fundamento de ecologia - fluxo de energia (nível superior)

Ecossistema

Definição

Estrutura

Funcionamento

Fluxograma da aula

Imagem: Gaia (LOVELOCK)

Princípios de ecologiaLic.Marcelo Gomes

marcelobiosul@hotmail.com

Fluxo de Energia nos Ecossistema

Princípios termodinâmicos

Cadeia alimentar

Redes alimentares e níveis tróficos

O conceito de produtividade

Fluxograma da aula Fundamentação teórica:

Ecologia -ODUM (cap. 3)

A Economia da Natureza RICKLEFS

(cap. 6)

Gaia JAMES LOVELOCK

Cultrix

Imagens: O Mar (CUBE Book)

Google imagens

Nós, humanos, consumimos grande parte da produção da Terra

224 bi. ton. por ano de Biomassa Vegetal59% produzido em ecossistema terrestre41% ecossistema aquático

Captura global de peixes = 75 mil ton.

Quanto da produção de algas representa a essas

75 mil ton?

1980

Pauly e Cristensen: para cada nível da cadeia de relações trófica ( algas até peixes)

90% da energia manter o consumidor

10% da energia é convertida em biomassa

Estudos com dieta de organismos: conhecendo o nº de níveis tróficos e assumindo a eficiência na transferência de energia de 10%, através de um cálculo eles chegaram à quantidade de alga necessária para sustentar a qtd de peixes.

Esse nº correspondia a cerca de 35% da produção total do ecossistema. (Espécies não consumida por humanos)

Limite superior de captura

Energia no Ecossistema

Séc. XX, novas direções para a EcologiaPercepção de que as relação alimentares reúne os organismos em uma única entidade funcional

“Os organismos que vivem em um mesmo lugar, interagindo uns com os outros de uma forma sistêmica de relações alimentares que chamou de teia alimentar.

Energia no Ecossistema

Conceitos de Termodinâmica

Alfred Lotka – ecossistema poderia ser descrito por equações que descreviam troca de energia e matéria entre seus componentes.

CO2 → Carbono orgânico → herbívoros → carnívoros

Obedecem princípios de termodinâmica, pois a terra é uma gigantesca máquina termodinâmica.

energia: Capacidade de realizar trabalho

Conceitos de Termodinâmica

energia: Capacidade de realizar trabalho

1ª LEI DA TERMODINÂMICA:Lei da conservação da energia

2ª LEI DA TERMODINÂMICA:Lei da Entropia

Transformada! não criada! não destruída!

Para que haja transformação de energia há uma degradação.Não há transformação 100% eficiente.

Conversão da energia solar em energia alimentar

Dissipação energética da radiação solar como porcentagem da entrada anual na Biosfera

Os instrumentos que medem o fluxo total de energia de todos os comprimentos de ondas denominam-se radiômetro

Cadeia alimentar

Os níveis tróficos formam uma pirâmide ecológica de energia!

A energia é perdida em cada nível trófico.

A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.

elos = plantas → herbívoros → carnívoros

Cadeia alimentar

Quanto menor a cadeia alimentar, ou quanto mais próximo o organismo do inicio da cadeia, MAIOR A ENERGIA DISPONÍVEL A POPULAÇÃO

Interligadas

As cadeias alimentares são de 2 tipos:

Pastagem (a base é constituída por plantas verdes)

Cadeia de detritos (base é constituída pela matéria orgânica não viva, para microorganismos, detritivoros, predadores.

A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.

