O papel

do mogno (Swietenia macrophylla King) no processo de

trocas gasosas entre biosfera e atmosfera

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia – INPAGrupo de Pesquisas em Educação Ambiental - GPEA

Av. André Araújo, 2936, Petrópolis, CEP: 69083-00, Caixa Postal: 478 Manaus-AM

(92) 643-3145 e-mail: edambt@inpa.gov.br

Equipe executora:

1) Aldair Gomes Lopes (1ª Série Ensino Médio), LíderR. São João, 44 – Coroado III – 69.082-260 – Manaus – AM(092) 644-1901, e-mail: aldairgl@hotmail.com

2) Cligeam Almeida Trindade (2ª Série Ensino Médio)3) Luciana Rodrigues Barroso (8ª Série Ensino Fundamental)4) Luciano Rodrigues Barroso (8ª Série Ensino Fundamental)

Equipe de apoio científico:

1) MSc Rosana de Miranda Rocha, Líder, Manejo FlorestalRua São Francisco, 150, Santo Antônio CEP: 69030-000

(92) 643-1900 , e-mail: rocha@inpa.gov.br2) MSc Edgard Siza Tribuzy, Fisiologia3) MSc Liliane Martins Teixeira, Respiração de plantas4) MSc Roseana Pereira da Silva, Crescimento 5) Dr. Joaquim dos Santos, Biomassa florestal6) Dr. Niro Higuchi, Carbono da vegetação

Apoio Institucional:

1) Fernanda Dias Costa Bandeira Vieira (GPEA), responsávelAv. André Araújo, 2936, Petrópolis, CEP: 69083-000, Manaus-AM(92) 643-3145 e-mail: bandeira@inpa.gov.br

2) Dra. Maria Inês Gasparetto Higuchi, Educação Ambiental

Agradecimentos:

Dr. Antenor Pereira Barbosa, pelo fornecimento das mudas; MSc Ulisses M. dos Santos Jr., pela ajuda na interpretação de resultados e Evely Sevalho Bentes e MSc Vilany Matilla Carneiro, pela revisão do texto.

ENDEREÇO INTERNETwww.inpa.gov.br

Manaus-AM, 08 de maio de 2004

ii

ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS...........................................................................................iv

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................iii

2.4. Fotossíntese e Respiração da Folha................................................................................................... 13

A fotossíntese consiste basicamente na conversão da energia luminosa em energia química. Por meio desse fenômeno, os organismos clorofilados assimilam o carbono, na forma de gás carbônico, e transformam a energia luminosa em energia química, além de liberar gás oxigênio (Paulino, 2001) (Figura 6) . ................................................................................................................................................. 13

......................................................................................................................................................................13

2.4.2. Respiração da Folha.................................................................................................................... 14

3. OBJETIVOS...........................................................................................................................................16

3.1. Objetivo geral........................................................................................ 163.2. Objetivos específicos........................................................................... 16

4. METODOLOGIA:.................................................................................................................................17

4.1. Área de estudo...................................................................................... 175. RESULTADOS..............................................................................................................................21

Fotossíntese Bruta......................................................................................................................................21

9. Bibliografia Consultada.........................................................................................................................29

28

9. BIBLIOGRAFIA..............................................................................................29

10. ABREVIATURAS E SÍMBOLOS..................................................................31

11. EXPERIÊNCIAS E OBSERVAÇÕES ..........................................................32

12. ANEXO 1 .....................................................................................................33

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Esquema do efeito estufa...................................................................06

Figura 2: Composição química do ar.................................................................09

Figura 3: O ciclo do processo respiratório e fotossintético................................10

Figura 4: Balanço anual do carbono na Terra. .................................................12

Figura 5: Ciclo do carbono. ...............................................................................12

iii

Figura 6:A transformação de energia luminosa em energia química................13

Figura 7: Visão geral do mogno.........................................................................17

Figura 8: Visão das folhas de mogno................................................................. 17

Figura 9: Visão dos frutos e sementes do mogno. ...........................................18

Figura 10: Visão do tronco e da madeira do mogno..........................................18

Figura 11: Assimilação de CO2 das mudas de mogno (µmol.m-2.s-1) em relação

a taxa fotossintética sem separar os adicionais da taxa respiratória no

escuro................................................................................................................21

Figura 12: Composição da taxa da respiração da planta (emissão do CO2) e

fotossíntese (fixação de CO2) em µmol.m-2.s-1 .................................................22

iv

Resumo

O equilíbrio existente entre a biosfera e a atmosfera em termos de

trocas gasosas é produto evolutivo de milhões de anos. No entanto, a partir da

revolução industrial, aumentou progressivamente a queima de combustíveis

fósseis e as substituições de florestas virgens em pastagens e agricultura. Por

conta disso, a concentração do CO2 atmosférico, nos últimos 150 anos,

mostrou um incremento de aproximadamente 10 ppm por década. A

quantidade retida na atmosfera aumenta a camada de gases de efeito estufa,

podendo provocar aumento de temperatura da terra, descongelamento das

calotas polares, aumento do nível do mar e desequilíbrio do regime de chuvas,

entre outras possíveis conseqüências. Além da atmosfera, temos os oceanos e

as florestas como absorvedores (fixadores ou seqüestradores) de carbono. O

nosso foco é sobre o papel da floresta nas trocas gasosas entre biosfera e

atmosfera. Por isso, é importante conhecer a capacidade das plantas em emitir

e fixar carbono. Para explicar esse processo, usamos medidas fotossintéticas e

respiratórias realizadas em mudas de mogno (Swietenia macrophylla),

desenvolvendo-se em viveiro. Para esse trabalho, utilizamos o aparelho (IRGA)

