Aula 7 - Ecologia de ecossistemas2

Teoria dos sistemas: 

Ecologia de Ecossistemas (1) Teoria dos sistemas Um sistema é um conjunto cujos elementos unem-se por meio de propriedades calcadas na interação, na interdependência e na sensibilidade a certos mecanismos reguladores de tal modo que formam um todo unificado (Odum, 1963)

TEORIA SISTÊMICA: 

TEORIA SISTÊMICA SISTEMA SYN = junto, associado THESIS = composição, união SINTESE = conjunto integrado, constituído de partes solidárias, de alguma forma ordenadas entre si. Notas de aula do Prof. Mauro Ribeiro (UCB)

TEORIA SISTÊMICA: 

TEORIA SISTÊMICA 1- MUDANÇA DAS PARTES PARA O TODO . O sistema não é mera soma dos elementos. Suas propriedades essenciais são propriedades do todo, que nenhuma das partes possui. Propriedades essenciais = são propriedades do todo que surgem das interações e relações de organização entre as partes. As propriedades sistêmicas são destruídas quando um sistema é dissecado em elementos isolados. Notas de aula do Prof. Mauro Ribeiro (UCB)

TEORIA SISTÊMICA: 

TEORIA SISTÊMICA NÍVEIS SISTÊMICOS - Sistema dentro de Sistema . Níveis de diferentes complexidades. Em cada nível, os fenômenos exibem propriedades que não existem em níveis inferiores. Propriedades emergentes = Propriedades que emergem no nível particular. Notas de aula do Prof. Mauro Ribeiro (UCB)

TEORIA SISTÊMICA: 

TEORIA SISTÊMICA VISÃO SISTÊMICA = REDE DE RELAÇÕES. Os próprios objetos são redes de relações, embutidas em redes maiores. VISÃO MECANICISTA mundo é uma coleção de objetos. As relações são secundárias Notas de aula do Prof. Mauro Ribeiro (UCB)

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A reunião dos organismos em comunidade biológica . Sistema Ecológico Fundamental composto pelos animais e plantas juntamente com os fatores físicos dos seus arredores foi denominado Ecossistema (Tansley, 1935) Ecossistema pode ser definido como uma unidade espacial explícita do planeta que inclui todos os organismos juntamente com todos os componentes do seu ambiente abiótico dentro de suas fronteiras (Likens, 1992). A objetivo da ecologia de ecossistemas é o de compreender o fluxo de energia e matéria através dos organismos e seu meio ambiente. Exemplo de ecossistema com fronteiras bem definidas seria um lago, onde pode-se perguntar questões relacionadas ao seu metabolismo ou potencial de produção pesqueira Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Definições e Conceituação:

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As fronteiras do ecossistema podem ser flexíveis de acordo com a escala espacial considerada no estudo. Outros pontos importantes são a escala temporal e os componentes do sistema. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Definições e Conceituação: Escala Espacial (10 3 km 2 ) Escala Temporal (anos) 0.001 0.1 10 1.000 1000 100 0.1 0.00001 Fitoplâncton Zooplâncton Anchova Atum Oceano Aberto Temperado Ervas Lebre Cervo Árvores Floresta Temperada

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 Definições e Contextualização Conceitos de Produtividade > Biomassa é a massa de um determinado componente do ecossistema por unidade de área ou volume. A massa pode ser expressa em peso fresco, peso seco, carbono, energia orgânica (calorias) ou nutriente limitante. É geralmente expressa em unidade de área em ecologia terrestre e em área ou volume em ecologia dos solos ou aquática. > Produtividade é a taxa instantânea de geração de nova biomassa. A sua unidade é biomassa/(área x tempo) > Produção é a geração cumulativa de nova biomassa por durante um período específico de tempo.

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 Definições e Contextualização Conceitos de Produtividade > Produtividade primária é a produtividade pelas plantas ou bactérias que geram nova biomassa usando energia e compostos inorgânicos. Plantas superiores, algas e algumas bactérias utilizam a energia solar enquanto outras bactérias utilizam a energia de compostos químicos reduzidos (como gás hidrogênio, metano ou sulfeto de hidrogênio). > Produtividade primária bruta é a taxa total de nova geração de biomassa, antes da subtração de qualquer perda > Produtividade primária líquida é a produtividade primária bruta descontando-se a taxa de respiração. Ela representa a nova biomassa disponível para crescimento e reprodução.

