Fluxo de Energia

Universidade Federal do Paraná
Engenharia Civil
Ciências do Ambiente
Aula 04 – Ecossistema, populações e
comunidades
Profª Heloise G. Knapik
1
Objetivos da Aula:
Revisão de
conceitos
Estrutura e
Função dos
Ecossistemas
Dinâmica
Populacional
Fluxo de
Energia e
Matéria
Atmosfera
Biosfera
Litosfera
Hidrosfera
Ecossistema
Comunidades
bióticas
Fatores
abióticos
Área
Fluxo de energia
Estrutura trófica
Diversidade biológica
Ciclagem de materiais entre as partes vivas e não vivas.
Ecossistema -Exemplos
Ecossistemas naturais:
• Terrestres: florestas, desertos, campos, Mata Atlântica
• Aquáticos: Oceano antártico, rios tropicais, lagos
Ecossistemas artificiais (criados pelo homem):
• Reservatórios, lagoas de estabilização, plantações
Ecossistema
Nível de organização
(e não como uma unidade delimitada espacialmente)
São dotados de autorregulação e capazes de resistir, até um certo
limite, às modificações do meio e de densidades populacionais
Por quê estudar o meio ambiente e os efeitos
bióticos é relevante??
Quais os efeitos em humanos (p. ex., doenças infecciosas)?
Quais os impactos no ambiente (p. ex., introdução de novas
espécies)?
Quais os impactos causados por humanos (p. ex., extinção
de espécies)?
Qual os mecanismos de recuperação (p. ex., decomposição
de produtos tóxicos)?
Como utilizar no tratamento de ar, água e solo
contaminados?
Autótrofos
• são os produtores – possuem a capacidade
de produzir o seu próprio alimento via
fotossíntese ou quimiossíntese
Autótrofos
fotossintetizantes
• Transformam energia luminosa e CO2 em
energia química (Todas as plantas e
algumas algas)
Autótrofos
quimiossintetizantes
• Convertem compostos inorgânicos, CO2 e
água em energia química (bactérias)
Heterótrofos
• são os consumidores - seres incapazes de
produzir o seu próprio alimento – buscam
energia se alimentando de outros seres
vivos (cadeia alimentar)
• Fotossíntese:
• Respiração
Estrutura e Função dos Ecossistemas
O amadurecimento dos
ecossistemas é
acompanhado por
aumento em biomassa e
em número de espécies
O sistema maduro
caracteriza-se por maior
estabilidade em
comparação com o
imaturo.
Biomas
São grandes regiões
que apresentam
características
distintas, que propicia
o desenvolvimento de
espécies adaptadas às
condições locais
Os biomas
distribuem-se na
superfície terrestre,
basicamente, em
função da latitude
A distribuição, além
de outros fatores, é
devida à variação do
clima (temperatura e
precipitação).
Biomas aquáticos
Água doce
Concentração de sais < 0,5 g/L
Lóticos: rios, nascentes e corredeiras
Lênticos: lagos e pântanos
Água salgada
Concentração de sais > 0,5 g/L
Oceanos: concentração de sais de 35 g/L
Estuários: concentração de sais entre 0,5
e 35 g/L
Biomas aquáticos
Salinidade:
Fator condicionante na distribuição dos seres aquáticos (equilíbrio
osmótico com o meio)
Três categorias de seres aquáticos: função do seu
modo de vida
Plânctons
Bentos
Néctons
Biomas terrestres
Tundra
Florestas de
coníferas
Florestas
Florestas
temperadas
tropicais
Campos
Desertos
Biomas
Fatores limitantes:
Biomas terrestres:
Biomas aquáticos:
• Água
• Luz
• Oxigênio
Organismos:
Biomas terrestres:
• Maior biomassa
vegetal
• Esqueletos mais
rígidos
Biomas aquáticos:
• Maiores cadeias
alimentares
Dinâmica Populacional
Fatores Limitantes
Limite máximo de
tolerância
Limite mínimo de
tolerância
Ótimo
Alta
Organismos
ausentes
Organismos
ausentes
Organismos em
abundância
Baixa
Baixa
Média
Alta
Sucessão Ecológica
Processo natural de evolução, com diversificação das
espécies e a estabilização.
À medida que se avança na sucessão ecológica,
diminui-se a produtividade líquida do sistema.
Interações populacionais
Tipo de interação
População
Natureza geral da interação
1
2
Neutralismo
0
0
Nenhuma pop. afeta a outra
Competição: tipo interferência direta
-
-
Inibição direta de cada espécie pela outra
Alelopatia
-
0
Pop 1 inibida / Pop 2 não afetada
Parasitismo
+
-
Pop 1 (parasita) geralmente menor que a 2
(hospedeira)
Predação (incluindo herbivoria)
+
-
Pop 1 (predador) geralmente menor que a 2
(presa)
Comensalismo
+
0
Pop 1 (comensal) é beneficiada, enquanto a 2
(hospedeiro) não é afetada
Protocooperação
+
+
Interação não obrigatória favorável às duas pops.
Mutualismo
+
+
Interação obrigatória favorável às duas pops.
Competição: tipo utilização de
recursos
Inibição indireta quando o recurso comum está
limitado
Fluxo de Energia
Fluxo de
Matéria
Cadeia Alimentar
Cadeia alimentar:
• Caminho seguido pela energia no
ecossistema, desde os vegetais
fotossintetizantes, até os
consumidores e decompositores.
Cadeia Alimentar
Nível Trófico:
• É o nível alimentar segundo a
ordem de fluxo de energia, no qual
ocorrem processos de transporte
de energia e de matéria de um
organismos a outro.
