Ecologia BIE210. A energia nos ecossistemas. A radiação solar.

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Marisa Sintra Freire
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1 Ecologia BIE210 A radiação solar. A energia nos ecossistemas Fixação e transferência de energia nos ecossistemas. Eficiência ecológica. Pirâmides ecológicas. Produção e produtividade. Subsídios energéticos na produção de alimentos. 1

2 A energia nos ecossistemas. Definição ão: energia é a capacidade de realizar trabalho. Condições: fatores do ambiente que não são utilizados pelos organismos mas influenciam seus processos vitais Recursos: componentes do ambiente, efetivamente utilizados pelos organismos, e que, assim, são tornados menos disponíveis. Recursos Energia (assimilável) Nutrientes Condições Organismo (indivíduo) Desempenho biológico: Gastos para manutenção Sobrevivência Crescimento corpóreo Atividade Reprodução Autótrofos trofos dependem de energia de natureza abiótica Heterótrofos trofos dependem de outros organismos ou detritos 2

3 A radiação solar. Na biosfera,, 99,97% da energia que mantém os processos ecológicos são provenientes do Sol ( janela( óptica ). Radiação 3

4 A radiação solar. Na biosfera,, 99,97% da energia que mantém os processos ecológicos são provenientes do Sol. Radiação ( 4

5 Fixação de energia nos ecossistemas. Fotossíntese ntese: : a entrada da energia nos ecosistemas. Composto orgânico rico em energia Energia necessária para conversão de 1g de C (CO 2 ) em C (C 6 H 12 O 6 ) = 9,3 kcal 5

6 Transferência de energia nos ecossistemas. Cadeias alimentares: vias de transferência de energia. Detritos: material orgânico não vivo, acumulado no ambiente Detritívoros promovem fracionamento físico dos detritos Decompositores fracionam detritos quimicamente (remineralização) 6

7 Transferência de energia nos ecossistemas. Cadeias alimentares: vias de transferência de energia. 7

8 Transferência de energia nos ecossistemas. Leis da termodinâmica aplicam-se a fenômenos ecológicos gicos. 1) A energia não pode ser criada nem destruída da, somente transformada. 2) Nenhuma transformação espontânea de energia é 100% eficiente. Influências sobre as vias de transferência de energia no ecossistema 8

Fonte Produtor Herbívoro Carnívoro Devido às perdas, sob

trajetória unidirecional dentro dos ecossistemas.

9 Transferência de energia nos ecossistemas. Fluxo de energia pelos níveis tróficos ficos. Fonte Produtor Herbívoro Carnívoro Devido às perdas, sob forma não-reaproveitável (calor), a energia apresenta trajetória unidirecional dentro dos ecossistemas. À medida que se avança pelos níveis tróficos, a quantidade total de energia disponível torna-se menor. 9

Pirâmides ecológicas. Pirâmides de números, biomassa e energia. Número 1 4,5 2,0. 10 7 Biomassa (kg) 74,6 1020,6 8086,8 Energia (cal) 2,1. 10 3 * 3,0. 10 5 * 3,7. 10 6 * 1,5.

10 Pirâmides ecológicas. Pirâmides de números, biomassa e energia. Número 1 4,5 2, Biomassa (kg) 74,6 1020,6 8086,8 Energia (cal) 2, * 3, * 3, * 1, ** * energia potencialmente assimilada por ano, por hectare (estimada a partir da variação da biomassa) é uma taxa de assimilação. ** energia solar recebida por ano, por hectare. 10

Eficiência ecológica. Conceito: medida da proporção (%) de energia efetivamente convertida por um determinado nível trófico (ou todo o ecossistema).

11 Eficiência ecológica. Conceito: medida da proporção (%) de energia efetivamente convertida por um determinado nível trófico (ou todo o ecossistema). Total convertido / incidente (III+R+D) / I, para os produtores) Métodos de medida Valores obtidos (%) Incorporado pelo nível trófico n / Disponível para o nível n (III / II, IV / III, etc) Total convertido (III+R+D) / Total de trabalho agrícola ~ (cultivos pré-industriais) 1 (cultivos mecanizados) 11

12 Produção e produtividade. Definições ões: Produção Biomassa (ou Produto) : medida instantânea da quantidade de matéria orgânica viva (com um determinado conteúdo energético) em um dado local (por unidade de área). Produtividade: taxa de assimilação de energia em um indivíduo, uma população ou em uma comunidade (por unidade de área e por unidade de tempo - ex.: cal.m -2.ano -1 ). Produção / Produtividade: - Primária (Autótrofos) - Secundária (Heterótrofos) 12

