Post on 16-Apr-2015
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Disciplina: ECOLOGIA GERAL
CEN 0109
Professores (Docentes):
Dr. Plínio Barbosa de Camargo
Dr. Marcelo Zacharias moreira
Dr. Luiz Antonio Martinelli
Ecologia? O que é isso?
I. O que é ecologia?II. Objetivos da Ecologia III. Por que estudar ecologia?IV. Onde estudar ecologia?V. Como os ecólogos trabalham? VI. Como aprenderemos sobre ecologia?
Algumas questões básicas:
O que é ecologia?ORIGEM ETIMIOLÓGICA
Do Grego: Oikos = casa
Logos = estudo
Definições:• E. Haeckel (zoólogo alemão) 1870: “Por ecologia, entendemos como um conjunto de
conhecimentos em relação à economia da Natureza - a investigação das relações entre os animais com seu ambiente inorgânico e orgânico.”
• Burdon-Sanderson (anos 1890): Elevou a Ecologia a uma das três divisões naturais da Biologia: Fisiologia - Morfologia – Ecologia
• Odum (1963): “A estrutura e a função da Natureza.”
• Krebs (1972): “Ecologia é o estudo científico dos processos que regulamentam a distribuição e a abundância de seres vivos e as interações entre eles, e o estudo de como esses seres vivos, em troca, intercedem no transporte e na transformação de energia e matéria na biosfera (ou seja, o estudo do planejamento da estrutura e função do ecossistema).”
ECOLOGIA é a ciência que estuda como os organismos (animais, plantas e micróbios) interagem entre si e com o
ambiente abiótico (incluindo fatores como luz solar, temperatura, umidade, e nutrientes)
Objetivos da Ecologia
• Entender os princípios de operação dos sistemas naturais;
• Prever suas reações às mudanças das interações entre organismos, populações, comunidades e ecossistemas.
• Mostrar a variação histórica da natureza e demonstrar que as ações antrópicas se estendem as mais remotas regiões da Terra.
Interação – Meio Abiótico e Biótico
Quais são as principais partes de nosso planeta que podem interagir como sistemas?
Essencialmente toda a matéria (sólida, líquida e gasosa) e todos os processos que movimentam energia de materiais de uma parte para a outra do planeta compõem o sistema Terra.
Por que estudar ecologia?• Curiosidade – Como funciona o mundo à nossa volta? Como somos moldados
pelos nossos ambientes?
• Responsabilidade – Como suas ações modificam o nosso meio ambiente? Como minimizar os efeitos nocivos de nossas ações? Pesca excessiva, destruição do habitat, perda da biodiversidade, mudanças climáticas.
• A natureza como guia – O mundo em que vivemos existe há muito mais tempo do que nós e vem resolvendo muitos problemas através de soluções criativas. Os sistemas ecológicos são modelos de sustentabilidade.Como podemos alimentar a nossa crescente população? Onde viveremos?
• Sustentabilidade – uma característica relativa à sociedade humana onde os ecossistemas (inclusive os seres humanos) são controlados de tal forma que podem promover a continuidade das condições atuais que apóiam a vida na Terra.
A ecologia nos ajuda a entender os problemas complexos, tais como:• Aquecimento Global• Biodiversidade• Poluição• ...
Como os ecólogos trabalham?
• 1° Observações e Descrições – Observar o que ocorre no campo;
• 2° Desenvolvimento de Hipóteses – Criar idéias sobre como o sistema funciona;
• 3° Teste das hipóteses (experimentos) – Um ou um pequeno número de variáveis são manipulados para revelar seus efeitos específicos
Microcosmos – Isolar uma porção, limitar os fatores, manipular as condições (Ex:laboratório, estufas...)
Modelos matemáticos – Descrever as interações entre os ecossistemas como equações.
Abordagens de Estudo de Ecologia
Organismos interagindo com a energia, foco na ciclagem de nutrientes
Diversidade e abundância dos organismos do mesmo local (ecologia de riachos)
Densidade de indivíduos
Mecanismos de adaptação, fatores limitantes (flores específicas para insetos específicos)
Correntes de vento, da água, dos elementos químicos... (Entender o El niño, Camada de ozônio)
Conexão com outras disciplinas:
Fonte: Elements of Ecology, R. L. Smith e T. M. Smith, 4a Ed.
Sistemas EcológicosOrganismo: Ser limitado, troca energia e matéria com o meio.
