Pedro Aguiar Pinto (ISA/ULisboa) papinto@isa.ulisboa.pt

Curso Livre de Ciência, Tecnologia e Cidadania

27 de Janeiro de 2015

Diversidade ou monotonia?

Sumário

•  Ponto prévio – O mundo que nos rodeia.

•  O ambiente–  Escala

»  Local vs. global•  O que mudou?

–  Mudança global (Globalização)»  Agricultura»  Transportes»  População»  Energia»  Água

Mudança Global

Mudança Global | 3

Think global. Act local

Duas escalas | 4

Razão Consciência da realidade segundo a totalidade dos

factores

Razão total | 5

Globo | 6

Mundo conhecido | 7

Os horizontes alargam-se | 8

Os nossos antepasados foram protagonistas | 9

Glob cover 2009 | 10

NASA | 11

Alteração

O que mudou?

Local - global

Passado - presente

Terra incógnita

Introdução em cultura de novas áreas | 22

Reutilizar / Reciclar | 23

Nitrato do Chile| 24

Petróleo | 25

Cereais | 26

Fluxos comerciais mundiais (2001, 109 US$)

Tóquio | 28

Cidades mais populosas

Cidade População

1. Xangai (China 29 000 000

2. Karachi (Paquistão) 23 500 000

3. Pequim (China) 21 500 000

4. Nova Deli (Índia) 18 000 000

5. Lagos (Nigéria) 17 000 000

23. Londres 8 500 000

Concentração metropolitana | 29

Concentração litoral | 30

Fluxos de água no comércio de produtos agrícolas| 31

Uso de água à escala global

Água à escala global | 32

Consumo doméstico de água

Água à escala local | 33

Disponibilidade de água doce

Distribuição global de água doce | 34

O Brasil vive a pior crise hídrica em mais de 80 anos

Observador, 2015.01.26

Getty Images

População da Terra Population Clocks

World 7,220,589,900 14:36 UTC (+1) Jan 27, 2015 http://www.census.gov/main/www/popclock.html

população mundial |36

Iluminação nocturna |37

Fluxos de tráfego aéreo |38

Silent Spring – Rachel Carson (1962) |39

Caixotes do lixo |40

Poluição de plástico nos oceanos

Sumário

•  Necessidades vs. disponibilidades alimentares–  Dominância de um número reduzido de espécies

•  O ecossistema agrícola–  Conceitos–  Particularidades

•  Estabilidade•  Diversidade

Requisitos alimentares (RDA’s)

•  Diários – Energia: 10,5 MJ

(2500 kcal)energia digestível

– Proteína: ���50 g prot. dig.���(8g N = 50/6,25)

•  Anuais –  Energia:

•  3,8 GJ.ano-1

–  Proteína:•  18,2 kg.ano-1���

(2,9 kg N)

O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína.

224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente

menos que o requisito anual per capita.

Cereais48%

Raízes e tubérculos4%

Leguminosas8%

Oleaginosas6%

Outras34%

Cultura Área Produção Produtividade Energia bruta

Capacidade sustentação

População potencial

(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780 Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867 Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249 Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124 Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148 Batata 19150 305147 15935 102080 27 514 Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255

Produção de alimentos

Composição da dieta alimentar humana à escala mundial

Arroz 21%

Trigo 20%

Milho 5% Outros cereais

10%

Mandioca 2%

Açúcar 7%

Gorduras e óleos 9%

Frutos e hortícolas 10%

Carne e peixe 11%

Batatas e inhame 5%

Evolução Tecnológica

A “Revolução Verde”

Irrigação de alto rendimento

Agroquímicos

Mecanização

Modelo de um ecossistema

Produtores

Consumidores

Decompositores

Reserva de

nutrientes

Espaço físico

Calor

Para outros ecossistemas

De outros ecossistemas

Radiação solar

Energia

Nutrientes

Leis da Termodinâmica

•  1.ª lei – Na natureza nada se cria, tudo se transforma

•  Princípio de conservação da massa e da energia (Lavoisier)

•  2.ª lei – Maximização da entropia

•  Não há almoços grátis

Balanços, fluxos e eficiência

Balanços Entradas + Saídas + Δ armazenamento = 0

Fluxos Fluxo = Condutividade * Gradiente ( )

