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Fluxos de matéria e energia
Comunidades fortemente ligadas ao meio abiótico pelos fluxos de matéria e energia - ECOSSISTEMAS.
Ecossistemas incluem produtores primários, consumidores, detritívoros e ambiente fisicoquímico.
ECOSSISTEMAS
1920 Charles Elton – Organismos em um mesmo lugar interagiam e formavam uma unidade – relações alimentares – teias alimentares.
A.G.Tansley – Sistema Ecológico composto pelos animais, plantas e fatores físicos do entorno – ECOSSISTEMA.
Alfred J. Lotka – populações e comunidades – sistemas transformadores de energia e matéria.
Sistema: descrito por um conjunto de equações que representavam as trocas de energia e matéria entre seus componentes.
- Equações obedeciam a princípios termodinâmicos – transformações de energia crescem na proporção do tamanho, produtividade e ineficiência.
1942 Raymond Lindeman – Ecossistema - sistema transformador de energia. Uniu idéias de Tansley e o conceito de Elton, incluindo nutrientes inorgânicos.
-Seqüência de relações tróficas pelas quais a energia passa pelo ecossitema – cadeia alimentar –composta por muitos elementos, plantas, herbívoros, carnívoros, etc – níveis tróficos.
-Leis termodinâmicas - cada vez menos energia passa ao nível trófico seguinte – pirâmide de energia.
Rieklefs 2003
Caracterização dos sistemas com base nos fluxos de energia e na ciclagem de matéria. Medidas de assimilação de energia e eficiência energética – conceito termodinâmico do ecossistema.
1953 – E.P. Odum –Ecossistemas como diagramas de fluxo de energia.
Cada nível trófico representado por uma caixa: tamanho - biomassa dos organismos daquele nível;
setas - vias e o montante de energia que chega, é assimilada, perdida, armazenada e se torna disponível.
Diferente da energia, os nutrientes são regenerados e retidos no ecossistema – matéria circula, sendo assimilada na forma inorgânica, convertida em biomassa e voltando à forma inorgânica pela decomposição.
- Nutrientes podem limitar produtividade das plantas e assim de todo o ecossitema.
Carbono
Plantas, algas e bactérias – captam luz e transformam em energia química - ligações entre carbonos – produção primária. Taxa de produção: produtividade primária.
Fotossíntese
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Fotossíntese – transformação de carbono em estado oxidado em reduzido. Cada grama de carbono assimilado – 39kJ de energia.
Menos de um terço da energia absorvida é assimilada na fotossíntese, o restante é perdido na forma de calor.
Glicose – gorduras, amidos, óleos, celulose...
Combinados com N, P, S, Mg – proteínas, ácidos nucléicos, pigmenos...
Autótrofos – produtores primários, e produtividade primária determina a quantidade de energia total do ecossistema.
Produção primária bruta – energia total assimilada; Produção primaria líquida – energia acumulada e disponível para herbívoros.
diferença – respiração.
Unidades de produção primária – Energia por unidade de área por unidade de tempo.
-Crescimento vegetal em determinada área
– produtividade primária líquida, que é influenciada pela quantidade de luz e pela temperatura.
Nutrientes – limitam produção primária, suas quantidades variam de acordo com ambiente.
Ecossistemas diferentes – diferentes produtividades – diferentes disponibilidades de água, luz, calor e nutrientes.
Begon 2006
Produtividade primária líquida x1015 gC ano-1
Apenas uma pequena fração da energia passa para nível trófico seguinte.
Plantas utilizam de 15 a 70% em manutenção, herbívoros e carnívoros mais ativos que plantas gastam ainda mais na manutenção
- produção de cada nível trófico é apenas de 5 a 20% do nível inferior.
Energia ingerida – energia egestada = energia assimilada
Energia assimilada – respiração – excreção = produção.
Eficiência da assimilação – razão entre assimilação e ingestão – depende da digestibilidade.
Plantas – valor energético depende dos constituintes – celulose, lignina e outros materiais não digeríveis.
Herbívoros assimilam ca. 80% da energia da sementes, 60 a 70% da vegetação jovem, 30 a 40% de pastagem . Madeira em decomposição – 15%.
Animais – mais facilmente digeridos, eficiências variam de 60 a 90%.
Vertebrados mais fáceis de digerir que invertebrados - exoesqueletos (indigestos) constituem fração comparativamente maior do corpo.
Crescimento e reprodução – produção, a razão entre a energia contida na produção e a energia assimilada – eficiência de produção liquida.
Animais de sangue quente apresentam eficiências mais baixas – 1% (aves) a 6% (pequenos mamíferos). Animais poecilotérmicos até 75% (espécies aquáticas).
Plantas – não ingerem alimentos, mas consomem própria produção - eficiência de produção liquida– depende do ambiente e forma de crescimento– 30 a 85%.
Plantas lenhosas terrestres – produzem estruturas de difícil ingestão e digestão – herbívoros eficiências de assimilação baixas – detritos.
Duas cadeias alimentares paralelas – animais grandes consomem vegetação e animais pequenos consomem detritos na serapilheira.
Maior parte da produção é consumida – pouca energia se acumula em qualquer nível trófico.
Equilíbrio entre produção e consumo leva a uma estrutura trófica relativamente constante.
Sob certas circunstâncias produção e consumo não estão em equilíbrio,
energia pode se acumular:
como matéria orgânica no solo,
ou como sedimentos orgânicos em ecossistemas aquáticos.