curso de atualização em educação ambiental e sustentabilidade · identificar e controlar a...

Curso de Atualização em Educação Ambiental e Sustentabilidade

Ecologia e Conservação Ambiental

Paulo Prates Júnior Biólogo, mestrando em Agroecologia – UFV

Modulo IV - Ecologia e Conservação Ambiental

1. Níveis de organização em ecologia,

2. crescimento e regulação populacional,

3. desenvolvimento de comunidades,

4. interações entre espécies,

5. cadeias e teias alimentares,

6. fluxo de energia e matéria nos ecossistemas,

7. biodiversidade e sua regulação,

8. extinção de espécies,

9. ameaças a biodiversidade,

10. estratégias de conservação e unidades de conservação.

Curso de Atualização em Educação Ambiental e

Sustentabilidade

• Que perguntas faz a Ecologia?

• O termo foi cunhado por Haeckel em 1866.

• Dentre todas as disciplinas biológicas a Ecologia é a mais

heterogênea e também a mais completa.

Onde, como e por que?

• A vida no planeta pode ser vista como uma hierarquia

biológica que começa com as partículas celulares...

Begon et al., 2006; Mayr, 1997

Ecologia: definição e escopo

Scheiner e Willig, 2008


• As três principais

categorias em Ecologia:

Organismos

Populações

Comunidades

Begon et al., 2006


Organismos – como são afetados (e como eles

afetam) pelo ambiente.

Populações – ausência ou presença de espécies

particulares, sua abundância ou raridade e como

tendem a flutuar em número.

Comunidades – composição e organização das

comunidades ecológicas.

Energia e matéria se movimenta entre organismos

vivos e o seu ambiente...Ecossistema!


• Áreas clássicas ligadas a ecologia: colheita e produção de

alimentos, ecofisiologia vegetal, conservação do solo,

silvicultura, atividades pesqueiras, controle de pragas e

doenças...

• Expansão do interesse público: conservação de espécies e

biodiversidade, controle de doenças em humanos e

consequências de poluição e alterações globais.

Townsend et al., 2010


• Organicismo = o todo é mais do que a soma de suas partes”.

• Emergência = em um sistema estruturado, novas propriedades

emergem em níveis mais altos de integração que não poderiam ser

previstas a partir do conhecimento dos componentes em níveis inferiores.

Níveis de Organização

Mayr, 1997


Organismo

População

Comunidade

Ecossistema

A Hierarquia é livre e depende dos

filtros, da escala e da

pergunta/perspectiva do observador.


Escala

Teoria das Hierarquias

Teoria de Sistemas Complexos

Os níveis são relacionados : o que é possível vindo de baixo, e o

que é permitido vindo de cima.

Sistemas de 3 níveis de organização

Contexto

Nível Focal

Dinâmicas e Processos

Ecossistema

Comunidade

População

Organismo

Paisagem

A Estrutura de Ecossistemas Naturais


Teia complexa de interações

entre os componentes.

Identificar e controlar a competição,

predação e herbivoria.

Determinar fatores que controlam seu

tamanho, crescimento.

Como o indivíduo se comporta em resposta a fatores

ambientais e como o grau de tolerância a estresse

restringe sua distribuição

Atua como regulador de

ecossistemas


• Como avaliar o impacto da

contaminação de rios e córregos por

agrotóxicos?

• Mensurar os níveis de substâncias

químicas presentes no ambiente.

• Avaliar os efeitos da contaminação em diferentes níveis biológicos.

Arias et al., 2007

Na prática...

Para pensar


Arias et al., 2007


Parâmetros medidos em diferentes níveis de organização biológica.

• O sucesso reprodutivo: cada indivíduo, em média, produz

uma prole que vive para se reproduzir.

• A maneira como os organismos crescem e produzem

descendentes varia de todos os modos imagináveis.

Crescimento e regulação

populacional

Ricklefs, 2001

• Ciclos de vida e reprodução:


populacional

Begon et al., 2006

• Estratégias reprodutivas e densidade populacional:

1. Espécies com tamanho de população extremamente variável –

sujeitas a catástrofes e fraca competição intraespecífica, alta

fertilidade = “r”.