População: Muitos organismos vivendo junto (fronteiras geográficas, densidade...)
Comunidade: Muitas populações de diferentes tipos se interagindo (mutualismo, simbiose...)
Ecossistema: Conj. de org. vivendo com seus meios físicos e químicos (floresta, savana, estuário...)
Biosfera: Todos os ambientes e organismos da Terra. Interligados através da energia e dos nutrientes transportados pelas correntes de vento e água e organismos.
Sistemas EcológicosÁtomo
Ecossistema
Comunidade
PopulaçãoOrganismo
Tecidos
Organela
Molécula
Biosfera
Bioma
Grupo de seres vivos que interagem e se cruzam
Atmosfera da Terra onde existe vida, a unificação de todos os ecossistemas. Sistema altamente ordenado, coeso pela energia do sol.
Áreas em grande escala de Vegetação e características climáticas semelhantes.
Seres vivos e seu meio ambiente físico e químico juntos em uma área.
Populações diferentes vivendo juntas e interagindo (concorrentes, predadores e presas ou simbioticamente)
Órgãos
Definição de Habitat• É o lugar, ou estrutura física, no qual vive um
organismo. (floresta, deserto, recife de coral...).• Existem diferentes subdivisões, Ex:
Terrestre X Aquático
Água doce X Água marinha
Oceânico X Estuários
Bentônicos X Pelágicos
Como aprenderemos sobre ecologia?
• Começaremos com definição de sistema e ecossistemas.
• Aprenderemos sobre os diferentes biomas existentes no planeta.
• Estudaremos os fluxos de energia e os fatores limitantes.
• Partiremos para a ciclagem de nutrientes, começando pelos nutrientes
na água, seguindo para o ciclo do carbono e do nitrogênio.
• Em seguida, nos concentraremos nas populações, comunidades e
cadeias tróficas.
• Veremos então as aplicações ecológicas e finalizaremos com um
conhecimento básico de aplicações isotópicas.
O que a ecologia não é...
• Ecologia não é ambientalismo (ECOCHATO)
• O ambientalismo defende certas ações e posições políticas.
• Ecologia é ciência, baseada nos princípios biológicos, físicos e químicos, independente de valor.
INTRODUÇÃO GERAL:
PORQUE OS CONHECIMENTOS SOBRE ECOLOGIA SÃO BÁSICOS NA
FORMAÇÃO DOS PROFISSIONAIS DAS ÁREAS DO CONHECIMENTO QUE
LIDAM COM QUESTÕES AMBIENTAIS?
DIAGNÓTICO GERAL DA SITUAÇÃO DA BIOSFERA HOJE
O ESTADO DO NOSSO PLANETA
Últimos 300 anos: escalas, taxas e tipos de modificações
ambientais têm sofrido alterações drásticas, a medida que a
humanidade passou por uma era de crescimento populacional
rápido, com um desenvolvimento industrial baseado no uso de
combustíveis fósseisCONSEQUENTEMENTE
• Aumento do consumo de combustíveis fósseis e emissões
de gases do efeito estufa
• Aumento da produção de alimentos e conversão de
ecossistemas naturais em agrícolas
• Perda de habitats e biodiversidade
• Contaminação do solo, ar e água
• Mudanças nos ciclos do elementos e fluxo de energia
• Diminuição da disponibilidade de água potável
• Erosão dos solos
• Desmatamento, etc
Soluções•Melhores políticas de manejo de Bacias Hidrográficas
•Melhor manejo da agricultura
•Cuidado com regiões alagadas e outras áreas de suporte ambiental ...
Estudos Ecológicos
Obs: Uma área de suporte ambiental é aquela que a humanidade depende para se alimentar, suprir suas necessidades hídricas, se proteger contra catástrofes
naturais e cuidar da saúde pública.