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Diagrama de Fluxo de Carbono em um Ecossistema Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 Crescimento e Reprodução PRODUTOR PRIMÁRIO Fixação de Carbono Respiração Morte (excreção) DETRITOS Morte Respiração Energia HERBÍVORO DECOMPOSITOR Respiração Urina Fezes Consumo Morte (fezes, urina) Predação Crescimento e reprodução Crescimento e reprodução Predação Herbivoria

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema Quão produtivos são os ecossistemas? > A vida na Terra é mantida pela produtividade primária dos ecossistemas. > A maior produtividade ocorre nas “wetlands” (pântanos, mangues), na floresta tropical chuvosa, nos recifes de coral e estuários (1800 a 2500 g peso seco/m 2 /ano) > A maior produção de nova biomassa na Terra ocorre nas florestas tropicais chuvosas (pequena área muito produtiva) e nos oceanos (grande área pouco produtiva) > A biomassa total de plantas vivas da Terra (cerca de 830 x 10 9 ton.) é suplantada pela biomassa de detritos ou matéria orgânica morta (1500 x 10 9 ton.). Essa razão varia em função do ecossistema.

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema T3 > Nas florestas tropicais chuvosas, onde a decomposição é rápida, a razão detrito : biomassa de plantas é cerca de 0.5, i.e. a biomassa de plantas viva é muito maior que a biomassa de plantas mortas ou em decomposição somadas a matéria orgânica do solo. Em campos temperados, onde a decomposição é diminuída pela falta de umidade e pelo inverno, esta razão é de 30, onde a maior parte da matéria orgânica encontra-se nas plantas mortas e no solo. O que controla a produtividade primária? > Geralmente a umidade e a temperatura explicam as diferenças em produtividade, com altas produtividades ocorrendo em ambientes quentes e úmidos (florestas tropicais, pântanos, mangues, estuários) e baixas em ecossistemas secos (desertos) e frios (tundra).

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema > Linderman denominou níveis tróficos aos elos das cadeias alimentares e conceituou pirâmide de energia . > A razão da produção de um nível trófico em relação ao seu nível inferior é chamada eficiência ecológica > Em contraste com a energia que vem da luz solar e deixa o ecossistema como calor, os nutrientes são reciclados e mantidos dentro do sistema, controlando assim a produtividade primária. > As plantas capturam a energia luminosa e a transformam em energia química de ligação nos carbohidratos. > Pela fotossíntese: 6 CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 , com transformação do carbono oxidado em reduzido ( energia) (transparências)

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema Metabolismo respiratório Fotossíntese (produção bruta) Custo da Biossíntese Manutenção do tecido Crescimento tecidual e reprodução (prod. líquida) Biossíntese Alocação de Energia pelas Plantas

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema Como medir a produtividade primária? > A produção vegetal envolve fluxos de dióxido de carbono, oxigênio, minerais e água de um lado e acumulação de biomassa do outro. Assim, as taxas destes fluxos podem servir como medidas indiretas da produtividade primária. > A produção líquida pode ser expressa em gramas de de carbono assimilado, peso seco dos tecidos de plantas ou seus equivalentes energéticos. > Em ecossistemas terrestres estima-se a produção pela vegetal pelo aumento anual de biomassa de plantas, pela medida da taxa de variação de dióxido de carbono ou pela taxa de assimilação de carbono radioativo (C 14 ). >Em ecossistemas aquáticos mede-se variações de O 2 e C 14

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema O que limita a produção primária? Nutrientes X produção vegetal > Os nutrientes (especialmente P e N) estimulam e limitam a produtividade primária, sendo maiores as limitações em ecossistemas aquáticos. > A fertilização intensa dos ecossistemas aquáticos através dos lançamentos de esgotos aumenta muito a produtividade primária causando o fenômeno da >>>>>>>>>>>>>>> eutrofização.

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Eutrofização Artificial: causas e conseqüências Aporte Externo de Nutrientes (fontes pontuais e difusas) Aporte Interno de Nutrientes (reciclagem pelo sedimento e biota) III) Conseqüências da Eutrofização Artificial: Floração de Microalgas (cianobactérias) Produção de Toxinas de Cianobactérias Proliferação Excessiva de Plantas Aquáticas Anoxia (falta de oxigênio) Mudança das Espécies Aquáticas Aumento da Produção Pesqueira / Mortandade de Peixes Re-uso de Nutrientes (irrigação e aqüicultura) II) Causas da Eutrofização Artificial:

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Eutrofização Artificial: caracterização Vollenweider (1968): IV) Classificação de Estado Trófico: Ultra-oligotrófico Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipertrófico 1000 10 1 100 0 0.5 1.0 Probabilidade [P] µg/L Lago Mcllwaine (40 µg/L) Distribuição Estatística (Ryding & Rast, 1989) Estado Trófico: < 5 5 - 10 10 - 30 30 - 100 > 100 P-total (µg/l) Ultra-oligotrófico Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipertrófico

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E) Etapas do Metabolismo Lacustre: Produção, consumo e decomposição.