2. Espécies com tamanho de população quase constante, perto da

capacidade de suporte do ambiente, intensa competição

intraespecífica, tempo de vida longo, reprodução retardada e prole

única = “k”.


populacional

Mayr, 1997

• Estratégias reprodutivas e densidade populacional:

crescimento e sobrevivência

Estrategista r Estrategista K

Elevada velocidade de reprodução Baixa velocidade de reprodução

Elevado nível nutricional Baixo nível nutricional

Elevadas populações Baixas populações

Amplas flutuações populacionais Populações mais constantes

Ex:

blooms de cianobactérias quando

aumentam os fosfatos.

Pseudomonas quando aumenta fonte de

carbono.

Ex:

Bactérias que produzem prosteca em

lagos oligotróficos.


populacional

• Ex.: Lago oligotrófico e lago eutrófico.


populacional

• Ex.: Lago oligotrófico e lago eutrófico.


populacional

Produção de

substâncias tóxicas.


populacional

Ricklefs, 2001

As populações são

dinâmicas.

Estudos demográficos consideram as taxas de nascimento e

mortalidade e aumento e decréscimo da população, além da

capacidade suporte do ambiente.

O conjunto de tolerâncias e a habilidade de interagir com

outras espécies pode ajudar a definir sua abundância e

dominância.

Organismos nascem e morrem, as populações aumentam

e encolhem e seu arranjo espacial se desloca.

• A velocidade de crescimento de uma população depende

de sua estrutura etária.


populacional

Ricklefs, 2001

• A maioria das populações tem um grande potencial de

crescimento biológico, mas, a taxa intrínseca de

crescimento é contrabalanceada por fatores extrínsecos.

• Exemplo: introdução de coelhos na Austrália.

• Mais coelhos = menos alimentos = menos filhotes.

Agravamento social, eclosão de doenças, atenção de

predadores...


populacional

Ricklefs, 2001

• O tamanho da população é regulado por fatores

dependentes de densidade.

•Fatores independentes de densidade podem influenciar a

taxa de crescimento, mas não regula tamanho:

temperatura, precipitação, eventos catastróficos...

• Exemplo: moscas confinadas com um suprimento fixo de

alimento.


populacional

Competição

de larvas por

alimento = alta

mortalidade.

Ricklefs, 2001

• O problema da população humana e a remoção de fatores

limitantes.


populacional

Ricklefs, 2001


populacional

Begon et al., 2006


populacional

Insustentável não é o

tamanho, mas a

distribuição desigual de

recursos dentro da

população mundial.

Begon et al., 2006


populacional


populacional

Para pensar


populacional

Begon et al., 2006

Ecossistemas naturais e Agroecossistemas comparados

Mecanismos Reguladores de População

Devido a simplificação e redução das interações tróficas de

agroecossistemas, as populações cultivadas raramente são

auto-reprodutoras ou auto-reguladoras.

Para determinar o tamanho das populações é necessário

grandes subsídios de energia externa na forma de

insumos.

Devido a simplificação na estrutura física e funcional é alto

o risco de pragas e doenças catastróficas.

• A flutuação é a regra para as populações naturais.

• As interações são o que faz as comunidades mais que a

soma de suas partes.

• Ecólogos usam o conhecimento das interações entre

organismos na tentativa de explicar o comportamento e

estrutura da comunidade.

• A comunidade é uma assembléia de populações que

ocorrem juntas no espaço e no tempo.

Desenvolvimento de comunidades

Ricklefs, 2001; Begon et al., 2006

• Ênfase inicial em comunidades de plantas.

• Uma floresta tropical na Austrália ou na Amazônia tem um

aspecto característico. Embora, não se relacionem umas

com as outras, mas com plantas de outro tipo de vegetação

do mesmo continente.


Mayr, 1997

Estrutura Vegetativa

Determinada pela forma

da espécie dominante, e

também pela forma e

abundância das outras.

Componente vertical e

horizontal.

Adaptações das espécies que a compõem

aos gradientes de fatores abióticos que

ocorrem no ambiente.

Interações entre as populações dessas

espécies.

Resultado de:

Considerando a importância da estrutura da comunidade na

determinação da dinâmica e estabilidade do ecossistema, é

valioso examinar algumas de suas propriedades.


Propriedades Estruturais de Comunidades



Diversidade das

Espécies

Número de espécies

existentes em uma

comunidade.



