Ecossistemas I. Umberto Kubota Laboratório de Interações Inseto-Planta Dep. Zoologia IB Unicamp. Produtividade secundária

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1 Ecossistemas I Umberto Kubota Laboratório de Interações Inseto-Planta Dep. Zoologia IB Unicamp

2 Ecossistemas I Conceitos básicos Fluxo de energia Produtividade primária

3 Ecossistema: Conceitos básicos

4 Ecossistema: Conceitos básicos Fluxos de: Energia Produção Primária Produção Secundária Matéria CO 2 Nutrientes

5 Organismos como sistemas de entrada-saída Diagrama de fluxo de energia nos organismos. E: energia ingerida; NU: energia não assimilada; A: energia assimilada; P: produção; R: respiração; B: biomassa; C: crescimento; D: energia depositada ou armazenada; Ex: energia excretada. Fonte: Odum (1988)

6 Alocação da energia nos organismos

7 Fluxo de energia ao longo dos níveis tróficos

8 Leis da termodinâmica Primeira Lei da Termodinâmica (Lei da conservação da energia) A energia pode ser transformada de um tipo a outro, mas não pode ser criada nem destruída.

9 Leis da Termodinâmica Segunda lei da Termodinâmica: Lei da entropia: Nenhum processo que implique uma transformação de energia ocorrerá espontaneamente, a menos que haja degradação da energia de uma forma mais concentrada para uma forma mais dispersa.

10 Fluxo de energia ao longo dos níveis tróficos

11 Produção e Produtividade Produção É a energia armazenada em biomassa. Massa por unidade de área ou volume de água. Unidades de energia: J m -2 Matéria orgânica seca: t ha -1 Carbono: gc m -2 Pressuposto: todos os organismos tem a mesma quantidade de energia por unidade de biomassa.

12 Produção e Produtividade Produtividade É a taxa de produção. Massa por unidade de área ou volume de água. Unidades de energia: J m -2 dia -1 Matéria orgânica seca: t ha -1 ano -1 Carbono: gc m -2 ano -1

13 Produção e Produtividade Produção = Crescimento + Natalidade Perda de peso Unidades de Biomassa P P N M C N M N C M N Mudança de biomassa de uma população hipotética. C: crescimento; M: mortalidade; N: nascimento; P: perda de peso. Tempo

14 Produção e Produtividade Unidades de Biomassa P P N M C N M N C M N Tempo Produção = C + N - P Produção = = 70 Perda por mortalidade ou emigração são parte da produção e não devem ser ignoradas. Produtividade = Produção/Tempo Produtividade = 70/13 = 5.38

15 Produtividade primária e secundária

16 Produtividade Primária Ecossistemas terrestres Fatores limitantes Ecossistemas aquáticos Produção autóctone e alóctone Fatores limitantes

17 Produtividade Primária Produtividade primária líquida nos principais biomas marinhos e terrestres

18 Ecossistemas terrestres: padrões latitudinal

19 Ecossistemas terrestres: padrões latitudinal

20 Ecossistemas terrestres

21 Ecossistemas terrestres: Fatores limitantes Fatores que limitam a fotossíntese Radiação solar Dióxido de carbono Água Nutrientes Temperatura

22 Ecossistemas terrestres: Radiação solar Radiação solar incidente na terra 44% adequada para a fotossíntese

23 Ecossistemas terrestres: Radiação solar

24 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura Relação entre produtividade primária líquida, temperatura média anual e precipitação média anual nos ecossistemas do platô Tibetano.

25 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura Relações entre precipitação, temperatura e produtividade primária líquida anual de campos dos Pampas argentinos.

26 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura Deserto na África do Sul.

27 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura Floresta pluvial no sudoeste de Uganda.

28 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura

29 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura Produção líquida do ecossistema em uma floresta boreal decídua.

30 Ecossistemas terrestres: Água e Temperatura

31 Ecossistemas aquáticos

32 Ecossistemas aquáticos: Origem da matéria orgânica

33 Ecossistemas aquáticos: Origem da matéria orgânica

34 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Fatores limitantes em riachos Radiação fotossinteticamente ativa e nitrato em riachos. Produtividade primária bruta.

35 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Produtividade primária em lagos Relação entre fósforo e Produtividade primária em alguns lagos do Canadá.

36 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Produtividade primária em oceanos

37 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Produtividade primária em oceanos

38 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Produtividade primária em oceanos

39 Ecossistemas aquáticos: Fatores limitantes Produtividade primária em oceanos

40 Produtividade Secundária

41 Fatores que influenciam a produção secundária em ecossistemas Nutrientes Água

42 Produção primária e produção secundária Relação entre produção primária anual e biomassa de herbívoros na América do Sul. ecossistemas agrícolas, + ecossistemas naturais (Oesterheld et al. 1992).

43 Precipitação e Produção Secundária Efeito bottom-up : Em sistemas terrestres a quantidade de água é o principal limitante de produção primária. Conseqüentemente, é determinante indireto da produção secundária. Relações entre precipitação anual média e biomassa produzida por grandes herbívoros (superior) e produção secundária (inferior). (+) sistemas pastorais; animais selvagens (Coe et al. 1976).

44 Nutrientes e Produção Primária Efeito bottom-up : A quantidade de nutrientes afeta a produção primária que por sua vez a afeta a produção secundária. Ocorre principalmente em ambientes aquáticos. Relação entre quantidade de fósforo total e biomassa de zooplancton em 12 lagos do Canadá (Pace 1986).