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Propriedades dos Ecossistemas

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Manipulação de Cadeias Alimentares: Relações “Bottom-up” x “Top-down”

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Dinâmica da Cadeia Alimentar O que são seres autotróficos? Seres que fabricam o seu próprio alimento a partir de materiais inorgânicos brutos (produtores). E o que são seres heterotróficos ? Animais e microorganismos que obtêm sua energia e a maioria de seus nutrientes se alimentando de outros organismos (consumidores). A quantidade de energia que atinge cada nível trófico depende da produção primária líquida e da eficiência de transferência da energia de alimentação em energia de biomassa em cada nível trófico. Geralmente as plantas utilizam de 15 a 70% da energia luminosa assimilada pela fotossíntese para manutenção e os animais utilizam ainda mais, resultando em uma produtiv. de 5 a 20% daquela do nível trófico inferior.

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Energia no Ecossistema Alocação de Energia em um elo da cadeia trófica

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A Dinâmica da Cadeia Alimentar Eficiência de assimilação é a proporção da energia consumida que é assimilada. Os herbívoros assimilam cerca de 80% da energia nas sementes, de 60 a 70% na vegetação jovem, e de 30 a 40% da energia no caso de brotos e folhas, enquanto que os predadores assimilam com maior eficiência (60-90%), com 70-80% para os insetívoros e 90% para os carnívoros A eficiência de produção líquida é a energia que pode ser utilizada para crescer e se reproduzir, depois de descontada aquela requerida para a manutenção, movimento e a produção de calor. Animais ativos de sangue quente possuem baixa eficiência de produção líquida, sendo menor que 1% para pássaros e de 6% para mamíferos. Animais de sangue frio mais sedentários canalizam mais de 75% da energia assimilada para crescimento e reprodução

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Dinâmica da Cadeia Alimentar Alimentação de Detritos: > grande parte da produção de espécies árbóreas é alocada em estruturas difíceis de comer e digerir, sendo por isso grande parte da sua produção consumida como detritos (restos mortos e excrementos não digeridos de herbívoros). Os ecossistemas terrestres apresentam duas cadeias envolvendo a utilização da matéria vegetal, a cadeia de herbivoria (animais relativamente grandes alimentando-se de vegetação foliar, frutos e sementes) e de detritivoria (animais relativam/ pequenos e microorganismos consomem detritos da serrapilheira e da 1 a camada do solo).

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Dinâmica da Cadeia Alimentar Alimentação de Detritos: Qual destes dois caminhos alternativos de fluxo na teia alimentar é mais rápido? A energia dos detritos tendem a se mover mais lentamente. Os herbívoros predominam nas comunidades aquáticas (consumindo de 66 a 99% da produção líquida) e os detritívoros nas comunidades terrestres (çom os herbívoros consumindo de 1,5 a 2,5% em florestas decíduas temperadas e 12% nos hábitats de campo).

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Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 A Dinâmica da Cadeia Alimentar A Dinâmica de Transferências de Energia na Cadeia: > O orçamento global de energia do ecossistema é como um balanço despesa x receita. > As fontes de matéria orgânica podem ser alóctones (de origem externa, do grego allos = outra e chtonos = da terra) ou autóctones (produção local) Em estudo do orçamento energético de um lago, concluiu-se que os consumidores secundários aproveitaram somente 20% da produção primária líquida e 33% da produção secundária líquida, sendo que a maior parte da biomassa não consumida saiu de circulação através da sedimentação com preenchimento do fundo do lago com camadas de detritos orgânicos. Mesmo com essa sedimentação, o lago atingiu uma eficiência ecológica global de 12% de transferência de energia entre os níveis tróficos.

