Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)
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Ecossistema
Definição
Estrutura
Funcionamento
Fluxograma da aula
Imagem: Gaia (LOVELOCK)
Princípios de ecologiaLic.Marcelo Gomes
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Fluxo de Energia nos Ecossistema
Princípios termodinâmicos
Cadeia alimentar
Redes alimentares e níveis tróficos
O conceito de produtividade
Fluxograma da aula Fundamentação teórica:
Ecologia -ODUM (cap. 3)
A Economia da Natureza RICKLEFS
(cap. 6)
Gaia JAMES LOVELOCK
Cultrix
Imagens: O Mar (CUBE Book)
Google imagens
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Nós, humanos, consumimos grande parte da produção da Terra
224 bi. ton. por ano de Biomassa Vegetal59% produzido em ecossistema terrestre41% ecossistema aquático
Captura global de peixes = 75 mil ton.
Quanto da produção de algas representa a essas
75 mil ton?
1980
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Pauly e Cristensen: para cada nível da cadeia de relações trófica ( algas até peixes)
90% da energia manter o consumidor
10% da energia é convertida em biomassa
Estudos com dieta de organismos: conhecendo o nº de níveis tróficos e assumindo a eficiência na transferência de energia de 10%, através de um cálculo eles chegaram à quantidade de alga necessária para sustentar a qtd de peixes.
Esse nº correspondia a cerca de 35% da produção total do ecossistema. (Espécies não consumida por humanos)
Limite superior de captura
Energia no Ecossistema
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Séc. XX, novas direções para a EcologiaPercepção de que as relação alimentares reúne os organismos em uma única entidade funcional
“Os organismos que vivem em um mesmo lugar, interagindo uns com os outros de uma forma sistêmica de relações alimentares que chamou de teia alimentar.
Energia no Ecossistema
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Conceitos de Termodinâmica
Alfred Lotka – ecossistema poderia ser descrito por equações que descreviam troca de energia e matéria entre seus componentes.
CO2 → Carbono orgânico → herbívoros → carnívoros
Obedecem princípios de termodinâmica, pois a terra é uma gigantesca máquina termodinâmica.
energia: Capacidade de realizar trabalho
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Conceitos de Termodinâmica
energia: Capacidade de realizar trabalho
1ª LEI DA TERMODINÂMICA:Lei da conservação da energia
2ª LEI DA TERMODINÂMICA:Lei da Entropia
Transformada! não criada! não destruída!
Para que haja transformação de energia há uma degradação.Não há transformação 100% eficiente.
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Conversão da energia solar em energia alimentar
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Dissipação energética da radiação solar como porcentagem da entrada anual na Biosfera
Os instrumentos que medem o fluxo total de energia de todos os comprimentos de ondas denominam-se radiômetro
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Cadeia alimentar
Os níveis tróficos formam uma pirâmide ecológica de energia!
A energia é perdida em cada nível trófico.
A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.
elos = plantas → herbívoros → carnívoros
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Cadeia alimentar
Quanto menor a cadeia alimentar, ou quanto mais próximo o organismo do inicio da cadeia, MAIOR A ENERGIA DISPONÍVEL A POPULAÇÃO
Interligadas
As cadeias alimentares são de 2 tipos:
Pastagem (a base é constituída por plantas verdes)
Cadeia de detritos (base é constituída pela matéria orgânica não viva, para microorganismos, detritivoros, predadores.
A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.
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Plantas do fundo Caramujos Lambaris Peixes maiores Aves
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A largura da barra representa a produtividade líquida de um nível trófico no ecossistema,
Pirâmide ecológica de Energia
cadeia alimenta
níveis trófico
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Modelo Universal de Odum do fluxo de Energia
No diagrama de fluxo de energia, a caixa representa a biomassa de todos organismos que compõem aquele nível trófico. Ex.: todas as plantas.As caixas diminuem devido a respiração, desvio de estoques alimentares
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Produtividade primária bruta
Produção primária Bruta = respiração + produção primária líquida
Produção Primária:A energia luminosa é transformada em energia química nos carboidratos
Taxa
Produtividade primáriaFotossíntese total Assimilação total
Entretanto...Há Ineficiência nas transformações bioquímicas,
Planta assimilam 1/3
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Produção primária bruta
Produção primária Bruta = respiração + produção primária líquida
A energia total assimilada pela fotossíntese é chamada de produção primária bruta
A energia acumulada nas plantas e que está disponível para os consumidos = Produção primária líquida
Fotossíntese aparenteassimilação líquida
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Produtividade líquida da comunidade
É a taxa de armazenamento de matéria orgânica não utilizada pelos heterótrofos (produção primária líquida menos o consumo heterotrófico), durante o período de consideração.