Plantas do fundo Caramujos Lambaris Peixes maiores Aves

A largura da barra representa a produtividade líquida de um nível trófico no ecossistema,

Pirâmide ecológica de Energia

cadeia alimenta

níveis trófico

Modelo Universal de Odum do fluxo de Energia

No diagrama de fluxo de energia, a caixa representa a biomassa de todos organismos que compõem aquele nível trófico. Ex.: todas as plantas.As caixas diminuem devido a respiração, desvio de estoques alimentares

Produtividade primária bruta

Produção primária Bruta = respiração + produção primária líquida

Produção Primária:A energia luminosa é transformada em energia química nos carboidratos

Taxa

Produtividade primáriaFotossíntese total Assimilação total

Entretanto...Há Ineficiência nas transformações bioquímicas,

Planta assimilam 1/3

Produção primária bruta

Produção primária Bruta = respiração + produção primária líquida

A energia total assimilada pela fotossíntese é chamada de produção primária bruta

A energia acumulada nas plantas e que está disponível para os consumidos = Produção primária líquida

Fotossíntese aparenteassimilação líquida

Produtividade líquida da comunidade

É a taxa de armazenamento de matéria orgânica não utilizada pelos heterótrofos (produção primária líquida menos o consumo heterotrófico), durante o período de consideração.

Produtividade Secundária

É a taxa de armazenamento energético em níveis de consumidores

A Luz e temperatura influenciam as taxas de Fotossíntese

níveis altos de luminosidade

Taxa fotossintética não alterada

Plantas de Sol Níveis altos

de luminosidade

Limitação da taxa fotossintética

Plantas de sombra

Assim a cobertura de nuvens, sobreamento, manhã, tardinha, mantém fotossintética abaixo do seu máximo

A porcentagem da produção primária bruta que acaba como produção primária líquida, em vegetação natural, varia com a latitude. A tendência é de menos de 50%, nas regiões equatoriais, até 60 a 70% nas altas latitudes.

A Eficiência fotossintética

A porcentagem de energia na luz do sol que é convertida em produção primária durante a estação de crescimento é chamada de E. Fotossintética.

Em Ecossistema em que a água e nutrientes não limitam = ótimo

1% a 2 %As folha refletem de 25% a 75%,o restante é convertida em calor,transpiração

A água como limitante da produção primária

Sem umidade adequada ocorrerá o murchamento da planta, assim os estômatos se fecham para reduzir a perda de água. Isso impede a assimilação de CO2, e a fotossíntese se torna mais lenta, até o ponto que em que cessa.

Eficiência no uso da água

Número de gramas de matéria seca produzida pela planta por quilogramas de água transpirada. 2g por kg 4g por kg (tolerantes a seca)

# consegue-se fazer uma relação entre produção e precipitação ex.: 10cm de chuva: 1miKg matéria seca/ ha

Fertilização e crescimento vegetal

A fertilização estimula o

crescimento vegetal.

No exemplo ao lado a produção da maioria das espécies de chaparral é limitada pela disponibilidade de nitrogênio

Nutrientes em ambientes aquáticos

Os nutrientes limitam mais fortemente em ambientes aquáticos, particularmente em mar aberto, onde a escassez de minerais dissolvidos reduz a produção para abaixo da produção terrestre.

•Correntes de ressurgência

•Escoamento superficiais da Terra

•Fertilizantes (poluição)

Perturbação do equilíbrio natural

Produção primária e os ecossistemas

Combinação:

Insolação + temperatura + precipitação + nutrientes

Produtividade Terrestre

Ambientes temperados: Baixa temperatura e longas noites de inverno = redução da produção

Dentro de uma mesma latitude onde a Luz é constante a produção líquida depende da temperatura e precipitação.

Padrões globais de produção líquida

A produção é máxima nos trópico úmidos

Mínima nas tundras e desertos

Brejos, banhados que ocupam a interface entre habitats terrestres e aquáticos são altamente produtivos devido a disponibilidade de água, e nutrientes

Padrões globais de produção primária líquida

A produtividade primária líquida é relativamente maior nos ecossistemas marinhos que nos terrestres.

Isso porque os produtores, ou seja, o fitoplâncton têm crescimento rápido e acumulam pouca matéria orgânica em seus corpos.

O inverso ocorre em uma floresta, em que as árvores crescem lentamente e acumulam muita matéria em seus troncos.