Li-Cor 6400, programando para emitir fluxos de CO2 e H2O, para desenvolver

duas curvas de luz e quantificar as coletas em µmol.m-2.s-1. Foram comparados

os dados do experimento com os de outras pesquisas realizadas na mesma

área, onde foi possível observar que plantas jovens tem a capacidade de

assimilação de carbono de 1,5 - 3 µmol.m-2.s-1 e no presente experimento

obtivemos uma média assimilação de CO2 atmosférico equivalente a 4,2 µ

mol.m-2.s-1, ou seja, acima do limite superior obtido em outras espécies

florestais. Extrapolando as medidas da taxa assimilatória líquida nas mudas

de mogno em condições de viveiro, tiramos uma média de que todas

conseguem assimilatória a cerca de 3,92 µmol.m-2.s-1 , logo a produtividade

das mudas e o potencial de sequestro de carbono atmosférico mostraram

resultados significativos para o interesse em manejar essa espécie para o

reflorestamento, assim como para a sua preservação.

1

2. Introdução

A floresta ainda constitui um estoque substancial de carbono, cerca de

40% da fitomassa terrestre (FAO, 1993). Isto sugere que estas florestas podem

ser drenos de CO2 e a força deste dreno pode ser aumentado como resultado

das emissões antropogênicas de CO2 e um aumento do depósito de nitrogênio

e outros minerais (Grace et al., 1996).

Considerando os reservatórios de carbono em todo mundo, a

manutenção da floresta amazônica representa a preservação de um importante

estoque deste composto, no entanto, a conversão da floresta primária

amazônica em campos para instalação de atividades agropecuárias, tem uma

baixa relação custo/benefício e contribui significativamente para o aumento de

gases de efeito estufa na atmosfera. A Amazônia emite a cada ano 200

milhões de toneladas de carbono, com transformação de floresta em campos,

sendo praticamente o triplo que o país todo emite com a queima de

combustíveis fósseis (Higuchi, 2000). Dessa forma, o controle das taxas de

emissão de CO2 torna-se imprescindível, já que os efeitos da liberação deste

gás têm sido considerados como os mais importantes no contexto de

mudanças climáticas globais.

Este cenário gera uma crescente preocupação com estas mudanças no

planeta e faz aumentar também, na mesma proporção, a necessidade de se ter

estimativas confiáveis da contribuição da floresta amazônica na fixação do CO2

atmosférico. Para Buchman et al. (1997) as florestas tropicais têm contribuído

de maneira significativa para a fração global da taxa de produtividade primária,

algo em torno de 17% dos continentes, tornando-se desta forma um dreno

expressivo do montante total de CO2 atmosférico no mundo.

2

Assim, dois processos fisiológicos cruciais do mecanismo de ciclagem

de carbono precisam ser entendidos, que são a fotossíntese e a respiração de

planta. A fotossíntese bruta (Fb) < assimilação total de CO2 da atmosfera >

menos a respiração autotrófica (Ra) < perdas de carbono devido à formação e

manutenção dos tecidos vegetais > é igual à assimilação líquida (A) <

contribuição das comunidades vegetais como dreno de CO2 >. Então, conhecer

a produtividade de mudas de mogno tem como função ilustrar a assimilação e

liberação de carbono na planta.

O carbono faz parte de dois gases mais importantes para o efeito estufa,

metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) e é o elemento químico mais

abundante dentre os elementos dos ciclos biogeoquímicos, que envolvem a

vida (bio), a terra (geo) e a química. Entender o ciclo do carbono e o ciclo da

água é começar a entender a relação da vida neste planeta, a atmosfera, os

oceanos e as rochas (Campos, 2001).

O ciclo do carbono é composto de vários ciclos simples. O ciclo mais

importante é denominado fotossíntese-respiração e está intimamente ligado

com as plantas, animais e bactérias (biosfera) (Campos, 2001).

O ciclo do carbono ocorre na atmosfera em pequena proporção, cerca

de 0,03% de um estoque de 760 Gt C (Gt = giga toneladas = 109 t ou 1 bilhão

de t), mas desempenhando função fundamental com referência ao crescimento

dos vegetais. As plantas, sejam na terra ou nos oceanos, assimilam o dióxido

de carbono (CO2) na biomassa, liberando o oxigênio (O2). Este processo é

chamado de fotossíntese, onde a luz (foto) é essencial para sintetizar

biomassa. O estoque de carbono na vegetação da Terra é de

aproximadamente 500 Gt C; quando incluímos os solos na biosfera, o estoque

3

passa a ser de cerca de 2.500 Gt C. Como os vegetais servem de base para o

reino animal, pode-se dizer que sem o dióxido de carbono não haveria vida na

Terra (Campos, 2001).

Para ilustrar o processo de trocas gasosas entre biosfera e atmosfera,

enfocamos uma parte do ciclo do carbono que envolve fotossíntese-respiração

nas plantas, usando mudas de uma importante espécie florestal, que é mogno.

O mogno é atualmente a espécie madeireira mais valorizada da Amazônia.

Plantar o mogno significa gerar emprego e renda, ao mesmo tempo em que

ajuda a limpar a atmosfera retirando o CO2 excedente.

2.1 Efeito Estufa

Noventa e nove por cento da atmosfera é composta predominantemente

de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). Se houvesse apenas esses dois gases na

atmosfera, a temperatura média da Terra seria inferior a zero grau Celsius e os

oceanos seriam congelados. Entretanto, a presença de outros gases (1%)

impede parte da transmissão do calor da atmosfera para o espaço exterior,

aumentando sua temperatura. Este controle natural da temperatura terrestre é

conhecido como efeito estufa (Campos, 2001).

