utilidade (calor)
Raymond Lindeman (1942) 
 Foi o primeiro a trabalhar operacionalmente 
com o aspecto trófico-dinâmico e 
termodinâmico dos ecossistemas. Estudou o 
fluxo de energia através da teia trófica de 
um pequeno lago agrupando as espécies em 
níveis tróficos. Visualizou também uma 
pirâmide de energia nos ecossistemas com 
uma quantidade cada vez menor de energia 
atingindo sucessivamente os níveis tróficos 
superiores.
Pirâmide de energia
Estima-se que aproximadamente 10% da energia (5-20%) 
que entra num nível trófico seja transferida para o próximo
A entrada de energia: radiação solar
O sol é a principal fonte de energia para os sistemas que 
compõem a biosfera, porém nem toda energia que nela 
incide é convertida para o fluxo dentro dos sistemas vivos.
Quanto da energia solar que entra na 
biosfera é convertida em alimento?
Dissipação da energia da radiação solar como porcentagem da 
entrada anual na biosfera
Energia Porcentagem
Refletida 30,0
Conversão direta para calor 46,0
Evaporação da precipitação 23,0
Vento, onda e correntes 0,2
Fotossíntese 0,8
A incidência de energia solar varia 
sobre a superfície terrestre 
O que reflete na circulação 
atmosférica
Nas correntes oceânicas
E nos padrões globais de PPL
Proveniente de medições feitas pelo satélite MODIS
Índices importantes
 Os índices importantes na compreensão 
da dinâmica energética dentro de um 
ecossistema e na comparação desta 
dinâmica entre diferentes ecossistemas 
são de dois tipos: 
◦ Índices de Produtividade
◦ Índices de Eficiência
Produção e produtividade primária
 Produção primária – processo no qual os 
autótrofos convertem a energia luminosa 
em biomassa. 
 Produtividade primária – taxa de 
produção primária, por unidade de área e 
tempo, pode ser medida em unidades de:
◦ energia (exemplo: J. m-2.d-1)
◦ biomassa seca (exemplo: Kg.ha-1.d-1)
◦ carbono (exemplo: g.m-2.a-1)
Produtividade primária
 Produtividade primária bruta (PPB)
– taxa total de fotossíntese incluindo a 
matéria orgânica consumida na 
respiração;
 Produtividade primária líquida 
(PPL) – taxa de armazenamento nos 
tecidos da planta que excede o uso 
respiratório(PPB – R)
Fatores de conversão entre as 
unidades de energia e biomassa
Para 
De
Joules Carbono 
(g)
Peso 
Seco (g)
Peso
Umido (g)
Joules 1 2 x 10-5 5 x 10-5 2.5 x 10-4
Carbono 4.5 x 104 1 2.2 11
Peso Seco 2 x 104 0.45 1 5
Peso Umido 4 x 103 0.09 0.2 1
Biomassa é usada como medida do conteúdo de energia nos organismos
Fluxo de energia é medido como a produção e decomposição da biomassa 
Diagrama do fluxo de energia 
É interessante notar que esse diagrama 
pode ser usado para representar tanto 
um indivíduo quanto nível trófico, 
população ou comunidade
Eficiências Ecológicas
Tipo de eficiência Explicação
A. Entre níveis tróficos
Et / Et-1
eficiência de entrada de energia ou eficiência de 
Lindemann
Et/Pt-1 ou Et/ At-1 eficiência de utilização do nível trófico "t"
At/At-1 eficiência de assimilação do nível trófico "t"
Pt/Pt-1 eficiência de produção do nível trófico "t"
B. Dentro do nível trófico
Pt/At eficiência de produção
Pt/It eficiência de crescimento
At/It eficiência de assimilação
Eficiências de Lindeman (Et/Et-1)
 A maior parte da 
energia que entra em 
um nível trófico é 
utilizada nas 
transformações 
metabólicas dentro 
deste nível. A 
quantidade de energia 
que passa de um nível 
trófico para outro é 
determinada por 
fatores ambientais e 
biológicos do sistema
Distribuição de freqüência das 
eficiências de transferência de 
energia entre níveis tróficos em 48 
estudos em ambientes áquaticos. 