•Controle populacional por predadores
•Influência da fertilidade do solo no crescimento de plantas
•Dispersão de organismos na superfície da Terra
Crescimento da
população mundial nos
últimos 60 anos
y = 2.10-09e0.0179x
R2 = 0.9975
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Tempo (anos)
Mill
hões
de
habit
ante
s
Esta população está crescendo mais lentamente
Crescimento da população mundial entre 1750 e 2150
População – bilhões de habitantes
Países menos desenvolvidos
Países mais desenvolvidos
20006.1 bilhões
Ano (%)
1998 1,36
1999 1,33
2000 1,28
2001 1,16
2002 1,18
Taxa anual de crescimento
Declinando nas regiões mais desenvolvidas
A população mundial está crescendo em torno de 71 milhões de pessoas
por ano dos quais:
Tornando-se mais
urbana, especialmente
nas regiões menos
desenvolvidas
Londres Cairo N. York C. México Lagos Shangai Bombaim São Paulo Tóquio
População urbana (milhões)
Energia
Alimento e Fibras
Água potável para consumo e higiene
Uso da biodiversidade
Manutenção da saúde humana
Armazenamento e ciclagem de nutrientes
Terras agriculturávei
s
Zonas Costeiras
Florestas Ecossistemas aquáticos
Terras áridas epradarias
Bens e serviços obtidos pelo homem da natureza
Matriz energética:
problemas ambientais globais hoje estão associados com a depedência nos
combustíveis fósseis e os riscos ambientais associados com esta extração, bem
como os danos causados pelas emissões na combustão dos mesmos
Consumo mundial de energia por tipo de combutível
(milhões de toneladas equivalente a óleo.ano-1)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
Energia hidroelétrica
Energia nuclear
Carvão
Gás natural
Óleo
Queima de
combustíveis
fósseis: 65% do
total de E
consumida em
2002
Consumo de energia per capta por setor e usuário (em gigajaules)
AgriculturaServ. Comerciais e púbs.IndústrialResidêncialTransporteOutros
Países em desenvolvimento
Países desenvolvidos
Desafio: Sistema de
obtenção de energia
sustentável
Uso de combustíveis fósseis: indústria, transporte,
aquecimento, etc
Emissões mundiais de CO2 pela queima de combustíveis fósseis
Carvão
Madeira
Óleo
Gás natural
Ano
Con
sum
o an
ual
de
ener
gia
Mudanças no clima moderno: são domindas pelas intervenções
humanas, as quais são hoje suficientemente grandes para exceder a
variabilidade natural.
Variações na concentração atmosferica de CO2 e da temperatura do ar determinadas em testemunhos de gelo de Vostok, Antartica (Kump, 2002. Nature, 419).
Fonte destas perturbações:
• emissões associadas com o uso de
energia (Combustíveis fósseis),
• urbanização e
• mudanças no uso do solo.
Principal fonte da mudança climática global:
modificação da composição da atmosfera devido às
atividades antrópicas
Emissões de CO2 por região - 1998
(milhões de toneladas de carbono.ano-1)
Total mundial: 6234
Ásia e Pacífico 2167
Europa 1677
América do Norte 1614
América do Sul e Caribe 365África 223
Ásia ocidental 187
Outras alterações atmosféricas
Aumento no buraco na camada de ozônio Produção mundial dos principais organo-
fluorcarbonados (CFCs, toneladas .ano-1)
O transporte intercontinental e entre
hemisférios de poluentes
atmosféricos compromente
ecossistemas naturais e agrícolas e
tem um forte efeito no clima
Anos 1990: as emissões de óxido nitroso (NO) na Ásia superaram
as da América do Norte e Europa, padrão que deverá persistir
por décadas
• extremos de temperatura e precipitação,
• diminuição da extensão sazonal e perene de neve e gelo,
• elevação de nível do mar
Mudanças esperadas:
Desmatamento e mudanças no uso e cobertura do solo
Necessidade de madeira para suprir
demanda de energia (A queima de madeira
é a única fonte de energia para cerca de
1/3 da população mundial)
Necessidade de terras para a produção de
alimentos
-7.8
-0.7
-1.8
-1.0
-4.1
-2.2
0.8
-8.5
-6.5
-4.5
-2.5
-0.5
1.5
Áf rica Ásia Oceania Europa
Am. Norte e
Central
América do
Sul Total Global
Áre
a de
smat
ada
entr
e 19
90 e
2000 (
%)
Fonte: SOSMata Atlântica
Atividades:
Culturas agrícolas
Exploração madeireira
Pecuária
Urbanização
Mata Atlântica: 15% BR - (100 milhões ha)
1998 : 8%
Estado de São Paulo82% - florestas
5% - florestas
Café
Ferrovias
Diversificação
de culturas
(algodão, laranja e cana-de-açúcar)
Industrialização(carvão)
Fonte: SOSMata Atlântica
ASSOCIADA À EXPANSÃO DE TERRAS
AGRICULTÁVEIS OCORRE A
DEGRADAÇÃO DOS SOLOS EM MUITAS
REGIÕES DEVIDO AO MANEJO
INADEQUADO
A erosão dos solos é o principal
fator de degradação, com efeitos
severos nas funções dos mesmos, tais
como a capacidade de atuar como
neutralizadores e filtros de poluentes,
o papel nos ciclos hidrológico e do
nitrogênio, a habilidade de prover
habitats e sustentar a biodiversidade.