Dominância e Abundância Relativa

Espécie dominante é aquela que produz o maior impacto

nos componentes bióticos e abióticos da comunidade.



Estabilidade

Confere ao ecossistema a habilidade de reagir à perturbações

sem perder sua estrutura e função.

Está relacionada aos conceitos de equilíbrio dinâmico,

resistência e resiliência.



Estrutura Trófica

Cada espécie tem necessidades nutritivas e a satisfazem

através de outras espécies.

Produtores, consumidores herbívoros, predadores,

parasitas e parasitóides, decompositores e detritívoros.

As relações tróficas podem ser

muito complexas e têm grande

importância nos processos de um

agroecossistema, como o manejo de

pragas e doenças e a ciclagem de

nutrientes.

• Os detalhes gerais são

reconhecidos, mas os detalhes são

geralmente imprevisíveis.

• A sucessão é influenciada por

diversos fatores: solo, exposição

ao sol e vento, chuvas...

• O clímax = estagio final da

sucessão – imprevisível –

composição não uniforme.


Mayr, 1997

Sucessão e clímax

A sucessão é o

processo de

recuperação de um

ecossistema.

• Estudo de caso: Campos

Abandonados em Minnesota:

• Parcelas que recebem taxas

diferentes de N tornam-se menos

similares em composição de

espécies ao longo do tempo?

• Parcelas recebendo taxas

similares de N tornam-se mais

similares em composição ao longo

do tempo?


Mayr, 1997

Sucessão e clímax

O tempo em si não é a

única causa de

mudança. Níveis de

nutrientes levam à

convergência de

comunidades.

• Nenhuma espécie vive em isolamento...

• Competição interespecífica: indivíduos de uma espécie

sofrem redução na fecundidade, sobrevivência ou

crescimento... Afeta a dinâmica populacional.

• Ex.: Competição por silicato entre diatomáceas.

Interações entre espécies

Begon et al., 2006

• Competição interespecífica:

Espécies em competição coexistem numa dada

escala espacial, mas apresentam distribuição diferentes.

As espécies são com frequência excluídas por

competição interespecífica dos locais onde poderiam

existir.

O papel da heterogeneidade ambiental – as variações

espaciais e temporais são a regra, não a exceção.

Os ambientes são geralmente uma fragmentação de

hábitats favoráveis e desfavoráveis.


Begon et al., 2006


Espiral de ervas:


Para pensar


Planejamento setorial:


Para pensar

• Predação – processo envolve o consumo parcial ou total

de presas:

predadores verdadeiros

pastejadores

parasitos

parasitóide


Begon et al., 2006

• A semelhança fundamental = os predadores reduzem a

fecundidade e/ou a sobrevivência de indivíduos-presa.

• Estudo de caso em laboratório com a praga ‘traça da

farinha” (Plodia interpunctella) com e sem um parasitóide

(Venturia canescens).


Begon et al., 2006

• Mutualismo – espécie diferente interagem para o seu

benefício mútuo.

• Mutualistas compõem a maior parte da biomassa mundial:

raízes de plantas e fungos, corais e algas unicelulares,

flores e insetos polinizadores, animais e tratos digestórios,

proteção de plantas por formigas, dispersão de sementes.


Begon et al., 2006

mykes = fungos + rhiza = raiz.

• Existem diferentes tipos de associação (ex.: ecto e

endomicorrizas), distribuídas dos trópicos as regiões

árticas, em todos os grupos vegetais (briófitas, pteridófitas,

gimnosperma e angiospermas).


Micorrizas

Begon et al., 2006

• Os fungos extraem água e nutrientes, são eficientes na

extração de suprimentos esparsos, ex.: P, mas, também N.

• As plantas fornecem M.O. que chega a 30% da produção

fotossintética líquida.

• Outros benefícios: proteção contra patógenos e

herbívoros, resistência metais tóxicos.


Micorrizas

• A incapacidade da maioria das plantas e dos animais em

fixar nitrogênio.

• A capacidade é amplamente distribuída entre as bactérias.

• Enlace entre rizóbios e leguminosas: troca de uma

mercadoria rara e valiosa (nitrato fixado) por energia.

• Comunidade de plantas e competição pelo N.