Eficiência E = O / I ou E = Saídas /Entradas

[ ]zΔ

Δ

Fluxo de energia num ecossistema natural

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência

Produtos vegetais

Produtos animais

Plantas

Dejecções

Radiação solar

Reflexão Metano

Fluxo de energia num ecossistema agrícola

Combustível

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência, doenças e pragas

Produtos vegetais

Produtos animais

Cultura

Dejecções

Radiação solar

Reflexão

Metano

Processamento

Conservação

Colheita

Máquinas

Pesticidas

Irrigação

Fertilização

Subsídio de energia Exportação

Cadeias tróficas básicas em Agricultura

Adaptado de Loomis e Connor (1992)

Cultura Cultura Pastagem Cultura Pastagem

Homem

Animal Animal Animal

Homem Homem Homem

18 (trigo)

4 (milho-porco)

7 (leite)

Capacidade de sustentação (pessoas/ha)

Cultura

Homem

Sistemas do tipo 1

Sistemas do tipo 3

Pastagem

Animal

Homem

Exportação de nutrientes Grão Palha Total

Produção total (kg MS /ha) 10000 10000 20000

C 12 40% 3800 3800 7600H2 2 7% 633 633 1267O 16 53% 5067 5067 10133

30 95%N 2% 200 100 1% 300P 1,5% 150 75 0,75% 225K 2% 200 100 1% 300

Cu 0,001% 0,125 0,125

Exemplo hipotético para um cultura de milho

Tipos de dispersão

casual regular agrupada

Orientação do trabalho no campo

Solo nu

Estádios pioneiros

Ambiente mais

estável Menor quantidade

de energia requerida para

regulação e adptação a um

ambiente instável

Mais energia disponível para

suporte da biomassa; > eficiência de

transferência de energia

Mais espécies; cadeias

tróficas mais compridas;

comunidades mais

complexas; melhor

regulação interna.

Aumento da especialização das espécies

Extinção de populações

sobregeneralizadas dos estádios iniciais

Sobreespecialização de espécies; estabelecimento de

populações demasiado pequenas na comunidade

Diminuição da eficiência de mecanismos de auto-regulação Extinção de populações

sobrespecializadas

Maior capacidade de auto-regulação

Autoregulação

Floresta natural

Centros de origem

Pastagem natural

Exploração florestal

Pastagem semeada

Agricultura de sequeiro

Agricultura de regadio

Áreas urbanas Vida

selvagem

Intensidade de gestão - +

-

+ D

iver

sida

de

Intensidade da gestão humana

Agricultura

Transportes Comércio grossista e retalhista

Uso doméstico

Alimentos

Processamento de alimentos

1.46

17.9%

32.7%

2.67

(1.16)

(3.83)

(0.30)

(4.13) (4.36) (5.67) (2.49)

30.6%

0.23 2.8% 16.0% 1.31

8.16 x 106 kcal per capita / ano 34 GJ per capita / ano ≈10 vezes > 3,8 GJ

Consumo de energia na fileira alimentar

Adaptado de Hirst (1974)

Sumário •  Diversidade

–  Diferentes escalas espaciais•  Diversidade alfa•  Diversidade beta•  Diversidade gama

•  Monotonia–  O modelo de cultura

•  Particularidades

•  Estabilidade•  Diversidade

Factos e considerandos

Considerando que a cauda é uma pata, quantas patas tem um cão?

Tem quatro, dado que, o facto de considerarmos que a cauda é uma pata não transforma a cauda em pata.

Abraham Lincoln

Diversidade e monotonia 1. Diversidade e monotonia •  Diversidade •  Variedade

–  Variável vs. Constante •  Uniformidade

–  Uniforme vs. multiforme

•  Homogeneidade –  Homogéneo vs. heterogéneo

•  Dominância •  Produtividade •  Estabilidade •  Risco •  Sustentabilidade

Valor (subliminar?) + Variedade

Variável vs. Constante Uniformidade

Uniforme vs. multiforme

Homogeneidade Homogéneo vs. heterogéneo

- - + - +

Espécie •  do latim: species, "tipo" ou "aparência"; abreviado:

"spec." ou "sp." singular, ou "spp." plural), é um conceito fundamental da Biologia que designa a unidade básica do sistema taxonómico utilizado na classificação científica dos seres vivos.

•  Embora existam múltiplas definições, nenhuma delas é consensual, o conceito estrutura-se em torno –  da constituição de agrupamentos de indivíduos (os espécimes) com

profundas semelhanças estruturais e funcionais recíprocas–  resultantes da partilha de um cariótipo idêntico, expresso numa estrutura

cromossómica das células diplóides similar, que lhes confere acentuada uniformidade bioquímica e a capacidade de reprodução entre si

–  originando descendentes férteis e com o mesmo quadro geral de caracteres, num processo que, quando envolva um organismo sexuado, deve permitir descendentes férteis de ambos os sexos.