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Fluxo de Energia e Elementos no Ecossistema Reciclagem de Nutrientes Regulação dos Ecossistemas Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 Ecologia de Ecossistemas (2)

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Ao contrário da energia, os nutrientes permanecem no ecossistema circulando entre os organismos e o meio físico Exemplos da re-utilização dos nutrientes: a absorção de N lixiviado da serrapilheira e absorção do CO 2 da respiração Os ecossistemas se encontram em um estado estacionário (equilíbrio dinâmico) - importação de elementos equilibra-se com a exportação, sendo as entradas e saídas de nutrientes nos ecossistemas são muito mais lentas que as suas taxas de circulação dentro deles. Situações de desequilíbrio onde os elementos se acumulam (turfeiras) ou são removidos do sistema (erosão). Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Os Fluxos Dinâmicos no Ecossistema:

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Processos assimilativos: transformações que produzem matéria orgânica a partir de elementos, como por exemplo a fotossíntese (carbono inorgânico em carbohidrato). O processo inverso e complementar da respiração retorna o carbono a forma inorgânica através da oxidação do carbono orgânico liberando energia ( processo desassimilativo) As transformações dos elementos nos ecossistemas podem ser físicas ou químicas. Ex: intemperismo da rocha matriz liberando P ou sedimentação de carbonato de cálcio no fundo dos oceanos imobilizando P na crosta. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Os Fluxos Dinâmicos no Ecossistema:

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Modelos de compartimentalização do ecossistema Ciclo da Água: > Sobre a superfície terrestre, a precipitação (23%) excede a evaporação e a transpiração (16%). A evaporação da água nos oceanos excede a reposição da precipitação, sendo que boa parte do vapor d’água transportado pelos ventos do oceano para a terra cai como precipitação em regiões montanhosas. > O fluxo líquido do vapor dos oceanos para a terra equilibra o fluxo da terra para as bacias oceânicas. > A energia necessária para dirigir o ciclo hidrológico global a partir da evaporação total de água é igual a 20% da energia total recebida pela terra como radiação solar, sendo o restante dessa energia refletida, absorvida ou irradiada como calor. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Os Fluxos Dinâmicos no Ecossistema :

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> A absorção da energia radiante pela água em seu estado liquido propulsiona o ciclo hidrológico a partir da evaporação, a qual encontra-se em equilíbrio com a precipitação. > O conteúdo estacionário de água na atmosfera (depósito atmosférico) se refaz 26 vezes por ano em média, o que significa dizer que o tempo de trânsito da água é de 1/26 de um ano, ou seja, 2 semanas. > Os solos, rios, lagos e oceanos contém mais de 100.000 vezes a quantidade de água na atmosfera, sendo portanto o seu tempo de trânsito 100.000 vezes maior (3.650 anos) Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 I) Os Fluxos Dinâmicos no Ecossistema:

