aula3 - ciclos biogeoqu­micos

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aula3 - Ciclos biogeoquímicos

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  • Universidade Federal de GoisInstituto de Cincias Biolgicas Dep. Ecologia

    Prof. Adriano S. Melo

    asm.adrimelo naquele gmail.com

    Ecologia de Ecossistemas

    Aula 3: Ciclos biogeoqumicos

  • Esquema simplificadode fluxos de

    energia e matria

    Energialuminosa Produtores Herbvoros Carnvoros

    Decompositores

    Respirao

    Estoquenutrientes

    Respirao

    Respirao

  • Ciclos Biogeoqumicos

    exceto pela gua, 95% da matria viva C.

    micro, meso e macronutrientes

    diferente de energia, nutrientes esto disponveis em quantidade limitada

    atmosfera (C em CO2, N em N molecular ou gasoso)

    rochas como fonte de Ca, Ferro, Mg, P e K, liberados principalmente por intemperismo qumico

    fases orgnicas e inorgnicas

  • Plantas

    Decompositores

    Solo

    Folhio

    Consumidores

    Ciclos do P, K, Ca, Mg, Cu, Zn, B, Cl, Mo, Mn e Fe

  • Nitrognio N gasoso a maior fonte para ecossistemas fonte da atmosfera: pequena frao do que absorvido por plantas - deposio mida (chuva, neve, cerrao)

    - deposio seca (precipitao de partculas em tempos de seca) Fixao de N por bactria e algas azuis

    - enzima nitrogenase (N2 NH4) bactrias fixadoras de N, livre no solo ou em ndulos de razes -at 300 kg/ha

    Mutualismo de Rhizobium e leguminosas 1. bactria em vida livre no solo2. raiz estimula bactria com exudato e clulas que se destacam3. exudatos ativam genes de rhizobia formao de ndulos4. clula de raiz penetrada por bactria. Raiz cerca a infeco5. infeco passa a crescer, tanto por clulas da raiz e bactria6. sistema vascular

    -traz produtos da fotossntese -leva compostos nitrogenados (principalmente asparagina)

    custo dos ndulos alto- vantajoso em solos pobres em N- apos certo tempo, leguminosas favorecem outras plantas

  • Fonte: Ricklefs (2003)

  • Razo N/C duas ordens de magnitude menor em madeira do que em tecidos animais

    Animais que se alimentam de madeira: de onde vem o N?

    bactrias simbiontes fixadoras de N

    Cupins: no sistema digestivo

    Moluscos brocadores de madeira:

    clulas com bactrias simbiontes nas brnquias

  • Fixao de N por isolados da bactria T. turnerae e

    por simbiontes da bactria dentro do bivalve

    marinho L. pedicellatus

    C.P. Lechene et al., Science 317:1563

    (2007)

    Ef = Enterococcus faecalisTt = Teredinibacter turnerae

    Concentrao N

    Bactericitos

  • Plantas

    Decompositores

    Solo

    Folhio

    Consumidores

    Fixao

    Atmosfera

    Desnitrificao

    Ciclo do Nitrognio

  • Compartimentos e fluxos de N na Floresta Experimental Hubbard Brook, EUA.

    Bacia no impactada.

    Os valores nos compartimentos esto em kg/ha. Os fluxos esto em kg/ha/ano.

    SOM=Surface Organic Matter, dividido de acordo com velocidade de decomposio

    Fonte: Xuyong Li, R B. Ambrose, and R Araujo, Modeling mineral nitrogen export from a forest terrestrial ecosystem to streams (2004). Transactions of the ASAE. 47 (3), pp. 727-739.Postprint available free at: http://repositories.cdlib.org/postprints/88

    Folha 74Ramos finos 21Madeira 203Total 298

    Viva abaixo superf.Razes grossas 77Razes finas 83Total 160

    N Mineral disponvel23

    Fixao N11

    Mineralizao liquida

    Mat Veg. MortaMetablica 47Estrutural 105Total 152

    2.0

    95.4

    SOMMicrbios superf. 65Ativo 165Lento 1995Passivo 1926Total 4153

    17.5

  • Estoque de nutrientes: entradas no ecossistema

    - intemperismo rochas - atmosfera

    captao ativa (C) deposio mida deposio seca - importao ambientes de vrzea - importao - ambientes aquticos

  • Estoque de nutrientes: sadas do ecossistema C: perda para atmosfera; em geral no balano (sucesso NO) bactrias no solo podem reduzir nitrato para N2 (desnitrificao)

    fogo: perda cerca de 40% da quantidade de N orgnico

    colheita de vegetais ou animais maioria elementos: perda principal por riachos - maior perda quando chove mais - dissolvido ou particulado