Produtividade Secundária
É a taxa de armazenamento energético em níveis de consumidores
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A Luz e temperatura influenciam as taxas de Fotossíntese
níveis altos de luminosidade
Taxa fotossintética não alterada
Plantas de Sol Níveis altos
de luminosidade
Limitação da taxa fotossintética
Plantas de sombra
Assim a cobertura de nuvens, sobreamento, manhã, tardinha, mantém fotossintética abaixo do seu máximo
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A porcentagem da produção primária bruta que acaba como produção primária líquida, em vegetação natural, varia com a latitude. A tendência é de menos de 50%, nas regiões equatoriais, até 60 a 70% nas altas latitudes.
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A Eficiência fotossintética
A porcentagem de energia na luz do sol que é convertida em produção primária durante a estação de crescimento é chamada de E. Fotossintética.
Em Ecossistema em que a água e nutrientes não limitam = ótimo
1% a 2 %As folha refletem de 25% a 75%,o restante é convertida em calor,transpiração
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A água como limitante da produção primária
Sem umidade adequada ocorrerá o murchamento da planta, assim os estômatos se fecham para reduzir a perda de água. Isso impede a assimilação de CO2, e a fotossíntese se torna mais lenta, até o ponto que em que cessa.
Eficiência no uso da água
Número de gramas de matéria seca produzida pela planta por quilogramas de água transpirada. 2g por kg 4g por kg (tolerantes a seca)
# consegue-se fazer uma relação entre produção e precipitação ex.: 10cm de chuva: 1miKg matéria seca/ ha
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Fertilização e crescimento vegetal
A fertilização estimula o
crescimento vegetal.
No exemplo ao lado a produção da maioria das espécies de chaparral é limitada pela disponibilidade de nitrogênio
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Nutrientes em ambientes aquáticos
Os nutrientes limitam mais fortemente em ambientes aquáticos, particularmente em mar aberto, onde a escassez de minerais dissolvidos reduz a produção para abaixo da produção terrestre.
•Correntes de ressurgência
•Escoamento superficiais da Terra
•Fertilizantes (poluição)
Perturbação do equilíbrio natural
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Produção primária e os ecossistemas
Combinação:
Insolação + temperatura + precipitação + nutrientes
Produtividade Terrestre
Ambientes temperados: Baixa temperatura e longas noites de inverno = redução da produção
Dentro de uma mesma latitude onde a Luz é constante a produção líquida depende da temperatura e precipitação.
![Page 26: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/26.jpg)
Padrões globais de produção líquida
A produção é máxima nos trópico úmidos
Mínima nas tundras e desertos
Brejos, banhados que ocupam a interface entre habitats terrestres e aquáticos são altamente produtivos devido a disponibilidade de água, e nutrientes
![Page 27: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/27.jpg)
Padrões globais de produção primária líquida
A produtividade primária líquida é relativamente maior nos ecossistemas marinhos que nos terrestres.
Isso porque os produtores, ou seja, o fitoplâncton têm crescimento rápido e acumulam pouca matéria orgânica em seus corpos.
O inverso ocorre em uma floresta, em que as árvores crescem lentamente e acumulam muita matéria em seus troncos.
![Page 28: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/28.jpg)
Distribuição vertical da produção primária e da biomassa na floresta
![Page 29: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/29.jpg)
Comparação da distribuição vertical da produção primária no Mar.
![Page 30: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/30.jpg)
Distribuição mundial da produção primária, em termos da produção bruta anual (em milhares de quilocalorias por metro quadrado) dos principais tipos de ecossistema.