Os gases responsáveis pelo efeito estufa são denominados gases de

efeito estufa –GEE, que geralmente são compostos por moléculas que se

encontram naturalmente na atmosfera e os mais importantes são: dióxido de

carbono (CO2); vapor de água (H2O); metano (CH4); ozônio (O3) e óxido nitroso

(N2O) (Moreira e Schawartzman, 2000).

4

O vapor d’água é o mais importante gás natural causador do efeito

estufa devido sua abundância, mas o papel das suas emissões de origem

antropogênica são menos importantes. O CO2 é o segundo gás de efeito estufa

em importância, sendo lançado na atmosfera de maneira natural (vem sendo

lançado de maneira natural pelos vulcões ao longo da história da Terra) e não

natural (desmatamento) (Campos, 2001).

O efeito estufa funciona da seguinte forma, a energia da radiação

eletromagnética emitida pelo Sol atinge a atmosfera, principalmente na forma

de radiação luminosa e uma parte menor de infravermelha e ultravioleta. Parte

da radiação é refletida pela atmosfera, parte é absorvida e outra parte

atravessa a atmosfera, alcançando a superfície terrestre. A superfície terrestre

reflete a parcela da radiação eletromagnética de ondas luminosas e absorve

outra parcela. As radiações absorvidas participam de processos físicos e sua

energia transforma-se, resultando ao final na emissão pela Terra de calor, sob

forma de radiação térmica (ondas longas). O calor irradiado pela Terra se dirige

ao espaço, porém parte dele é aprisionado na atmosfera, devido à presença

dos gases causadores do efeito estufa – GEE (Campos, 2001) (Figura 1).

5

Figura 1- Efeito estufa. Fonte: www.faep.com.br

Quanto maior a concentração dos GEE, maior é a absorção de calor

provocando o aquecimento da atmosfera. O efeito estufa existe há bilhões de

anos, possibilitando a vida terrestre na forma conhecida. Caso não existisse o

efeito estufa natural, a temperatura média da superfície da Terra situar-se-ia na

faixa de -18ºC. A temperatura média global da superfície da Terra com a

presença do efeito estufa é de 15ºC. Com o céu claro, em torno de 60-70% do

efeito estufa natural é provocado pelo vapor d’água, gás de efeito estufa

dominante na atmosfera terrestre. As nuvens também têm um outro papel

importante em equilíbrio térmico do planeta. Elas refletem parte da radiação

solar de volta para o espaço pelas superfícies brancas, promovendo um efeito

contrário aos dos gases causadores do efeito estufa. Em termos gerais, as

nuvens têm um efeito de resfriamento (Campos, 2001).

Outro fenômeno associado ao balanço de energia da Terra é o albedo

que representa a refletividade da atmosfera e da superfície da Terra. O albedo

médio situa-se na faixa de 30%. Grande parte do albedo atmosférico é causada

6

pela presença de nuvens. O tipo de cobertura terrestre também influencia o

albedo, por exemplo, uma área escura (floresta densa) tem um albedo menor

do que uma área clara (campo aberto), pois reflete menos luz visível (Campos,

2001).

O efeito estufa começou a alarmar a comunidade científica porque a

concentração dos gases de efeito estufa está aumentando rapidamente na

atmosfera devido às emissões antrópicas. Dentre esses gases, o principal vilão

é o dióxido de carbono (Campos, 2001).

Algumas atividades antrópicas estão aumentando as concentrações dos

GEE na atmosfera. Além disso, novos gases com a mesma propriedade, mas

resultantes apenas das atividades antrópicas, passaram a acentuar o efeito

estufa, sendo os principais: hidrofluorcarbono (HFGs), perfluorcarbonos (PFCs)

hexafluoreto de enxofre (SF6), clorofluorcarbonos (CFCs) e

hidroclorofluocarbonos (HCHFCs) (PROTOCOLO DE QUIOTO, 1997; Moreira

e Schawartzman, 2000). O contribuinte mais importante para o recente

aumento dos estoques de CO2 atmosférico é a combustão de combustíveis

fósseis e a mudança no uso da terra (desmatamento das florestas,

particularmente nos trópicos).

Nos últimos anos, as concentrações de CO2 aumentaram cerca de 20%,

as concentrações de metano CH4 mais que dobraram e as concentrações de

óxido nitroso (N2O) aumentaram cerca de 15%. As concentrações de dióxido

de carbono tiveram um aumento de 31% desde 1750. As concentrações

presentes são maiores que as dos últimos 420.000 anos e provavelmente

maiores que as dos últimos 20 milhões de anos (confiabilidade de 60-90%).

7

O efeito estufa já se intensificou, a temperatura superficial média global

aumentou em 0,6 ± 0,2° C durante o século XX, as medições das médias

globais das marés indicam um aumento de 0,1 a 0,2 m durante o século 20 . As

épocas quentes das oscilações do El Niño têm se tornado mais freqüentes,

persistentes e intensas desde a metade da década de 70, comparando com os

100 anos anteriores. Algumas imagens de satélite mostram que as extensões

das neves se reduziram em 10% (confiabilidade de 90-99%) desde a década

de 60. Nos próximos 100 anos podem ocorrer mudanças climáticas regionais,

incluindo temperaturas elevadas, invernos mais quentes, um ciclo global médio

exacerbado, alterações na biodiversidade e no ciclo de carbono (SAR-WG1,

2001). Devido às mudanças presentes e futuras na biosfera, o principal impacto

do efeito estufa é a mudança do clima.