1972 – 1988: uso global de fertilizantes cresceu a uma taxa anual de 3.5 %
(mais de 4 milhões de ton/ano, FAO 2001) e as políticas governamentais
subsidiaram o uso de irrigação, fertilizantes e pesticidas.
Estudos realizados pela FAO demostraram que:
• Em 38 países em desnvolvimento
mostrou que em 26 deles o uso de
fertilizantes era subsidiado
• Pesticidas continuam sendo usados
indiscriminadamente e depositados
aleatoriamente.
• Na África em apenas 49 países, os
estoques de pesticidas não utilizados
e banidos eram mais de 16 500
toneladas
Recursos hídricos
Rápido olhar nos recursos de água doce mundiais
Água no mundo
• Volume Total: 1,36 bilhões km³• Oceanos 97,5%• Água Doce 2,5%Fontes: Shiklomanov/ONU, 2006; IWMI, 2005.
Distribuição hídrica X População
NorteDH: 65,5%
Pop: 7% Nordeste DH: 3,8 %Pop: 29%
Centro-Oeste DH: 16,7%
Pop: 6%Sudeste
DH: 6,7%Pop: 43%
Sul DH: 7,3%Pop: 15%
1 Ponto = 2400000 hab.
População mundial - número de habitantes Quantida de água usada em 2000 (10 L)12
0.01 - 7
8 - 25
29 - 59
69 - 169
479 - 646
Percentual da população com accesso à água Percentual da população com saneamento
sem dados
8 - 31
32 - 48
49 - 71
72 - 88
89 - 100
Uso per capta de água (m3.pessoa-1)
6 - 296
297 - 732
733 - 1429
1430 - 2342
2343 - 5307
13 - 30
37 - 51
54 - 65
68 - 81
82 - 92
93 - 100
87
1 Ponto = 2400000 hab.
População mundial - número de habitantes Quantida de água usada em 2000 (10 L)12
0.01 - 7
8 - 25
29 - 59
69 - 169
479 - 646
Percentual da população com accesso à água Percentual da população com saneamento
sem dados
8 - 31
32 - 48
49 - 71
72 - 88
89 - 100
Uso per capta de água (m3.pessoa-1)
6 - 296
297 - 732
733 - 1429
1430 - 2342
2343 - 5307
13 - 30
37 - 51
54 - 65
68 - 81
82 - 92
93 - 100
Fonte – FAO e UN
Brasil
Uso doméstico: 43%
Uso Industrial: 17%
Uso Agrícola: 40%
7
9
9
11
18
8
8
4
42
55
22
23
85
90
49
34
60
69
Ásia
Áf rica
Américas Central e do
Norte
Europa
América do Sul
Mundo
Doméstico I ndustrial Agricultura
1ponto = 4%
Doméstico
1 ponto = 4%
Agrícola
1 ponto = 4%
Industrial
O estado de São Paulo
SEsgoto tratado(%)
0 - 17
18 - 33
34 - 50
51 - 67
68 - 83
84 - 100
Uso sustentado e conservação da biodiversidade
Biodiverisdade proporciona os bens e serviços
Reino Número de espécies descritas
Bacteria 4 000
Protistas 80 000
Animais vertebrados
52 000
Animais invertebrados
1 272 000
Fungos 72 000
Plantas 270 000
Total 1 750 000
Total possível de espécies não conhecidas
14 000 000
Fonte: UNEP-WCMC 2000
Espécies de vertebrados ameaçadas de
extinsão por região
Indicador global de biodiversidade:
para algumas espécies conhecidas e descritas na literatura.
Tamanho da população de indivíduos selvagens em relação àquela existente
em 1970
Gerenciamento adequado dos recursos
naturais, de modo a atender uma
população em constante crescimento e
evolução tecnológica requer uma base
científica sólida sobre os princípios
básicos de estrutura e funcionamento dos
sistemas ambientais.
Principal desafio: manejo sustentável de
um planeta em constante mudança