Apenas uma parte relativamente pequena da biosfera é fértil sob condições naturais.
![Page 31: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/31.jpg)
Apenas 5% a 20% da energia passa para próximo nível
TEIA ALIMENTAR UM CONJUNTO DE CADEIAS ALIMENTARES, através das quais a energia flui e os nutrientes circulam.
As transformações bioquímicas dissipam boa parte da energia da produção primária bruta antes que ela possa ser consumida pelos organismos. A cada etapa cerca de 80% da energia é perdida.
A produção de cada nível trófico é de 5% a 20% do nível inferior.
Eficiência ecológica:Porcentagem de energia transferida de um nível para outro
5% a 20 %
![Page 32: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/32.jpg)
A Energia segue diversas vias no organismo
Aquilo que o organismo digere e absorve constitui a energia assimilada.
Energia respirada é fração da energia utilizada nas necessidades metabólicas.
Componentes do alimento que não são digeríveis, (pêlos, penas, exoesqueletos de
insetos, cartilagem, celulose, lignina) : Energia Egestada.
Excreção animal: Resíduos orgânicos nitrogenados (amônia, ureia, ácido úrico):
Energia Excretada.
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A Energia segue diversas vias no organismo
Energia assimilada.
Disponível para síntese de biomassaCrescimento e reprodução (disponível no próximo nível trófico)
Componentes do balanço de energia de um organismo:
Energia assimilada = Energia ingerida – energia egestada
Produção = Energia assimilada – respiração – excreção
![Page 34: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/35.jpg)
A eficiência de assimilação
A eficiência ecológica de uma cadeia alimentar começa pela eficiência a qual os organismos assimilam o alimento que consomem.
A eficiência de assimilação é a razão entre assimilação e ingestão (expressa como %)
Herbívoros: assimilam 60% da energia das sementes e 70% da vegetação jovem.
Pastadores (elefantes, gados e gafanhotos): assimilam cerca de 30% da energia de seu alimento.
Milípides (madeira em decomposição): assimilam cerca15% da energia em sua dieta.
Espécies predadoras: 60% a 90%
Incetívoros: 70% a 80%
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A eficiência de produção líquida (%)
Organismo crescem e produzem filhotes = Biomassa acrescentada
Produção do organismo potencialmente alimento para outros organismo
A razão entre a energia contida nessa produção e a energia total assimilada = Eficiência de produção líquida
Animais ativosEnergia de produção líquida baixa = 1%
Animais sedentários de sangue frio = direcionam 75% da energia assimilada para crescimento e reprodução
![Page 37: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/37.jpg)
A eficiência de produção Bruta (%)
Baseia-se na energia total ingerida, em vez de assimilada
Eficiência de produção Bruta
Eficiência de assimilação x Eficiência de produção líquida
A eficiência de produção bruta representa a eficiência energética total da produção de biomassa dentro de um nível trófico
Ef B de animais terrestres = raramente excede 5%.aves = 1%insetos = 15animais aquático = 30%
![Page 38: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/38.jpg)
Subsídio de energia
Qualquer fonte de energia que reduza o custo de automanutenção interna do ecossistema, aumentando assim, a quantidade de energia de outras fontes, que possa ser convertida em produção, denomina-se um fluxo de energia auxiliar ou um subsídio de energia.
Subsídio Energético natural
Papel das marés no estuário:
Subsídio ótimo de fluxo de água
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Subsídio de energia
![Page 40: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/41.jpg)
Rede alimentar em uma pequena comunidade de riacho.
Podemos notar:
1 Enlaçamento de cadeias formando uma rede alimentar.2 três níveis tróficos3 Hydropsyche ocupa posição intermediária.4 Ecossistema aberto
![Page 42: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/42.jpg)
Rede alimentar no Mar do Norte
Em termos de quilocalorias por metro quadrado que são transferidas ao longo das cadeias alimentares de pastagem e de detritos.