O que é a diversidade

Diferentes escalas espaciais •  Alpha Diversity = richness and evenness of individuals within a habitat unit.

–  For example in the figure below, Alpha Diversity of Site A = 7 species, Site B = 5 species, Site C = 7 species.

•  Beta Diversity = expression of diversity between habitats. –  In the example below, the greatest Beta Diversity is observed between Site A and C with 10 species

that differ between them and only 2 species in common. •  Gamma Diversity = landscape diversity or diversity of habitats within a landscape

or region. –  In this example, the gamma diversity is 3 habitats with 12 species total diversity.

8.74 Million Species on Earth Census Results for the Five Kingdoms of Eukaryotes (approximate) ANIMALS – 7.77 million species (of which 953,434 have been described and cataloged) PLANTS – 298,000 species (of which 215,644 have been described and cataloged) FUNGI – 611,000 species (of which 43,271 have been described and cataloged) PROTOZOA – 36,400 species (single-cell organisms with animal-like behavior, such as movement, of which 8,118 have been described and cataloged) CHROMISTS – 27,500 species (including, brown algae, diatoms, water molds, of which 13,033 have been described and cataloged)

http://news.discovery.com/earth/plants/874-million-species-on-earth-110823.htm Agosto 2011

Agricultura é monótona

2. A Agricultura é monótona (pouco diversa)

2.1. O modelo de cultura (que surge como conceito a partir da observação de

herbáceas anuais determinadas) Conjunto de indivíduos idênticos - de uma única população

- da mesma idade e, portanto, com grande uniformidade, suportando um elevado grau de competição / interferência intraespecífica

Texto Texto

A competição é adaptada aos recursos disponíveis

Texto Texto

…mas a dominância é sempre assegurada

Dominância assegurada pelo homem

Produtores primários

Consumidores secundários

Consumidores primários

A situação torna-se mais complexa quando outras

populações são consideradas na

comunidade "LUZERNA":

LUZERNA INFESTANTES

AFÍDEOS GAFANHOTOS COELHOS

LEITE

FAISÕES

RAPOSAS

DECOMPOSITORES

HOMEM PARDAIS

CARNE

VACAS

LUZERNA VACA HOMEM

Produtor primário Consumidor primário Produtor secundário

Uma cadeia trófica num sistema agrícola simples:

Ideótipo

•  Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de trigo de C. M. Donald (1968) (b) para cultura com povoamentos densos e recursos do solo não limitantes:

•  - palha baixa e resistente, um número reduzido de folhas erectas e uma espiga longa

•  - comportamento não competitivo, alto índice de colheita e máximo desempenho em comunidade.

Irregularidade

Texto Texto

A irregularidae é notada

Variabilidade espacial

Texto Texto

O trabalho

O trabalho do campo acentua a natureza monótona e

lenta associada à agricultura que, contudo, não deixa de ser harmoniosa.

Bucólico – foi o adjectivo encontrado para traduzir a harmonia que poetas e pintores descreveram

Harmonia

Texto Texto

Economias de escala

Diversidade em Agricultura

3. A diversidade em Agricultura •  Pastagens biodiversas

•  Conssociações

Conssociações

AGRICULTURA: monótona e diversa 18 de Maio 2010 | Pedro Aguiar Pinto

Texto Texto

AGRICULTURA: monótona e diversa

Tema Texto

Repartição do espaço

AGRICULTURA: monótona e diversa

Texto Texto

AGRICULTURA: monótona e diversa

Texto Texto

Diversidade de paisagem

Diversidade em Agricultura

3. A diversidade em Agricultura •  Pastagens biodiversas

•  Conssociações •  Rotações

S-C-L-C

S-C-L-C

1.º ano 2.º ano 3.º ano 4.º ano

Folha 1 Milho Trigo Fava Cevada

Folha 2 Trigo Fava Cevada Milho

Folha 3 Fava Cevada Milho Trigo

Folha 4 Cevada Milho Trigo Fava

3. Diversidade em Agricultura 18 de Maio 2010 | Pedro Aguiar Pinto

3. A diversidade em Agricultura •  Conssociações

•  Pastagens biodiversas •  Rotações

•  Cultura em faixas

Strip cropping

3. Diversidade em Agricultura

3. A diversidade em Agricultura •  Conssociações

•  Pastagens biodiversas •  Rotações

•  Cultura em faixas

•  Sistemas agroflorestais •  Bordaduras (edgerows)

Sistema agro-florestal

Agroforestry

Agroforestry