13 Produção e produtividade. Produtividade primária ria: Para a biosfera: Eficiência média de fixação: 0,8% da radiação incidente (máximo = 5%) Energia fixada anualmente: 7, kcal (= J) Biomassa produzida anualmente: toneladas de C 13

14 Produção e produtividade. Produtividade primária ria: Produtividade Primária Bruta (PPB) = Taxa fotossintética total. Produtividade Primária Líquida (PPL) = PPB - Respiração dos autótrofos. Produtividade Líquida da Comunidade (PLC) = PPL - Consumo por herbívoros. 14

15 Produção e produtividade. Produtividade secundária ria: Conceito: aumento do conteúdo energético dos heterótrofos. D A = energia assimilada D = disponível 15

16 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 1) Disponibilidade de energia slides/swrad.gif Distribuição desigual da energia solar: 16

Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 1) Disponibilidade de energia www.ldeo.

17 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 1) Disponibilidade de energia slides/swrad.gif Distribuição desigual da produtividade primária: 17

18 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 1) Disponibilidade de energia Distribuição desigual da concentração de clorofila (não correlacionada com absorção): slides/swrad.gif OBIS/input/behrenfeld.htm Concentração de clorofila (mg.m -3 ) 18

de energia Ambiente aquático tico: gradiente vertical de

19 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 1) Disponibilidade de energia Ambiente aquático tico: gradiente vertical de disponibilidade de luz. Taxa metabólica Fotossíntese Absorção pela água Profundidade Respiração (Modif. de Nybakken, 1997) 19

Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 2) Disponibilidade de nutrientes Ambiente aquático tico: tendência de acumulação dos nutrientes no fundo.

20 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 2) Disponibilidade de nutrientes Ambiente aquático tico: tendência de acumulação dos nutrientes no fundo. Maior produtividade nas proximidades dos continentes e em áreas de ocorrência de ressurgência. OBIS/input/behrenfeld.htm Thurman, 1997 Ressurgência (cm.dia -1 ) Concentração de clorofila (mg.m -3 ) 20

21 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 2) Disponibilidade de nutrientes Ambiente terrestre: tendência de acumulação dos nutrientes no solo. Principais vias de perda (exportação): Lixiviação pela água (carreamento para os rios) Alteração do ph do solo Fogo (cinzas e fumaça) Cerrado: Destino dos nutrientes presentes na biomassa vegetal após queimada N: ~95% volatilizam-se, retornando à atmosfera como gás. Outros nutrientes (ex.: P, K, Ca, Mg e S) 50% em suspensão no ar sob a forma de micropartículas de cinza, constituindo a parte visível da fumaça. 21

e disponibilidade de água (Influências positivas ou negativas,

22 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 3) Temperatura e disponibilidade de água (Influências positivas ou negativas, dependendo da intensidade) Reichle, 1970 apud Begon et al., 1996 Reichle, 1970 apud Begon et al.,

23 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 3) Temperatura e disponibilidade de água (Influências positivas ou negativas, dependendo da intensidade) Whittaker, 1975 apud Ricklefs,

Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 4) Estresse ou tensão Condição desfavorável vel que causa aumento no gasto energético para manutenção.

24 Produção e produtividade. Fatores que afetam a produtividade primária ria: 4) Estresse ou tensão Condição desfavorável vel que causa aumento no gasto energético para manutenção. Seu efeito é limitante. 5) Subsídios energéticos Formas de energia não incorporadas pelos organismos mas que tendem a aumentar a produtividade do sistema. Seu efeito é estimulante. 24

25 Subsídios energéticos na produção de alimentos. Remoção de partículas das superfícies foliares Solubilização de nutrientes no solo Renovação da micro-atmosfera ao redor das folhas Estímulo para crescimento vegetal pelo consumo (moderado) de tecidos velhos Trabalho humano na lavoura e pecuária 25

26 Subsídios energéticos na produção de alimentos. Transação monetária: dinheiro como meio de aquisição de energia suplementar

27 Subsídios energéticos na produção de alimentos. Quantidade de subsídio aplicado (cal) X quantidade de alimento produzido (cal) Subsídios > Produção Subsídios = Produção Subsídios < Produção (Steinhart & Steinhart, 1974; Erlich et al., 1977) 27

28 Em síntese, s a energia é um recurso e, portanto, essencial para a manutenção de estruturas e processos biológicos;... apresenta trajetória ria unidirecional na sequência de transferências dentro dos ecossistemas;... disponível, junto com a disponibilidade de nutrientes e a influência de condições ambientais, determina padrões de distribuição e abundância dos organismos.

29 Ecologia BIE210 Próxima aula: Ciclos biogeoquímicos micos: : a trajetória ria dos nutrientes nos ecossistemas 29

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