2.1. A POLUIÇÃO DO AR

A composição química do ar

Atmosfera é a camada de ar que cobre o globo terrestre até uma altura

de aproximadamente 10.000 m. Responsável pela manutenção da vida animal

e vegetal, tal camada constitui-se de: 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e

0,033% de gás carbônico, além de outros gases, que a compõe (Figura 2). O

vapor d’água está presente em quantidades que variam de 1% em ar frio e

seco a 3 a 4% durante a estação úmida nos trópicos. A umidade do ar é um

fator ecológico de grande importância para os seres vivos e sua variação

acarreta notórios efeitos biológicos. Do ponto de vista biológico os

componentes mais importantes do ar são: o gás carbônico, o oxigênio e o

nitrogênio (Morandi, 1987).

8

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ARCOMPONENTES PORCENTAGEM, EM VOLUMENITROGÊNIO 78,11OXIGÊNIO 20,953GÁS CARBÔNICO 0,033ARGÔNIO 0,934NEÔNIO 0,001818HÉLIO 0,000524CRIPTÔNIO 0,000114XENÔNIO 0,0000087HIDROGÊNIO 0,00005METANO 0,0002ÓXIDO NITROSO 0,00005

Figura 2 - Composição química do ar. Fonte: Morandi,1987

2.2.1. O gás carbônico

O gás carbônico existente na atmosfera é originado da respiração, das

combustões e das calcinações. É devido à intensa atividade respiratória dos

microorganismos que a concentração de CO2 aumenta em locais ricos em

húmus. A queima de combustíveis fósseis é o fator responsável pelo aumento

progressivo da concentração de CO2 na atmosfera, cuja principal conseqüência

é o efeito estufa. As calcinações, ocorridas durante as atividades vulcânicas,

constituem a produção de CO2 a partir de carbonatos (Morandi, 1987).

2.2.2. O oxigênio

Sabemos que a atividade fotossintética tem como finalidade a produção

de compostos orgânicos, a partir da absorção de água e da fixação do gás

carbônico atmosférico. O oxigênio liberado nessa reação é proporcional ao CO2

fixado. Contrariamente, no processo respiratório a matéria orgânica produzida

9

a fotossíntese é oxidada liberando-se novamente o CO2, com a formatação de

água (Figura 3).

Figura 3 - O ciclo respiratório e fotossintético. Fonte:Correia, 2004.

Assim, a fotossíntese e a respiração são processos antagônicos que,

realizados com a mesma intensidade, mantêm balanceadas as concentrações

de O2 e CO2 na atmosfera. A queima intensiva de madeira e de combustíveis

fósseis desequilibra o processo natural, porque provoca o aumento de CO2,

desde que o processo de análise (queima de compostos orgânicos) supera o

da síntese (produção de compostos orgânicos) (Morandi, 1987).

2.2.3. Monóxido de carbono

O monóxido de carbono é o poluente que aparece em menor quantidade

no ar das grandes cidades. Tem origem, principalmente, na combustão do

petróleo e do carvão. No sangue humano existe a hemoglobina, um pigmento

que, nos pulmões combina-se com o oxigênio e assim é transportado para as

células. O monóxido de carbono (CO) pode reagir com a hemoglobina,

substituindo o oxigênio; tal fato provoca a morte por asfixia: muitas pessoas já

morreram asfixiadas em garagens fechadas com automóveis em

funcionamento. Seriam medidas eficientes, no combate ao problema, a

regulação dos motores e, principalmente, a diminuição no número de

automóveis circulantes (Morandi, 1987).

FOTOSSÍNTESE RESPIRAÇÃO

O2

CO

10

2.3. Ciclo Global do Carbono

Segundo Correia (2004) a questão do efeito de estufa está, portanto

relacionada com as emissões antropogênicas (que resultam das ações

humanas) de gases de estufa (segundo o relatório do IPCC de 1995) e tem

preocupado a comunidade científica, os governos e a opinião pública, pelas

repercussões diretas e indiretas nas sociedades e na economia mundial. Dada

a incerteza na definição de cenários futuros, a comunidade científica tem

investigado as causas e conseqüências do aumento destes gases no

funcionamento do sistema climático. Tendo sido claramente demonstrado o

aumento do CO2 na atmosfera, tem havido um grande interesse no melhor

conhecimento do ciclo global do carbono. O ciclo do carbono consiste na

transferência deste elemento (via queima, respiração, reações químicas) para a

atmosfera ou para o mar e a sua reintegração na matéria orgânica via

assimilação fotossintética (Figura 4). Na era pré-industrial a concentração de

CO2 na atmosfera manteve-se estável em resultado do equilíbrio entre as

emissões e a assimilação. No entanto, durante os últimos 200 anos cerca de

405 +/- 30 Gt de CO2 foram libertadas para a atmosfera como resultado de:

-Queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) e produção

de cimento (70%)

- Alterações no uso do solo, principalmente destruição das florestas (30%)

Estas emissões adicionaram-se às que ocorriam naturalmente e, por não

serem compensadas totalmente pela assimilação fotossintética, levaram ao

aumento da concentração de CO2 na atmosfera (Figura 5). Em comparação

com o período pré-industrial, este aumento foi cerca de 30% (Correia, 2004).

11

Figura 4 - Ciclo do carbono Fonte: ww.escolavesper.com.br

Figura 5 - Balanço Anual do Carbono na Terra. Fonte: Correia, 2004

SUMIDOURO

Absorção pelos oceanos: 28% (2,0 +/- 0,8 Gt deC)

Armazenamento na Atmosfera: 46% (3,3 +/- 0,2 Gt de C)

Emissões de Combustíveis Fosséis e produção de cimento: 77% (5,5 +/- 0,5 Gt de C)

BALANÇO ANUAL DO CARBONO NA TERRA

FONTES

Absorção pela parte Emersa da Biosfera (Ecossistemas Terrestres): 25% (1,8 +/- 1,6 Gt de C)

Emissões devidas às Alterações do Uso da Terra nas Regiões Tropicais: 23% (1,6 +/- 1,0 Gt de C)

12

2.4. Fotossíntese e Respiração da Folha

A fotossíntese consiste basicamente na conversão da energia luminosa

em energia química. Por meio desse fenômeno, os organismos clorofilados

assimilam o carbono, na forma de gás carbônico, e transformam a energia

luminosa em energia química, além de liberar gás oxigênio (Paulino, 2001)

(Figura 6) .