Cadeia Alimentar
Perda na forma de calor
1º Nível trófico
2º Nível trófico
3º Nível trófico
4º Nível trófico
Produtores
Consumidores
Primários
(herbívoros)
Consumidores
Secundários
(carnívoros)
Consumidores
Terciários
(carnívoros
superiores)
Decompositores e detritívoros
Esquema de cadeia alimentar: transferência de energia entre os níveis tróficos e a perda na
forma de calor. Os decompositores e os detritívoros atuam em todos os níveis tróficos, na
matéria morta ou excretada.
Cadeia Alimentar → Teia Alimentar
2ª Lei da Termodinâmica: perda de energia
de um nível trófico ao seguinte
Perda energética:
Eficiência ecológica:
De 60 a 98% da energia é
“perdida” entre um nível e
outro
% restante é transferida na
forma de biomassa ao nível
trófico seguinte
Fluxo de Energia
O fluxo de energia é unidirecional e diminui gradativamente de
um nível trófico para outro
Energia assimilada pode ser utilizada para:
Respiração
Produção
primária
Crescimento
Armazenamento
Excreção
Produtividade Primária
Taxa de conversão da energia solar em substâncias
orgânicas pelos organismos fotossintetizantes por unidade
de área e/ou tempo.
Unidades de energia: J/m².dia
Unidade de matéria: kg/ha.ano
Produtividade Primária
Produtividade primária bruta (PPB):
• É a fixação total de energia, através da
fotossíntese, na forma de biomassa (quantidade
de matéria viva que existe em um ecossistema)
Produtividade primária líquida (PPL):
• Biomassa disponível para o nível trófico seguinte
(parte da PPB é utilizada na respiração e demais
funções básicas do organismo)
Produtividade Primária
Fotossíntese
R
Respiração
PPB
Produtor
Produtividade
primária bruta
PPL
Produtividade
primária líquida
PPL = PPB-R
Unidades de energia: J/m².dia
Unidade de matéria: kg/ha.ano
Produtividade Primária Líquida (PPL)
Variação da PPL em
diferentes ecossistemas:
• Diferenças nas taxas de
insolação
• Temperatura
• Quantidade de chuvas
• Disponibilidade de luz
• Disponibilidade de
nutrientes
Variação da PPL em um
mesmo ecossistema:
• Idade dos indivíduos
• Estação do ano
Produtividade Primária Líquida (PPL)
Variação da produtividade primária líquida em função dos ecossistemas
Ambiente Terrestre
Produtividade primária (gC/m².ano)
Deserto
0-370
Campos
72-438
Savana temperada
68-785
Floresta temperada mista
231-1066
Floresta temperada decídua
81-978
Florsta temperada perene
322-1001
Floresta tropical decídua
323-1398
Floresta tropical perene
170-3150
Produtividade Primária Líquida (PPL)
Variação da produtividade primária líquida em função dos ecossistemas
Ambiente Aquático
Produção primária fitoplanctônica (mgC/m³.h)
Rio Amazonas e tributários
1 - 20
Estuário de Cananéia (zona costeira)
54-206
Baía das Pedras (Pantanal)
0-4530
Fluxo de Energia
Plantas: gastam de 15 a 70% da energia que
produzem para sua própria manutenção
Animais: são mais ativos (locomoção) e gastam
de 85 a 90% da energia assimilada para sua
manutenção
O fluxo de energia é unidirecional e diminui gradativamente de
um nível trófico para outro
O que ocorre quando um poluente entra na
cadeia alimentar no nível dos produtores?
O mesmo pode ser degradado pelos processos naturais
ou metabólicos
Ou, sua concentração irá aumentar à medida que se
avança na cadeia alimentar
Bioconcentração:
Bioacumulação:
Absorção direta de um
composto químico por um
organismo.
Acumulação de compostos
químicos tanto pela
exposição à água
contaminada
(bioconcentração) quanto
por ingestão no próximo
nível trófico.
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):
Ocorre em função de três fatores:
É necessário um grande número de elementos do nível trófico
anterior para alimentar um determinado elemento do nível
trófico seguinte
Poluentes recalcitrantes ou de difícil degradação
Poluente lipossolúvel (organismos com alto conteúdo lipídico
(gordura) tendem a ter um maior fator de bioacumulação)
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):
Exemplos de poluentes:
• Pesticidas (DDT)
• Compostos orgânicos (PCB’s – bifelina policlorada)
• Metais pesados – mercúrio, arsênio, chumbo e
cádmio
Exemplo de caso:
• Desastre de Minamata (Japão): consumo
de peixes contaminados com mercúrio
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):
Qual a implicação do fenômeno da
amplificação biológica nos dias atuais?
Diferentes produtos – sabemos como eles degradam no
meio ambiente? Como são absorvidos ou assimilados?
Como identificar, remover ou estabilizar esses produtos?
Fluxo de
Matéria
1. Forma mineral para orgânica
2. Dos seres autótrofos para os heterótrofos
3. Dos autótrofos ou heterótrofos para os decompositores
4. Da forma orgânica para a mineral
Próxima Aula
Fluxo de Matéria
nos Ecossistemas
Ciclos
Biogeoquímicos
Apresentação de Seminário
• Grupo de 3 a 4 alunos (máximo de 12 grupos) – Repassar
os nomes dos alunos de cada grupo na próxima aula
• Escolher um Bioma por grupo (diferente!)
• Apresentação de no máximo 10 minutos (presença de
todos os integrantes do grupo)
• Objetivos: apresentar as principais características,
importância, propriedades, localização e % relativos,
fragilidades, fatores limitantes, exemplos de diversidade
biológica, etc.
• Os temas apresentados serão potenciais conteúdos da
primeira avaliação.