Fonte:Begon, 2006
Eficiência de assimilação (At/It)
 Quantidade de energia ingerida que é 
assimilada através das paredes do sistema 
digestivo. 
energia ingerida – energia egestada = energia 
assimilada
• Herbívoros granívoros cerca de 80%. De 60 a 70% em 
herbivoros que se alimentam de vegetação jovem. 
Espécies pastadoras entre 30 e 40%
• Eficiências de assimilação para espécies predadoras 
variam de 60% a 90%
E aí está a energia egestada...
Eficiência de produção
 Eficiência de produção líquida (Pt/At) 
– razão entre a energia estocada como 
biomassa (crescimento e produção de 
descendentes) e a energia assimilada.
◦ Inversamente proporcional as taxas 
metabólicas do organismo
 Eficiência de produção bruta (Pt/It) –
baseada na energia total ingerida em vez 
da energia assimilada.
Taxa de transferência de energia e 
tempo de residência
 Taxa de transferência – velocidade na qual 
a energia flui entre os níveis tróficos
 Tempo de residência – razão entre a 
energia acumulada em biomassa e a taxa 
com que essa energia é transformada em 
biomassa (produtividade líquida)
◦ tempo de residência (ano) = (KJ.m-2) ÷ (KJ.m-2.ano-1)
◦ tempo de residência (dia) = (KJ.m-2) ÷ (KJ.m-2. dia-1)
Tempo de residência
 O tempo de residência também pode ser 
medido em termos de biomassa.
◦ tempo de residência (ano) = biomassa (Kg.m-2)/ taxa de 
produção de biomassa (Kg.m-2.ano-1)
 Tempo de residência da serrapilheira 
acumulada (necromassa)
◦ tempo de residência (ano) = massa de serrapilheira(g.m-2)/ taxa 
de produção de serrapilheira (g.m-2.ano-1)
 Tempo de residência = 1/ Taxa de 
renovação (turnover)
Tempo de residência da biomassa 
em diferentes ecossistemas
O destino da PPL nos ecossistemas: 
Cadeias de herbivoria e de detritos
 O produto líquido não-consumido e que 
não é retido como biomassa vegetal assim 
como o alimento não-assimilado pelos 
animais compõem os detritos.
 Os detritos dão início a uma segunda via 
de fluxo de energia nos ecossistemas que 
está acoplada à cadeia de herbivoria.
 A energia nessas cadeias de detritos 
tende a se mover mais lentamente. 
O destino da PPL nos ecossistemas
O destino da PPL nos ecossistemas
Fontes alóctones e autóctones de matéria 
orgânica nos ecossistemas aquáticos
Observações importantes
 A energia flui nos ecossistemas aquáticos e 
terrestres principalmente via cadeias de 
detritos. No entanto, há proporcionalmente 
mais herbivoria, menos acúmulo de detritos e 
menos detritivoros em ecossistemas aquáticos
 Herbívoros aquáticos consomem maior 
proporção da PPL do que herbívoros terrestres 
porque os produtores aquáticos investem 
menos em tecidos de sustentação, possuem 
maiores taxas de crescimento e melhor 
qualidadenutricional (menores razões C:N e 
C:P) do que os produtores terrestres.
 The relative absence of massive supporting tissues in
plankters and the very rapid completion of their life
cycle exert a great influence on the differential
productivities of terrestrial and aquatic systems. The
general convexity of terrestrial systems as contrasted
with the concavity of aquatic substrata results in striking
trophic and successional diferences (Lindeman 1942,
p.402)
Leitura obrigatória
 Ricklefs, R.E. 2010. A Economia da Natureza. Tradução 
da 6ª edição. Editora Guanabara Koogan. Capítulo 22
 Begon, M.; Harper, J.L. & Towsend, C.R. 2009. Ecologia: de 
individuos a ecossistemas.Tradução da 4ª Edição. 
Editora Artmed. Capítulo 17
FIM
Teoria Metabólica da Ecologia
 Taxa metabólica basal (I) de um 
organismos aumenta com o tamanho do 
corpo (M) e com a temperatura (T) de 
acordo com a seguinte função: 
 I = I0M
3/4e-E/kT
 Logaritmizando ambos os lados da 
equação: 
 Ln (IM-3/4) = -E(1/kT) + ln(I0)
 Agora a relação é linear do tipo y= -ax +b 
Teoria Metabólica da Ecologia
Taxa metabólica corrigida pela T vs
tamanho do corpo do organismo