2.4.1. Importância da fotossíntese

A fotossíntese é de fundamental importância para a manutenção do

equilíbrio biológico nos mais diversos ecossistemas de nosso planeta. As

substâncias orgânicas fabricadas por meio da fotossíntese são utilizadas como

“matéria-prima” na construção da matéria viva; além disso, atuam como

“combustíveis”, pois fornecem a energia necessária para o desempenho das

diversas funções vitais tanto dos próprios organismos clorofilados, que

Figura 6 - A transformação da energia luminosa em energia química. Fonte:Barros, 1998

13

sintetizam esse material orgânico, como dos organismos heterótrofos, que se

nutrem direta ou indiretamente dos organismos clorofilados (Paulino, 2001).

Logo a fotossíntese consome o gás carbônico e libera oxigênio, estando

estreitamente associada à manutenção das taxas desses gases na biosfera. É

através dela que se compensa a constante liberação de gás carbônico e o

consumo de oxigênio que ocorrem em conseqüência de diversos fatores,

como, por exemplo, pela atividade respiratória dos seres vivos em geral ou pela

combustão (queima) de algum material orgânico, como a gasolina e o álcool

(Paulino, 2001).

2.4.2. Respiração da Folha

A respiração celular é um fenômeno que consiste basicamente no

processo de extração da energia química acumulada nas moléculas de

substâncias orgânicas diversas, tais como carboidratos e lipídios. Nesse

processo, verifica-se a oxidação ou ”queima” de compostos orgânicos de alto

teor energético, com a conseqüente formação de substâncias de menor

conteúdo energético, como o gás carbônico e a água, além da liberação de

energia que é utilizada para que possam ocorrer diversas formas de trabalho

celular (Paulino, 2001).

2.4.3. Importância da respiração aeróbica

A respiração aeróbica é desenvolvida sobretudo nas mitocôndrias,

organelas citoplasmáticas que atuam como verdadeiras “usinas’’ de energia.

Abaixo a equação simplificada da respiração aeróbica.

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energia

14

Analisando esta equação, verifica-se que a molécula de glicose

(C6H12O6) é “desmontada’’ de maneira a originar substâncias

relativamente mais simples (CO2 e H2O). A “desmontagem” da glicose,

entretanto, não pode ser efetuada de forma repentina, uma vez que a energia

liberada seria muito intensa e comprometeria a vida da célula. Então a

respiração consiste basicamente na utilização da energia química concentrada

nas moléculas de substâncias diversas, convertendo gradativamente através

da queima de conteúdo de alto teor energético transformando em conteúdo de

baixo teor energético. Utilizando essa nova energia para a sua manutenção

(Paulino, 2001).

15

3. OBJETIVOS

3.1. Objetivo geral

Entender o ciclo do carbono da vegetação por meio do processo de

fotossíntese e respiração de plantas.

3.2. Objetivos específicos

• Medir e quantificar a produtividade, fazendo curvas de respostas à luz,

concentração interna de CO2 e temperatura;

• Obter informações sobre a fixação interna de carbono atmosférico na

planta;

• Investigar o comportamento das mudas de mogno em resposta ao ciclo

do carbono, contribuindo para a fixação do carbono e liberação de

oxigênio.

• Prover informações para técnicas de manejo florestal para o plantio de

mudas de mogno.

16

4. METODOLOGIA:

4.1. Área de estudo

O estudo foi desenvolvido no viveiro florestal da Estação Experimental

de Silvicultura Tropical (EEST) do INPA, situada ao Norte de Manaus no Km 45

da Br-174- Manaus- Boa Vista.

4.2. Características do mogno (Swietenia macrophylla King)

Mogno - Família Meliaceae

Nome popular : mogno, aguano, araputanga, mogno-brasileiro, dentre outros.

Nome científico: "Swietenia macrophylla King”

Figuras 7 e 8 – 7. Visão Geral do mogno. 8. Visão das folhas do mogno. Fonte: Lorenzi, 1998

Características Gerais: Altura varia de 25-30 m, com tronco de 50-80 cm,

tendo com ocorrência em toda região amazônica, sendo entretanto

particularmente freqüente na região sul do Pará.

Fenologia: Floresce nos meses de Novembro Janeiro e a maturação dos frutos

inicia-se no mês de Setembro Novembro.

17

Obtenção de sementes: Os frutos são colhidos quando inicia-se e liberação

das sementes, devem ser secas ao sol, sendo que 1 kg contém em média

2.300 unidades.

Figuras 9 e 10 –

Visão dos frutos e sementes do mogno. Visão do tronco e da madeira do mogno.

Fonte: Lorenzi,1998

O mogno é uma espécie pioneira ou secundária tardia que ocorre em

diferentes ambientes ao longo da paisagem na medida em que as suas

sementes são dispersas pelo vento. Essa espécie tem sementes com alto

poder de germinação, cresce rápido em condições de luz plena ou parcial, e

pode atingir uma grande estatura (mais de 1,5 m de diâmetro e 40 m de altura)

após mais de cem anos. Os pontos fracos do mogno incluem: (i) a

suscetibilidade à broca do ponteiro (Hypsipyla grandella) que ataca durante as

fases de muda e arvoreta prejudicando o desenvolvimento do caule, e (ii) o

crescimento lento em solos pobres (Grogan et al., 2002).