    Ca2+

    Na+

    Mg2+

    K+

    Vazo

    Sad

    a n a

    vaz

    o

    (kg

    ha-1 a

    no-1)

  • Hubbard Brook (Likens e Borman 1975)

  • Hubbard Brook (Likens e Borman 1975)

    -perda: 13 X-40% mais gua nos riachos

  • Estoques nos ambientes aquticos

    Terrestre: quase tudo imobilizado guas correntes: -- Muito pouco imobilizado

    -- Espiral de nutrientes-- Exemplo borrachudos:

    600 mil larvas m2

    429 ton/ano de pelotas fecais

    deposio e uso

  • Sedimentosocenicos

    Atmosfera

    Comunidadesterrestres

    gua solo | rios, lagos | oceanos

    Rocha

    Comunidadesaquticas

    N2 N2 N2ONH3 NH4

    NOx

    N2

    Ciclo do N no planeta

    Espiral de nutrientes

  • Sedimentosocenicos

    Atmosfera

    Comunidadesterrestres

    gua solo | rios, lagos | oceanos

    Rocha

    Comunidadesaquticas

    N2 N2 N2ONH3 NH4

    NOx

    N2

    Ciclo do N no planeta

    Corte matasEsgoto

    Fertilizantes

    CombustoNOx

    Espiral de nutrientes

  • Atmosfera

    Comunidades terrestres

    guasolo | rios, lagos l oceanos

    Rocha Sedimentosocenicos

    Comunidades aquticas

    Ciclo do P no planeta

    Espiral de nutrientes

  • Atmosfera

    Comunidades terrestres

    guasolo | rios, lagos l oceanos

    Rocha Sedimentosocenicos

    Comunidades aquticas

    Ciclo do P no planeta

    Corte matas

    Esgoto

    Fertilizantes

    Pesca Espiral de nutrientes

    Eutrofizao

  • Atmosfera

    Comunidadesterrestres

    guasolo | rios, lagos l oceanos

    Rocha Sedimentosocenicos

    Comunidadesaquticas

    CO2fotossntese

    respirao

    Escoamento superficialC orgnico

    Ciclo do C no planeta

    Fotossntese

  • Atmosfera

    Comunidadesterrestres

    guasolo | rios, lagos l oceanos

    Rocha Sedimentosocenicos

    Comunidadesaquticas

    CO2fotossntese

    respirao

    Ciclo do C no planeta

    Combusto

    Combustveis fsseis

    Fotossntese

    Corte matas

    Escoamento superficialC orgnico

  • Emisses de Co2 (106 t C*ano-1) Queima de combustveis fsseis Mudanas no uso da terra

  • O efeito estufa CO2 absorve calor (radiao infravermelho)

    alm do CO2, metano (CH4), oznio (O3), xido nitroso (N2O) e clorofluorcarbonetos (CFCs)

    temp. hoje 0,5 0,2 mais quente que poca pr-industrial

    dobrar a conc. de CO2 aumento temp. em 3,5 - 4,2 0C- derretimento geleiras- aumento do nvel dos oceanos- mudanas vento, chuvas e correntes marinhas- produtividade em alguns locais, em outras- extines de espcies (e.g. extines do Quaternrio)

    O Protocolo de Kyoto- reduo das emisses- quem aceita, quem rejeita- comrcio de carbono

  • Consequncias da remoo da vegetao para comunidades aquticas

    a bacia como unidade de estudo

    No interceptao da chuva mais gua chega ao solo eroso incidncia direta no solo eroso

    Aumento vazo maior perda de nutrientes

    Excesso na entrada de sedimento e nutrientes (N e P) recobrimento do substrato eutrofizao, principalmente em ambientes lnticos

    Aumento da incidncia solar aumento temperatura gua eutrofizao

    Heterotrofia Autotrofia perda de diversidade mudana nas propores dos grupos funcionais

  • Balano de nitrognio em fazenda produtora de leite na Dinamarca

    Valores em Kg/ano

    Rebanho de44 vacas

    Fertilizantes (4741)

    Sementes (19)

    Rao (4009)

    Novos animais (4)

    Leite (1092)

    Carne (303)

    Cereais (120)

    Percolaoe transporte

    Des

    nitr i

    fica

    o

    Evap

    ora

    o a

    mn

    ia

    Fixa

    o

    biol

    . N (6

    00)

    Dep

    osi

    o (6

    46)

    Entradas = 10.019 KgSadas = 1.515 KgSobra = 8.504 Kg