Distribuição vertical da produção primária e da biomassa na floresta

Comparação da distribuição vertical da produção primária no Mar.

Distribuição mundial da produção primária, em termos da produção bruta anual (em milhares de quilocalorias por metro quadrado) dos principais tipos de ecossistema.

Apenas uma parte relativamente pequena da biosfera é fértil sob condições naturais.

Apenas 5% a 20% da energia passa para próximo nível

TEIA ALIMENTAR UM CONJUNTO DE CADEIAS ALIMENTARES, através das quais a energia flui e os nutrientes circulam.

As transformações bioquímicas dissipam boa parte da energia da produção primária bruta antes que ela possa ser consumida pelos organismos. A cada etapa cerca de 80% da energia é perdida.

A produção de cada nível trófico é de 5% a 20% do nível inferior.

Eficiência ecológica:Porcentagem de energia transferida de um nível para outro

5% a 20 %

A Energia segue diversas vias no organismo

Aquilo que o organismo digere e absorve constitui a energia assimilada.

Energia respirada é fração da energia utilizada nas necessidades metabólicas.

Componentes do alimento que não são digeríveis, (pêlos, penas, exoesqueletos de

insetos, cartilagem, celulose, lignina) : Energia Egestada.

Excreção animal: Resíduos orgânicos nitrogenados (amônia, ureia, ácido úrico):

Energia Excretada.

A Energia segue diversas vias no organismo

Energia assimilada.

Disponível para síntese de biomassaCrescimento e reprodução (disponível no próximo nível trófico)

Componentes do balanço de energia de um organismo:

Energia assimilada = Energia ingerida – energia egestada

Produção = Energia assimilada – respiração – excreção

A eficiência de assimilação

A eficiência ecológica de uma cadeia alimentar começa pela eficiência a qual os organismos assimilam o alimento que consomem.

A eficiência de assimilação é a razão entre assimilação e ingestão (expressa como %)

Herbívoros: assimilam 60% da energia das sementes e 70% da vegetação jovem.

Pastadores (elefantes, gados e gafanhotos): assimilam cerca de 30% da energia de seu alimento.

Milípides (madeira em decomposição): assimilam cerca15% da energia em sua dieta.

Espécies predadoras: 60% a 90%

Incetívoros: 70% a 80%

A eficiência de produção líquida (%)

Organismo crescem e produzem filhotes = Biomassa acrescentada

Produção do organismo potencialmente alimento para outros organismo

A razão entre a energia contida nessa produção e a energia total assimilada = Eficiência de produção líquida

Animais ativosEnergia de produção líquida baixa = 1%

Animais sedentários de sangue frio = direcionam 75% da energia assimilada para crescimento e reprodução

A eficiência de produção Bruta (%)

Baseia-se na energia total ingerida, em vez de assimilada

Eficiência de produção Bruta

Eficiência de assimilação x Eficiência de produção líquida

A eficiência de produção bruta representa a eficiência energética total da produção de biomassa dentro de um nível trófico

Ef B de animais terrestres = raramente excede 5%.aves = 1%insetos = 15animais aquático = 30%

Subsídio de energia

Qualquer fonte de energia que reduza o custo de automanutenção interna do ecossistema, aumentando assim, a quantidade de energia de outras fontes, que possa ser convertida em produção, denomina-se um fluxo de energia auxiliar ou um subsídio de energia.

Subsídio Energético natural

Papel das marés no estuário:

Subsídio ótimo de fluxo de água

Subsídio de energia

Rede alimentar em uma pequena comunidade de riacho.

Podemos notar:

1 Enlaçamento de cadeias formando uma rede alimentar.2 três níveis tróficos3 Hydropsyche ocupa posição intermediária.4 Ecossistema aberto

Rede alimentar no Mar do Norte

Em termos de quilocalorias por metro quadrado que são transferidas ao longo das cadeias alimentares de pastagem e de detritos.