No sul do Pará há populações sub-adultas de mogno (menor de 45 cm

de DAP) remanescentes em florestas exploradas, exceto onde as áreas foram

re-exploradas e após a primeira exploração, desmatadas, ou degradadas por

incêndios. O mogno também ainda está presente em florestas nativas do Acre

e sudeste do Amazonas. Entretanto, sem a intervenção de manejo florestal, o

mogno pode sofrer a extinção comercial na maior parte de sua área de

ocorrência no Brasil e, possivelmente, extinção biológica em escala local. O

Visão dos frutos e sementesVisão do tronco e da madeira

18

manejo do mogno envolve a manutenção de árvores matrizes, corte de cipós e

desbastes, e o estabelecimento da próxima geração de mogno por meio de

plantios de enriquecimento e regeneração natural nas clareiras. E a

continuação da exploração predatória do mogno a madeira mais valiosa do

Brasil – seria um duro golpe na esperança do uso sustentável do patrimônio

florestal brasileiro. Consumidores e produtores têm pouco tempo para

demonstrar que esse patrimônio pode ser usado responsavelmente (Grogan et

al., 2002).

Em meio a um grande banco de espécies de árvores que a floresta

amazônica possui, escolhemos o mogno (Swietenia macrophylla King

Meliaceae) para ser analisado por ter grande valor comercial. Foram

selecionadas para o experimento 4 mudas de mogno com idades entre 1,5 a 2

anos de idade que se encontravam no viveiro do INPA.

Utilizamos para fazer o experimento o (IRGA) Li-Cor 6400 (Analisador de

Gás Infra Vermelho Portátil). Programamos o aparelho para começar a emitir

fluxos, tanto de CO2 como de H2O, luz e temperatura similar à região,

aproximadamente 31ºC. Então acertando o dados do sistema para fornecer um

valor de 365 ppm de CO2, 800 µmol.m-2.s-1 de irradiância fotossintética ativa e

uma temperatura de 31o C para as folhas das mudas, que correspondem às

condições ambientais locais. Apesar da sofisticação do equipamento, o nosso

instrutor Edgard Siza Tribuzy, doutorando em Fisiologia Vegetal na USP, foi

extremamente pedagógico e conseguiu passar todos os passos necessários

para as medições e interpretações dos resultados.

19

A respiração foi considerada sem adicionais de fotorespiração pois a

mesma foi medida no escuro, vale ressaltar que a respiração de que se fala é a

respiração condicionada pelo aparelho medida de dia e não à noite pela

respiração escura ou de RD (Dark Respiration),diferente do sistema que mediu

a fotossíntese que é um sistema aberto.

Selecionamos essas mudas de mogno com o intuito de fornecer

informações sobre o comportamento da espécie no processo de troca gasosa,

assimilação de carbono atmosférico e por ser uma espécie de alto valor

comercial, então poderíamos mostrar como o manejo da espécie é importante

para o reflorestamento e preservação.

20

5. RESULTADOS

As medições realizadas mostraram que as mudas de mogno

apresentaram uma taxa assimilatória l íquida média de 4,21 µmol.m -

2 .s - 1 e taxa de respiração de 1,08 µmol.m-2.s-1. A produtividade primária bruta

foi em média de 5,29 µmol.m-2.s-1, mostrando que a taxa assimilatória líquida é

quatro vezes maior do que a respiração, em resposta às condições ambientes.

Fotossíntese Bruta

No processo da fotossíntese, a planta absorve uma determinada

quantidade de carbono, hidrogênio e luz, sendo assim o resultado da fixação,

sem que se faça a separação dos resultados de fotossíntese e respiração,

chamada de taxa assimilatória bruta, no presente experimento para as mudas o

resultado em média de 5,29 µmol.m-2.s-1 (Figura 11).

Taxa Assimilatória Bruta

4,40

4,60

4,80

5,00

5,20

5,40

5,60

5,80

1 2 3 4

Mudas de mogno

mol

.m-2.s

-1

Figura 11- Assimilação de CO2 das mudas de mogno (µmol.m - 2 .s - 1) em relação à taxa fotossintét ica sem separar os adicionais da taxa respiratória no escuro.

21

Taxa assimilatória (Fotossíntese Líquida)

A adaptação da planta quanto ao excesso de luz é dada através da taxa

de respiração. O aumento do fluxo de fótons acima da compensação de luz

resulta no aumento proporcional na taxa fotossintética. A fotossíntese é

limitada pela luz; fornecendo-se mais luz, aumenta-se a fotossíntese até chegar

a irradiância de saturação, a partir do qual maiores aumentos de fótons não

alteram a fotossíntese (Larcher, 2000).

O resultado da taxa assimilatória líquida média das mudas de mogno no

presente experimento foi de 4,2 µmol.m - 2 .s - 1 . De acordo com Larcher 2000 a

média dos valores máximos de fotossíntese líquida em plantas jovens sob

condições naturais tais como de suprimento de CO2, radiação suficiente para a

saturação do processo fotossintético, ótima temperatura e bom suprimento

hídrico é de 1,5 - 3 µmol.m-2.s-1 (Figura 12)

Taxas de respiração e fotossíntese atual

-3-2-10123456

1 2 3 4

Mudas de mogno

mol

.m-2

.s-1

RespiracaoFotossintese

Figura 12 - Comparação entre taxa da respiração da planta (emissão de CO2) e fotossíntese (fixação de CO2) em µmol.m-2.s-1.