![Page 43: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/43.jpg)
As pirâmides ecológica• A interação do fenômeno de caia
alimentar com a relação entre tamanho e metabolismo resulta em que as comunidades possuem uma estrutura trófica definida, a qual caracteriza um determinado tipo de ecossistema (lago, florestas, campos)
• As pirâmides ecológicas podem ser de três tipos:
• 1 Pirâmide de números = representa o nº de organismos individuais.
• 2 Pirâmide de biomassa = baseada no peso seco total, outra medida que represente a quantidade total de material vivo.
• 3 Pirâmide de energia = produtividade nos níveis tróficos.
![Page 44: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/45.jpg)
P = produtores S = saprótrofos, bactérias e fungos
![Page 46: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/46.jpg)
A eficiência de produção para as plantas
Plantas: conceito difere pois não digerem e assimilam alimento
Eficiência de produção líquida
Produção líquida______________________
Produção bruta
Plantas de crescimento rápido Epl (aquáticas) = 75% (zonas temperadas)
Plantas de crescimento rápido Epl (aquáticas) = 40% a 60% (trópicos)(maior temperatura, maior respiração em latitudes tropicais)
![Page 47: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/47.jpg)
Cadeia alimentar de detritos
Plantas terrestres – grande parte da produção está retida em estruturas difíceis de ingerir e digerir. Maior parte da produção terrestre é consumida como DETRITOS – restos mortais de plantas e materiais indigeríveis.
![Page 48: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/48.jpg)
Alimentação herbívora e alimentação detritívora
Estabelece duas cadeias alimentares paralelas nas comunidade terrestres
Animais relativamente grandes
Energia move-se rapidamente
Alimento:Vegetação
Animais pequenos, microorganismos
Energia move-se lentamente na cadeia alimentar
Alimento: detritos e
serrapilheira
Herbivoros consomem:1,5% a 2,5% p. primária (florestas decídua)12% p. primária (campos)60% a 90% p. primária (comunidades planctônicas)
![Page 49: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/49.jpg)
A eficiência de exploração
É a proporção da produção em um nível trófico que é consumida por um organismo no nível trófico s superior. (inferior a 100%)
A eficiência ecológica total de um ecossistema é descontada pela eficiênciade exploração
Eficiência ecológicaeficiência de exploração x eficiência de produção bruta
Descreve em que proporção da energia assimilada pelas plantas acabaalcançando um nível trófico superior no ecossistema.
![Page 50: Fundamento de Ecologia - fluxo de energia (nível superior)](https://reader030.fdocumentos.tips/reader030/viewer/2022012322/559069be1a28ab6e2c8b4663/html5/thumbnails/50.jpg)
Tempo de residência
O tempo médio de residência de energia em um ecossistema em um determinado nível trófico é igual a energia armazenada dividida pela taxa de energia que é convertida em biomassa:
Energia armazenada na biomassa (KJ por m2)_______________________________
produtividade líquida (KJ por m2 por ano)
Biomassa (kg por m2)____________________
Taxa de produção de biomassa (kg por m2 por ano)
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Taxa de acumulação da biomassa para os produtores primários varia conforme o ecossistema (de 20 anos a 20 dias)
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A Bioenergética de Ecossistemas
O fluxo de energia e a eficiência de transferência descrevem certosaspectos da estrutura do ecossistema:
nº de níveis tróficosa importância de detritívoros, e herbívoros
valores de biomassadetritos acumuladostaxas de troca de M.O
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A Bioenergética de Ecossistemas
São medidas para compreensão do funcionamento do ecossistema(Lindeman) – Construiu o primeiro balanço energético para uma Comunidade biológica inteira .
LAGO CEDAR BOG em Minessota.
Estudos de fluxo de energia – energia como moeda universal.
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Balanço de energia em um ecossistema
Equíbrio entre débito e crédito
Materias orgânicos produzidos fora do sistema são chamadosEntradas alóctones,
A fotossíntese que é produzida dentro do ecossistema é chamadade produção autóctone.
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Balanço de energia em um ecossistema
Estudos e D. G. Kozlovski conclui:
1) A eficiência de assimilação aumenta nos níveis tróficos superiores.
2) As eficiências de produção líquida e bruta diminuem nos níveis tróficos superiores,
3) A eficiência ecológica é em média 10%
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gratidão