Fixação de N em plantas mutualísticas

Begon et al., 2006

http://go2.wordpress.com/?id=725X1342&site=cnho.wordpress.com&url=http%3A%2F%2Fmicrobewiki.kenyon.edu%2Findex.php%2FBradyrhizobium&sref=http%3A%2F%2Fcnho.wordpress.com%2F2009%2F11%2F26%2Fendosimbiosis-rhizobium-a-medio-camino-de-organelas-celulares%2F

• Experimento clássico: soja + gramínea – tratamento com

nitrogênio mineral ou inoculadas com Rhizobium:

cultivo de soja – rendimento aumentou com N mineral

ou Rhizobium ou ambos;

a gramínea respondeu apenas ao fertilizante;

a soja é favorecida competitivamente na presença de

Rhizobium;

a gramínea é favorecida pelo fertilizante.

• Leguminosa: favorecida em ambientes com N deficiente,

mas, sua atividade aumenta o nível de N. Melhoram o

ambiente de seus competidores.



Begon et al., 2006

• De acordo com as questões apresentadas quais as

indicações que podem ser dadas para o cultivo sustentável

de leguminosas?



Recuperação e manejo do solo: plantio consorciado e rotação de cultura.

Begon et al., 2006

Para pensar

• As populações e comunidades como sistemas

transformadores de energia.

• A sequência de relações tróficas pelas quais a energia

passa através do ecossistema = cadeia trófica.

• Energia é perdida em cada nível pela ineficiência e

realização de trabalho = pirâmide de energia.

Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas

Fatores Abióticos

A Estrutura de Ecossistemas Naturais

Fatores Bióticos

Organismos vivos Componentes físicos e

químicos

(solo, luz, umidade e

temperatura)

Interagem entre si e

com o ambiente

Reagem e se

modificam com a ação

dos fatores bióticos



Fluxo de Energia

As plantas, produtores primários do ecossistema,

são responsáveis por trazer a energia do sol para

dentro do ecossistema.

Produção de Biomassa.

A habilidade do ecossistema em converter energia

solar em biomassa varia de acordo com as

espécies que o compõe e com as características

físico-químicas do ambiente.

• A produção primária é a assimilação de energia e

produção de matéria orgânica pela fotossíntese.

• Apenas 5 a 20% da energia passa de um nível trófico para

outro.

Ricklefs, 2001


Fluxo de Energia


Ciclagem de nutrientes

Os nutrientes são a matéria que flui através do

ecossistema.

É usada para construir células e tecidos e as moléculas

orgânicas complexas que são necessárias para o

funcionamento das células e do organismo.

Os nutrientes fazem parte da biomassa e também são

transferidos entre os níveis tróficos.

A energia flui em uma

única direção.

A matéria fui em

ciclos.



Ciclos Biogeoquímicos porque a matéria passa por

componentes bióticos e abióticos.

Os ciclos são complexos e interconectados, e muitas vezes

ocorrem em um nível global, transcendendo os ecossistemas.

Entre os ciclos que ocorrem ao nível do ecossistema estão:

Carbono, Nitrogênio, Oxigênio, Fósforo, Enxofre e Água.



Para o carbono, oxigênio e nitrogênio o reservatório

abiótico principal é a atmosfera. Por isso pode ser

compreendido como um ciclo global.

Para o fósforo, enxofre, potássio, cálcio e a maior parte dos

micronutrientes o reservatório abiótico principal é o solo. Por

isso os ciclos ocorrem em escala local ou regional.

Nutrientes podem

existir em formas

que estão

prontamente

disponíveis para os

organismos.

Nutrientes podem existir em

formas não disponíveis

para os organismos, e

devem ser transformadas

em elementos

biodisponíveis.

• O ciclo hidrológico

Townsend et al, 2010


• Nunca é muito lembrar que há + de 1,5 bilhão de

pessoas s/ acesso a água em boas condições.

• Cerca de 2,5 bilhão s/ saneamento básico

• Água doce quantidade relativamente pequena e mal

distribuída.

• A ausência de água potável causa + mortes na

infância do que qualquer outra doença.


Poluição da água


Poluição da água

Doenças de veiculação hídrica: amebíase (Entamoeba hystolitica);

giardíase (Giardia lamblia);

gastroenterite;

febres tifóide (salmonelas tifóide);

febres Paratifóides (salmonelas paratifóides)

hepatite infecciosa (vírus Tipo A);

cólera (vibrião da Cólera);

diarréia (Enterovírus, E.Coli);

desinteria bacila (bacilo disentérico).