Extrapolando as medidas da taxa assimilatória líquida nas mudas de

mogno em condições de viveiro, pode-se ter uma média de que todas a 5.000

22

mudas de mogno com idade de aproximadamente dois anos conseguem

assimilar cerca de 3,92 µmol.m-2.s-1 , logo a produtividade das mudas e o

potencial de sequestro de carbono atmosférico são significativos para o

interesse em manejar essa espécie para o reflorestamento e para preservação

da espécie.

Resultado de respiração no escuro

As plantas jovens respiram mais intensamente que plantas adultas, e as

partes em crescimento apresentam uma respiração especialmente elevada.

Por meio de um mecanismo de retroalimentação é controlada a formação do

ATP respiratória de acordo com a necessidade do indivíduo em manter os

tecidos já existentes.

No presente experimento, a taxa respiratória no escuro apresentou uma

média de 1,08 µmol.m-2.s-1 . Em estudos realizados por Larcher (2000) em

florestas tropicais mostra que em indivíduos adultos a atividade respiratória

tanto em folhas de sol quanto em folhas de sombra é em média de 0,3 – 0,5 µ

mol.m-2.s-1. Com base nesses dados, é possível observar que as plantas jovens

deste experimento em condições de viveiro apresentam uma respiração mais

elevada do que plantas adultas em condições naturais.

23

6. Eficiência do Uso da Água (EUA)

A partir da assimilação de CO2 e uma maior abertura estomática (os

estômatos são responsáveis pelo balanço entre a assimilação de CO2 e a

perda de água pela transpiração), a planta perde uma certa quantidade de

água relevantemente considerável para a sua relação na troca gasosa, levando

em conta que a medida em que a fotossíntese absorve CO2, a respiração no

escuro tende a perder H2O pela própria abertura estomática (Santos Junior,

2003).

A isso damos o nome de Eficiência do Uso da Água (EUA), taxa

comparativa da relação da troca gasosa efetuada pela planta de acordo com os

fatores que a influenciam para fotossintetizar e respirar. No entanto, se

comparamos um indivíduo “A” com um indivíduo “B”, em um ambiente com

menor disponibilidade de água, observa-se qual indivíduo consegue suportar o

estresse hídrico, como estão relacionados, a planta necessita retirar do solo

nutrientes para a sua manutenção, no entanto, se a fotossíntese absorve o CO2

da atmosfera a respiração libera H2O da planta, logo a planta que tiver maior

capacidade de adaptação em ambiente com menor disponibilidade de água é

produtível para a capacidade de carbono atmosférico em áreas degradadas,

porque ela perde menos água e sucessivamente libera menos CO2 no

processo respiratório (Santos Junior, 2003).

Um bom padrão de comportamento estomático tende a maximizar a

fotossíntese enquanto minimiza a transpiração (Buckley et al., 1999). As

condições de difusão nos dois processos (entrada de CO2 e saída de H2O na

folha) não idênticos. O gradiente de concentração de CO2 entre o ar exterior e

24

o cloroplasto é muito menor em relação ao gradiente de concentração do

vapor d’água entre o interior e o exterior da folha, o que faz com que a perda

de água ocorra mais rapidamente que a absorção de CO2. Além disso, as

moléculas de água são menores e se difundem 1,6 vezes mais rápido que as

moléculas de CO2, e o caminho de difusão da água é menor que o caminho

que o CO2 deve percorrer (Nobel, 1991).

De maneira geral, a disponibilidade de água afeta os processos

fisiológicos e metabólicos da planta, com destaque para o crescimento celular,

síntese de proteínas, transporte de fotoassimilados, transporte de nutrientes,

abertura estomática e fotossíntese (Hisao et al., 1976; Taiz & Zeiger, 2002),

podendo limitar a produtividade das plantas em ecossistemas naturais

(Whittaker, 1970). De modo particular, em condições de baixa disponibilidade

de água, o aparato estomático é um dos primeiros componentes da planta a

ser afetado, tendo como conseqüência a redução das trocas gasosas (Larcher,

2000).

25

7. Conclusão

No processo da fotossíntese, a planta absorve uma determinada

quantidade de carbono, hidrogênio e luz. As medições realizadas mostraram

que as mudas de mogno tiveram um resultado de fixação, sem que se faça a

separação dos resultados de fotossíntese e respiração, é chamada de

taxa assimilatória bruta; no presente experimento a taxa média para as

mudas de mogno foi 5,29 µmol.m-2.s-1.

O resultado da taxa assimilatória líquida média das mudas de mogno no

presente experimento foi de 4,2 µmol.m - 2 .s - 1 .

Extrapolando as medidas da taxa assimilatória líquida nas mudas de

mogno em condições de viveiro, pode-se ter uma média de que todas a 5.000

mudas de mogno com idade de aproximadamente dois anos conseguem

assimilar cerca de 3,92 µmol.m-2.s-1 , logo a produtividade das mudas e o

potencial de sequestro de carbono atmosférico são altamente significativos

para o interesse em manejar essa espécie para o reflorestamento.

As plantas jovens respiram mais intensamente que plantas adultas, e as

partes em crescimento apresentam uma respiração especialmente elevada.

Por meio de um mecanismo de retroalimentação é controlada a formação do

ATP respiratória de acordo com a necessidade do indivíduo em manter os

tecidos já existentes.

No presente experimento, a taxa respiratória na ausência de luz

apresentou uma média de 1,08 µmol.m-2.s-1 . Em estudos realizados por

Larcher (2000) em florestas tropicais mostra que em indivíduos adultos a

atividade respiratória, tanto em folhas de sol quanto em folhas de sombra, é

em média de 0,3 – 0,5 µmol.m-2.s-1, com base nesses dados as plantas jovens

26

deste experimento em condições de viveiro apresentam uma respiração mais

elevada do que plantas adultas em condições naturais.