As pirâmides ecológica• A interação do fenômeno de caia

alimentar com a relação entre tamanho e metabolismo resulta em que as comunidades possuem uma estrutura trófica definida, a qual caracteriza um determinado tipo de ecossistema (lago, florestas, campos)

• As pirâmides ecológicas podem ser de três tipos:

• 1 Pirâmide de números = representa o nº de organismos individuais.

• 2 Pirâmide de biomassa = baseada no peso seco total, outra medida que represente a quantidade total de material vivo.

• 3 Pirâmide de energia = produtividade nos níveis tróficos.

P = produtores S = saprótrofos, bactérias e fungos

A eficiência de produção para as plantas

Plantas: conceito difere pois não digerem e assimilam alimento

Eficiência de produção líquida

Produção líquida______________________

Produção bruta

Plantas de crescimento rápido Epl (aquáticas) = 75% (zonas temperadas)

Plantas de crescimento rápido Epl (aquáticas) = 40% a 60% (trópicos)(maior temperatura, maior respiração em latitudes tropicais)

Cadeia alimentar de detritos

Plantas terrestres – grande parte da produção está retida em estruturas difíceis de ingerir e digerir. Maior parte da produção terrestre é consumida como DETRITOS – restos mortais de plantas e materiais indigeríveis.

Alimentação herbívora e alimentação detritívora

Estabelece duas cadeias alimentares paralelas nas comunidade terrestres

Animais relativamente grandes

Energia move-se rapidamente

Alimento:Vegetação

Animais pequenos, microorganismos

Energia move-se lentamente na cadeia alimentar

Alimento: detritos e

serrapilheira

Herbivoros consomem:1,5% a 2,5% p. primária (florestas decídua)12% p. primária (campos)60% a 90% p. primária (comunidades planctônicas)

A eficiência de exploração

É a proporção da produção em um nível trófico que é consumida por um organismo no nível trófico s superior. (inferior a 100%)

A eficiência ecológica total de um ecossistema é descontada pela eficiênciade exploração

Eficiência ecológicaeficiência de exploração x eficiência de produção bruta

Descreve em que proporção da energia assimilada pelas plantas acabaalcançando um nível trófico superior no ecossistema.

Tempo de residência

O tempo médio de residência de energia em um ecossistema em um determinado nível trófico é igual a energia armazenada dividida pela taxa de energia que é convertida em biomassa:

Energia armazenada na biomassa (KJ por m2)_______________________________

produtividade líquida (KJ por m2 por ano)

Biomassa (kg por m2)____________________

Taxa de produção de biomassa (kg por m2 por ano)

Taxa de acumulação da biomassa para os produtores primários varia conforme o ecossistema (de 20 anos a 20 dias)

A Bioenergética de Ecossistemas

O fluxo de energia e a eficiência de transferência descrevem certosaspectos da estrutura do ecossistema:

nº de níveis tróficosa importância de detritívoros, e herbívoros

valores de biomassadetritos acumuladostaxas de troca de M.O

A Bioenergética de Ecossistemas

São medidas para compreensão do funcionamento do ecossistema(Lindeman) – Construiu o primeiro balanço energético para uma Comunidade biológica inteira .

LAGO CEDAR BOG em Minessota.

Estudos de fluxo de energia – energia como moeda universal.

Balanço de energia em um ecossistema

Equíbrio entre débito e crédito

Materias orgânicos produzidos fora do sistema são chamadosEntradas alóctones,

A fotossíntese que é produzida dentro do ecossistema é chamadade produção autóctone.

Balanço de energia em um ecossistema

Estudos e D. G. Kozlovski conclui:

1) A eficiência de assimilação aumenta nos níveis tróficos superiores.

2) As eficiências de produção líquida e bruta diminuem nos níveis tróficos superiores,

3) A eficiência ecológica é em média 10%

gratidão