Fluxos de matéria e energia

Comunidades fortemente ligadas ao meio abiótico pelos fluxos de matéria e energia - ECOSSISTEMAS.

Ecossistemas incluem produtores primários, consumidores, detritívoros e ambiente fisicoquímico.

ECOSSISTEMAS

1920 Charles Elton – Organismos em um mesmo lugar interagiam e formavam uma unidade – relações alimentares – teias alimentares.

A.G.Tansley – Sistema Ecológico composto pelos animais, plantas e fatores físicos do entorno – ECOSSISTEMA.

Alfred J. Lotka – populações e comunidades – sistemas transformadores de energia e matéria.

Sistema: descrito por um conjunto de equações que representavam as trocas de energia e matéria entre seus componentes.

- Equações obedeciam a princípios termodinâmicos – transformações de energia crescem na proporção do tamanho, produtividade e ineficiência.

1942 Raymond Lindeman – Ecossistema - sistema transformador de energia. Uniu idéias de Tansley e o conceito de Elton, incluindo nutrientes inorgânicos.

-Seqüência de relações tróficas pelas quais a energia passa pelo ecossitema – cadeia alimentar –composta por muitos elementos, plantas, herbívoros, carnívoros, etc – níveis tróficos.

-Leis termodinâmicas - cada vez menos energia passa ao nível trófico seguinte – pirâmide de energia.

Rieklefs 2003

Caracterização dos sistemas com base nos fluxos de energia e na ciclagem de matéria. Medidas de assimilação de energia e eficiência energética – conceito termodinâmico do ecossistema.

1953 – E.P. Odum –Ecossistemas como diagramas de fluxo de energia.

Cada nível trófico representado por uma caixa: tamanho - biomassa dos organismos daquele nível;

setas - vias e o montante de energia que chega, é assimilada, perdida, armazenada e se torna disponível.

Diferente da energia, os nutrientes são regenerados e retidos no ecossistema – matéria circula, sendo assimilada na forma inorgânica, convertida em biomassa e voltando à forma inorgânica pela decomposição.

- Nutrientes podem limitar produtividade das plantas e assim de todo o ecossitema.

Carbono

Plantas, algas e bactérias – captam luz e transformam em energia química - ligações entre carbonos – produção primária. Taxa de produção: produtividade primária.

Fotossíntese

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Fotossíntese – transformação de carbono em estado oxidado em reduzido. Cada grama de carbono assimilado – 39kJ de energia.

Menos de um terço da energia absorvida é assimilada na fotossíntese, o restante é perdido na forma de calor.

Glicose – gorduras, amidos, óleos, celulose...

Combinados com N, P, S, Mg – proteínas, ácidos nucléicos, pigmenos...

Autótrofos – produtores primários, e produtividade primária determina a quantidade de energia total do ecossistema.

Produção primária bruta – energia total assimilada; Produção primaria líquida – energia acumulada e disponível para herbívoros.

diferença – respiração.

Unidades de produção primária – Energia por unidade de área por unidade de tempo.

-Crescimento vegetal em determinada área

– produtividade primária líquida, que é influenciada pela quantidade de luz e pela temperatura.

Nutrientes – limitam produção primária, suas quantidades variam de acordo com ambiente.

Ecossistemas diferentes – diferentes produtividades – diferentes disponibilidades de água, luz, calor e nutrientes.

Begon 2006

Produtividade primária líquida x1015 gC ano-1

Apenas uma pequena fração da energia passa para nível trófico seguinte.

Plantas utilizam de 15 a 70% em manutenção, herbívoros e carnívoros mais ativos que plantas gastam ainda mais na manutenção

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

Energia ingerida – energia egestada = energia assimilada

Energia assimilada – respiração – excreção = produção.

Eficiência da assimilação – razão entre assimilação e ingestão – depende da digestibilidade.

Plantas – valor energético depende dos constituintes – celulose, lignina e outros materiais não digeríveis.

Herbívoros assimilam ca. 80% da energia da sementes, 60 a 70% da vegetação jovem, 30 a 40% de pastagem . Madeira em decomposição – 15%.

Animais – mais facilmente digeridos, eficiências variam de 60 a 90%.

Vertebrados mais fáceis de digerir que invertebrados - exoesqueletos (indigestos) constituem fração comparativamente maior do corpo.

Crescimento e reprodução – produção, a razão entre a energia contida na produção e a energia assimilada – eficiência de produção liquida.

Animais de sangue quente apresentam eficiências mais baixas – 1% (aves) a 6% (pequenos mamíferos). Animais poecilotérmicos até 75% (espécies aquáticas).

Plantas – não ingerem alimentos, mas consomem própria produção - eficiência de produção liquida– depende do ambiente e forma de crescimento– 30 a 85%.

Plantas lenhosas terrestres – produzem estruturas de difícil ingestão e digestão – herbívoros eficiências de assimilação baixas – detritos.

Duas cadeias alimentares paralelas – animais grandes consomem vegetação e animais pequenos consomem detritos na serapilheira.

Maior parte da produção é consumida – pouca energia se acumula em qualquer nível trófico.

Equilíbrio entre produção e consumo leva a uma estrutura trófica relativamente constante.

Sob certas circunstâncias produção e consumo não estão em equilíbrio,

energia pode se acumular:

como matéria orgânica no solo,

ou como sedimentos orgânicos em ecossistemas aquáticos.