Observando os dados obtidos através das taxas assimilatórias de

fotossíntese e respiração, chegamos à conclusão de que as plantas jovens

respiram muito mais intensamente que as plantas adultas, e as suas partes em

crescimento apresentam uma respiração especialmente elevada em

comparação ao estudo realizados por Larcher (2000).

27

8. Glossário

A: produtividade.

ATP: É o trisfofato de adenosina.

Biomassa: É o peso seco de todos os organismos em uma determinada população, amostra ou área.

Biosfera: A zona de ar, terra e água na superfície da Terra que é ocupada por organismos.

Efeito estufa: É a retenção de calor na atmosfera causada pela diminuição da fração de que é devolvida ao espaço, devido ao aumento de fração de radiação absorvida pelos gases raros da atmosfera.

EUA : Eficiência do uso da água.

Fb : É a fotossíntese.

Fenologia: É o estudo dos aspectos temporais dos eventos biológicos respectivos, as causa de sua programação com respeito às forças bióticas e abióticas, e as possíveis interações dessas fases com recursos e com competidores.

GEE: Gases de efeito estufa.

Irradiância: É uma medida de energia detectada por um sensor dentro de uma determinada faixa do espectro por exemplo, (watts/segundo), variando conforme a altura do sol, temperatura e idade do detector, distancia de detecto ou transparência da atmosfera.

Mitocôndria: Organela delimitada por membrana dupla, encontrada em todas as células eucarióticas e que contém as enzimas do ciclo de Krebs e da cadeia transportadora de elétrons. Constitui a maior fonte de ATP em células não-fotossintetizantes.

Ra : Respiração.

Radiação: É a fração de raios de vários comprimentos de onda de linha reta, pelo sol ou por objetos aquecidos pelo sol.

Respiração celular: É respiração da planta que consiste basicamente no processo da extração da energia química acumulada nas moléculas de substâncias orgânicas, tais como carboidratos e lipídios. Nesse processo, verifica-se a oxidação ou ´´queima ´´ de compostos de orgânicos de alto teor energético, como o gás carbônico e a água, alem da liberação de energia, que é utilizada para que possa ocorrer as diversas formas de trabalho celular.

28

9. Bibliografia Consultada

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29

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WHITTAKER, R.H. 1970. Communities and Ecosystems. Macmillan, London

30

10. Abreviatura e símbolos

ADP Difosfato de Adenosina

ATP Trifosfato de Adenosina

B Biomassa vegetal (também chamada fitomassa, a massa de uma comunidade de plantas)

Ci Concentração de CO2 e H2O no sistema intracelular de uma folha

F Fotossíntese

Fb Taxa fotossíntese bruta (fotossíntese real)

F1 Taxa de fotossíntese líquida (fotossíntese aparente)

I Irradiância: o fluxo de radiação num dado nível dentro de uma comunidade de plantas ou um corpo de água

µ micro (10-6)

mol Mole: medida de quantidade (peso molecular em g)

µmol micrômetro (1 mm = 10-6 m)

MS Matéria seca

Pf Peso das folhas

Pb Produtividade bruta

Pl Produtividade líquida

PP Produção primária

ppm Partes por milhão

R Respiração

Re Respiração no escuro

31

11. Experiências e observações

Durante o inicio do trabalho tínhamos apenas uma noção daquilo que

iríamos estudar, na escola como em qualquer outro lugar. Ao final aprendemos

coisas que podemos considerar interessante. A questão em que se relaciona a

fotossíntese, para nós, era um assunto abstrato, algo que sabíamos que existia

mas não como funcionava.

A partir desse estudo podemos realmente saber como acontece esse

processo relacionado à fotossíntese e, o mais interessante nisso, foi que

praticamos e, fomos muito além do que a escola é limitada a ensinar.

E como experiência vivida que podemos tirar do trabalho, foi que nós

mesmos conseguimos fazer as medições e, o principal, acreditamos no que

estávamos fazendo, já que se tratava de algo que não e possível ver a olho nu,

simplesmente ninguém olha para uma planta e diz:

― Ah! Ela esta produzindo bem, a fotossíntese que ela está fazendo é

ótima.

Porque não é possível observar esse processo visualmente. No entanto,

foi fazendo a prática dessa pesquisa que constatamos que os nossos

conhecimentos evoluíram na medida em que a parte teórica foi colocada em

prática. Tanto que obtivemos conhecimento muito além do que imaginávamos

que poderia acontecer.

De acordo com o trabalho que nós desenvolvemos, podemos dizer que

há algo bastante diferente de uma sala de aula, onde se aprende a parte

teórica, aconteceu e esclareceu a partir do momento que fizemos a prática

deste estudo. Mas com este trabalho tivemos exatamente noção do que

acontece no processo de fotossíntese e respiração por meio dos dados que

nos mesmos coletamos e acompanhamos, pois uma coisa é você saber o que

está estudando e, outra coisa é fazer o que se está estudando com os

equipamentos sofisticados para podermos entender todo o processo das trocas

gasosas efetuadas nas plantas. Tanto porque não é possível ver as moléculas

entrando e saindo das plantas, muito menos quantificar isso sem fazer na

prática.

A equipe de alunos: Aldair, Cligeam, Luciana e Luciano.

32

33

Mudas de Mogno no viveiro do INPA

34

Mogno adulto no Campus do INPA

Mogno jovem no Campus do INPA

35

Medição da Respiração com (IRGA) Li-Cor 6400

36

Medição da fotossíntese com (IRGA) Li-Cor 6400

37

(IRGA) Li-Cor 6400

38

Processamento dos dados no Laboratório de Manejo Florestal do INPA

39