• Transmissão de algumas verminoses: –esquistossomose, ascaridíase, taeníase, oxiuríase e ancilostomíase.


Poluição da água

Água necessária para produzir 1 kg de alimentos - (litros)

• Carne = 15.000

• Frango = 6.000

• Cereais = 1.500

• frutas cítricas/raízes e tubérculos = 1.000

Terras

Emersas:

29,2% da

Superfície

Águas:

70,8% da

Superfície

97% - Oceanos

03% - Potável. Destes :

•70% - Icebergs e Geleiras

•29% - Subterrânea

•01% - Disponível Diretamente ao Homem.

Água no mundo

Consumo médio de água no mundo por faixa de renda

Água no mundo

Fonte: N.B. Ayibotele. 1992.

The world water: assessing the resource.

Percentual de uso

em cada setor.

Disponibilidade de Água por Habitante/Região

(1000m3)

• O ciclo do fósforo



O fósforo está aprisionado nas rochas e no fundo dos oceanos.

Uma vez no solo pode

ser absorvido pelas

plantas como fosfato.

Retorna ao solo através

da excreção e

decomposição.

A lixiviação pode levar o

fosfato para o fundo dos

oceanos, quando então

o ciclo passa para uma

escala geológica.

• O ciclo do fósforo



• O ciclo do nitrogênio



Nitrogênio

atmosférico (N2)

em amônia

(NH3)

biodisponível,

em nitrato

(NO3).

• O ciclo do carbono




Para Pensar

Como retornar nutrientes para dentro das unidades

produtivas?

O fluxo de energia deve ser menos dependentes de recursos não

renováveis.

Deve-se buscar o equilíbrio entre a energia e matéria exportada

na colheita e aquela ciclada dentro do sistema.

O planejamento deve favorecer qualidades naturais como

resiliência, estabilidade, produtividade e equilíbrio.

• Combustíveis fósseis: poluição atmosférica e

desmatamento.

Ricklefs, 2001

Geração de energia e seus efeitos

Concentração de CO2 medido no Havai. As depressões indicam o verão no hemisfério norte: taxa fotossintética máxima.


• Combustíveis fósseis: poluição atmosférica e

desmatamento.

• Mudanças climáticas globais – alterações latitudinais e

altitudinais na distribuição de espécies e extinção. Ex.:

formiga argentina (Linepithema humile), só não se

estabeleceu na Antártica.

Ricklefs, 2001



• Energia nuclear:

• A liberação de radiação pode ser completamente

controlada?

• Geração de resíduos radioativos e longa escala de tempo.

Ex.: Plutônio com meia vida de 25.000 anos.

• Fontes radioativas: uso médico (raios-X), radiação de

fundo (originada pelos raios cósmicos), produzida na costra

terrestre pelo decaimento de materiais como rádio e tório.

Ricklefs, 2001



• Energia nuclear:


Mina de urânio em Caetité - Ba


• Energia eólica: promissora quanto a liberação de CO2.

• E as comunidades locais?

• Paralelo com as usinas hidrelétricas – alterações no

padrão de descarga dos rios e perda atividades

recreacionais à jusante.

• Grande ameaça as aves migratórias.

Ricklefs, 2001



Este “amontoado” de

luzes, por ordem, de cima

para baixo, são Boston,

New York, Filadélfia e

Washington.

Miami Houston

Dallas

Chicago

Na

Califórnia,

ainda está

claro.

A meio da foto , observamos

um maior número de

cidades, mas pela

quantidade de luzes é dificil

saber qual é!

Puerto Rico

La Habana

... Os homens perdem a saúde para juntar dinheiro,

depois perdem o dinheiro para recuperar a saúde.

E por pensarem ansiosamente no futuro esquecem

do presente de forma que acabam por não viver

nem no presente nem no futuro. E vivem como se

nunca fossem morrer... e morrem como se nunca

tivessem vivido.


Sustentabilidade

Dalai Lama

Muito obrigado!!!


Sustentabilidade

Contato: [email protected]

www.raizessemiarido.wordpress.com

curso de atualização em educação ambiental e sustentabilidade · identificar e controlar a...

Documents