Fluxo de energia nos ecossistemas

1. Ecossistema
Fluxograma da aula
Definição
Estrutura
Funcionamento
Imagem: Gaia (LOVELOCK)

2. Fluxo de Energia nos Ecossistema
Fundamentação teórica:
Fluxograma da aula
Ecologia -ODUM
(cap. 3)
A Economia da Natureza
RICKLEFS
(cap. 6)
Gaia
JAMES LOVELOCK
Cultrix
Imagens:
O Mar (CUBE Book)
Google imagens
Princípios termodinâmicos
Cadeia alimentar
Redes alimentares e níveis tróficos
O conceito de produtividade

3. Nós, humanos, consumimos grande parte da produção da
Terra
1980
224 bi. ton. por ano de Biomassa Vegetal
59% produzido em ecossistema terrestre
41% ecossistema aquático
Captura global de peixes
= 75 mil ton.
Quanto da produção de
algas representa a essas
75 mil ton?

4. Energia no Ecossistema
Pauly e Cristensen: para cada nível da cadeia de relações
trófica ( algas até peixes)
90% da energia
10% da energia
manter o consumidor
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

5. Energia no Ecossistema
Séc. XX, novas direções para a Ecologia
Percepção 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.

6. 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

7. 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.

8. Conversão da energia solar em energia alimentar

9. 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

10. Cadeia alimentar
A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia
passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.
elos = plantas → herbívoros → carnívoros
Os
níveis
tróficos
formam uma pirâmide
ecológica de energia!
A energia é perdida em
cada nível trófico.

11. Cadeia alimentar
A Sequência das relações tróficas pelas quais a energia
passa através do ecossistema é chamada de CADEIA ALIMENTAR.
As cadeias alimentares são de 2 tipos:
Quanto menor a cadeia
alimentar, ou quanto
mais
próximo
o
organismo do inicio da
cadeia,
MAIOR
A
ENERGIA DISPONÍVEL
A POPULAÇÃO
Interligadas
Pastagem
(a base é constituída por
plantas verdes)
Cadeia de detritos
(base é constituída pela matéria
orgânica não viva, para
microorganismos, detritivoros,
predadores.

12. Plantas do fundo  Caramujos  Lambaris  Peixes maiores  Aves

14. Pirâmide ecológica de Energia
cadeia alimenta
níveis trófico
A largura da barra representa a produtividade líquida de um nível
trófico no ecossistema,

15. 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

16. Produtividade primária bruta
Produção Primária:
A energia luminosa é
transformada em
energia química nos
carboidratos
Taxa
Produtividade primária
Fotossíntese total
Assimilação total
Entretanto...
Há Ineficiência
transformações
bioquímicas,
nas
Planta assimilam 1/3
Produção primária Bruta =
respiração + produção primária líquida

17. Produção primária bruta
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 aparente
assimilação líquida
Produção primária Bruta =
respiração + produção primária líquida

18. 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
consumidores
armazenamento
energético
em
níveis
de

19. A Luz e temperatura influenciam as taxas de
Fotossíntese
Plantas
de Sol
níveis altos
de
luminosidade
Taxa
fotossintética
não alterada
Plantas
de
sombra
Níveis altos
de
luminosidade
Limitação da
taxa
fotossintética
Assim a cobertura de nuvens, sobreamento, manhã,
tardinha, mantém fotossintética abaixo do seu máximo

20. 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.

21. 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
As folha refletem de 25% a 75%,
o restante é convertida em calor,
transpiração

22. 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.
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

23. 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

24. 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)

25. 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.

26. 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

27. 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.

28. Distribuição vertical da produção primária e da biomassa na floresta

29. Comparação da distribuição vertical da produção primária no Mar.

30. 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.

31. 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.
Porcentagem de energia transferida de um nível para outro

32. 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.

33. A Energia segue diversas vias no organismo
Energia assimilada.
Disponível para síntese de biomassa
Crescimento 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

35. 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%

36. 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 ativos
Energia de produção líquida baixa = 1%
Animais sedentários de sangue frio =
direcionam 75% da energia assimilada para crescimento e reprodução

37. 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 = 15
animais aquático = 30%

38. 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

39. Subsídio de energia

41. Rede alimentar
em uma pequena
comunidade de
riacho.
Podemos notar:
1 Enlaçamento de
cadeias formando
uma rede
alimentar.
2 três níveis
tróficos
3 Hydropsyche
ocupa posição
intermediária.
4 Ecossistema
aberto

42. 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.

43. 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.
•
•

45. P = produtores
S = saprótrofos, bactérias e fungos

46. 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)

47. 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.

48. Alimentação herbívora e alimentação detritívora
Estabelece duas cadeias alimentares paralelas nas comunidade terrestres
Alimento:
Alimento:
Vegetação
Animais
relativamente
grandes
Energia move-se
rapidamente
detritos e
serrapilheira
Animais
pequenos, micro
organismos
Energia move-se
lentamente na
cadeia alimentar
Herbivoros consomem:
1,5% a 2,5% p. primária (florestas decídua)
12% p. primária (campos)
60% a 90% p. primária (comunidades planctônicas)

49. 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 eficiência
de exploração
Eficiência ecológica
eficiência de exploração x eficiência de produção bruta
Descreve em que proporção da energia assimilada pelas plantas acaba
alcançando um nível trófico superior no ecossistema.

50. 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)

51. Taxa de acumulação da biomassa para os produtores primários varia
conforme o ecossistema (de 20 anos a 20 dias)

52. A Bioenergética de Ecossistemas
O fluxo de energia e a eficiência de transferência descrevem certos
aspectos da estrutura do ecossistema:
nº de níveis tróficos
a importância de detritívoros, e herbívoros
valores de biomassa
detritos acumulados
taxas de troca de M.O

53. 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.

54. Balanço de energia em um ecossistema
Equíbrio entre débito
e crédito
Materias orgânicos
produzidos fora do
sistema são
chamados
Entradas alóctones,
A fotossíntese que é
produzida dentro do
ecossistema é
chamada
de produção
autóctone.

55. 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%

56. gratidão