45 Eficiência de produção e Eficiência trófica

46 Eficiência de produção Proporção da energia assimilada que é transformada em produção por uma determinada espécie. Fonte: Odum (1988) Eficiência de Produção = Produção líquida l da espécie Assimilação da espécie

47 Eficiência de produção Eficiência média de produção em diferentes grupos animais Endotérmicos Ectotérmicos Fonte: Humphreys (1979)

48 Eficiência trófica Eficiência Trófica = Produção líquida l no nível trófico i + 1 Produção líquida l no nível n trófico i Proporção da produção por um determinado nível trófico que é usado para a produção do nível trófico superior.

49 Eficiência trófica: sistemas aquáticos e terrestres Fluxo de energia de uma Floresta Temperada Decídua. Eficiência trófica = 3.7%

50 Eficiência trófica: sistemas aquáticos e terrestres Fluxo de energia de um Campo. Eficiência trófica = 9.3%

51 Eficiência trófica: sistemas aquáticos e terrestres Fluxo de energia de uma Zona Pelágica de um Lago Geral. Eficiência trófica = 32.8%

52 Eficiência trófica: sistemas aquáticos e terrestres Herbívoros terrestres removem menores quantidades de produção primária que herbívoros aquáticos. Plantas terrestres necessitam de tecidos de sustentação que são mais difíceis de serem removidos. Porcentagem da produção primária líquida removida pelos herbívoros em ecossistemas dominados por (a) algas (fitoplâncton), (b) plantas aquáticas com raízes e (c) plantas terrestres. As setas indicam os valores médios (Cyr & Pace 1993).

53 Produção secundária e manejo de ecossistemas

54 Eficiência trófica e produção primária necessária para sustentar a pesca global Pauly & Christensen (1995): porcentagem da produção primária que era retirada ao longo da cadeia trófica pela pesca entre 1988 a Seis tipos de ecossistemas aquáticos: Mar aberto Águas de ressurgência Plataformas continentais tropicais Plataformas continentais não-tropicais Recifes e sistemas costeiros Rios e lagos

55 Eficiência trófica e produção primária necessária para sustentar a pesca global Distribuição da eficiência de transferência de energia em 48 modelos tróficos de sistemas aquáticos. Número de casos Eficiência de transferência (%)

56 Eficiência trófica e produção primária necessária para sustentar a pesca global Representação esquemática usada para estimar a produção primária necessária para sustentar a pesca em um dado ecossistema (Pauly & Christensen (1995)..

57 Eficiência trófica e produção primária necessária para sustentar a pesca global Estimativa global de produção primária, de produção primária necessária para sustentar pesca mundial (médias para 1988 a 1991, peso úmido) e média dos níveis tróficos dos pescados por tipos de ecossistemas (Pauly & Christensen 1995).

58 Eficiência trófica e produção primária necessária para sustentar a pesca global Habilidade limitada de aumentar produção primária em sistemas aquáticos. O cálculo da eficiência trófica é ferramenta importante para ajudar a evitar sobrepesca.

59 Considerações finais O entendimento do fluxo de energia nos ecossistemas é fundamental para direcionar o manejo de ecossistemas. A conservação da diversidade biológica é fundamental para a conservação dos ecossistemas. Poucos ecossistemas são muito bem conhecidos para sabermos quais são os níveis de exploração humana que podem suportar.

60 Produção secundária e Diversidade nos Ecossistemas

61 Diversidade e Funções de Ecossistemas Década de 1990 começam os experimentos que relacionam diversidade e funções de ecossistemas. Estabilidade de ecossistemas Produção Primária Produção Secundária

62 Produção primária está relacionada à diversidade de espécies Dependência da biomassa aérea (A e B) e total (C e D) do número de espécies de plantas (Tilman et al. 2001).

63 Diversidade aumenta a produção primária: mecanismo Existe grande probabilidade de ocorrer uma relação positiva entre riqueza de espécies e riqueza de grupos funcionais. Ex: plantas com alta eficiência de fixação de carbono e plantas com simbiose com microrganismos fixadores de nitrogênio.

64 Diversidade afeta produção secundária? Experimento de Gamfeldt et al. (2005) Experimento de microcosmo (comunidade microbiana) Presas: Algas Rhodomonas Dunaliella Consumidores: Ciliados Eutintinnus Diophrys Isochrysis Euplotes

65 Experimento de Gamfeldt et al. (2005) Hipóteses: 1: Aumento da riqueza de algas aumenta a biomassa de algas. 2: Conjunto de ciliados mais diversos usam mais eficientemente os recursos, consequentemente, diminuem a biomassa das algas. 3: Conjunto de ciliados mais diversos tem maior produção de biomassa. 4: Maior diversidade de algas altera a produção secundária.

66 Diversidade afeta produção secundária? Hipótese 1. Aumento da riqueza de algas aumenta a biomassa de algas. Não confirmada Efeito da riqueza de presas (PR) sobre o biovolume de presas (média +/- EP). X:Rhodomonas Z: Dunaliella Y: Isochrysis.

67 Diversidade afeta produção secundária? Hipótese 2. Consumidores mais diversos diminuem a biomassa das algas. Confirmada Efeito da riqueza de consumidores (CR) no biovolume de presas (média +/- EP). A: Euplotes B: Diophrys C: Eutintinnus

68 Diversidade afeta produção secundária? Hipótese 3. Conjunto de ciliados mais diversos tem maior produção de biomassa. Confirmada Efeito da riqueza de consumidores (CR) sobre o biovolume de consumidores (média +/- EP). A: Euplotes B: Diophrys C: Eutintinnus

69 Diversidade afeta produção secundária? Hipótese 4. Maior diversidade de algas altera a produção secundária. Confirmada Efeito da riqueza de presas (CR) sobre o biovolume de consumidores (média +/- EP). X:Rhodomonas Z: Dunaliella Y: Isochrysis.

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