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O Ciclo do Carbono: > A reciclagem do carbono nos ecossistemas terrestres e aquáticos envolve 3 grandes classes de processos: (1) reações assimilativas e desassimilativas de carbono na fotossíntese e respiração (entrada de 10 11 ton./ano); (2) troca física de CO 2 entre a atmosfera e os oceanos, lagos e rios (os oceanos contém 50 x mais CO 2 que a atmosfera); e (3) dissolução e deposição de compostos de carbonatos como sedimentos (processos estes equilibrados numa escala global). > Reações químicas do carbono na água: CO 2 + H 2 0 = H 2 CO 3 = H + + HCO 3 - = 2H + + CO 3 2- CO 3 2- + Ca 2+ = CaCO 3 <=> CO 3 2- + H 2 0 = HCO 3 - + OH - > Águas correntes ácidas dissolvem os sedimentos calcários, e a remoção de CO 2 pela fotossíntese eleva o pH. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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O Ciclo do Nitrogênio: > Em geral a grande fonte de nitrogênio para os ecossistemas é a atmosfera, através do N molecular (N 2 ). > O N 2 dissolve-se razoavelmente na água e alternativamente entra nos ecossistemas por caminhos biológicos através da sua assimilação por microorganismos. > As principais reações de transformação do N são: Nitrogênio orgânico (reduzido) em amônia ( amonificação) Amônia em nitrito e em nitrato ( nitrificação) Nitrato em nitrogênio molecular ( desnitrificação) > A fixação de N 2 e sua transformação em amônia nitrogenada (NH 4 + ) pelos microorganismos usa energia, a qual é obtida pela oxidação de açucares ou outros compostos orgânicos. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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O Ciclo do Fósforo: > Os organismos requerem P em nível relativamente alto (cerca de 1/10 daquele do nitrogênio) como grande constituinte dos ácidos nucléicos, membranas celulares, sistemas de transferência de energia, ossos e dentes. O P assume importância especial como nutriente limitante da produtividade primária de sistemas aquáticos. >O ciclo do P é mais simples que o do N, já que a atmos-era não representa fonte externa e não sofre oxiredução > As plantas assimilam P como íon fosfato (PO 4 3- ) diretamente do solo ou da água e o incorporam em compostos orgânicos. > Os animais por sua vez, eliminam o excesso de P excretando sais de P na urina e bactérias fosfatizantes convertem P orgânico dos detritos em PO 4 3- > Em pH extremos o P complexa-se em formas insolúveis Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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O Papel dos Microorganismos na Ciclagem: > A participação de microorganismos em processos de transformação de elementos garantem a produtividade dos ecossistemas. > A fixação de N depende inteiramente dos microorganismos > Todos os organismos precisam de uma fonte de carbono, sendo aqueles que obtém o C na sua forma reduzida (orgânica) chamados de heterótrofos e aqueles que assimilam o carbono como CO 2 e gastam energia para reduzí-lo em forma orgânica são os seres autótrofos > fotoautotróficos x quimioautotróficos Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Terrestres x Aquáticos: > Processos diferentes graças a diferentes fontes de elementos para reciclagem (solo X sedimentos). Ecossistemas Terrestres: > Principal fonte natural de novos nutrientes para ecossistemas terrestres é a formação de solo pelo intemperismo da rocha matriz. No entanto, este é um processo lento que ocorre em camadas profundas do solo e tem uma contribuição muito pequena (somente 10%) quando comparado à taxa de reciclagem dos nutrientes pela vegetação. > As plantas assimilam nutrientes do solo muito mais rapidamente do que o intemperismos é capaz de gerar a partir do material parental. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Terrestres: > Elementos essenciais como o nitrogênio , fósforo e enxofre encontram-se pouco representados no material parental (rochas ígneas - granito e basalto - não contém N e somente 0,3 e 0,1 % de fosfato (P 2 O 5 ) e sulfato (SO 3 ) em termos de massa), sendo pouco adicionados ao solo por intemperismo. > Como o suprimento desses nutrientes ao solo através da precipitação e fixação do nitrogênio também é pequeno, a produção vegetal depende da rápida reciclagem dos nutrientes a partir dos detritos e da sua retenção dentro do ecossistema Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Terrestres: > Os habitats terrestres são ricos em detritos orgânicos provenientes da acumulação de restos vegetais resistentes à acão dos herbívoros, os quais são reciclados graças a ação decompositora de vermes, moluscos, insetos, ácaros, bactérias e fungos. > A quebra das folhas da serrapilheira ocorre de três formas: (1) lixiviação de materiais solúveis e de pequenos compostos orgânicos pela água, (2) consumo por organismos detritívoros (minhoca, pulgões e outros invertebrados) e (3) posterior ataque por fungos e mineralização por bactérias. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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> Embora os grandes detritívoros não assimilem mais de 30 a 45% da energia disponível na serrapilheira e menos ainda da madeira, o seu efeito físico de macerar a folha em seus tubos digestivos e a egestão de partículas finas expõem novas superfícies ao ataque dos micróbios promovem a aceleração da deterioração. > A reciclagem de nutrientes em ecossistemas tropicais e temperados difere devido ao efeito do clima no intemperismo e na reciclagem de detritos. Os solos tropicais tem fertilidade relativamente baixa devido ao intenso intemperismo e pobre capacidade de intercâmbio catiônico. > Como explicar então a maior produtividade tropical ? > Sob as condições úmidas e quentes, a reciclagem de nutrientes dos detritos é mais rápida e a sua retenção mais eficiente Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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> Em sistemas tropicais, a maioria dos nutrientes ocorre na biomassa viva e os elementos são regenerados e assimilados muito rapidamente. > Os solos tropicais jovens, ricos e férteis de áreas montanhosas são especialmente propícios para a agricultura baseada na remoção parcial da floresta e plantios sucessivos sem que o solo perca a sua fertilidade. > Já nos solos tropicais mais antigos e intensamente intemperizados essa mesma prática tem consequências desastrosas. A prática de queima e o corte da vegetação pode sustentar o cultivo por 1 ou 2 anos, mas rapidamente lixiviam o solo sem a vegetação natural os assimile, resultando no decaimento imediato da fertilidade do solo. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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> A vegetação tem um papel fundamental na manutenção da fertilidade do solo em sistemas tropicais. > As florestas tropicais são mais ricas em serrapilheira? > A serrapilheira representa 20% da biomassa total de vegetação e detritos nas florestas de coníferas, 5% nas florestas temperadas (de madeira dura) e somente de 1 a 2% nas florestas tropicais. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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> Solos eutróficos desenvolvem-se em áreas com solos jovens e sujeitos a alta erosão, sendo que a maior proximidade da rocha matriz em relação à superfície garante uma maior liberação de nutrientes via intemperismo e a sua melhor retenção nos solos. Tais solos ocorrem nas montanhas andinas, América Central e Caribe. > Por outro lado, solos pobres em nutrientes ( oligotróficos) ocorrem em áreas antigas e geologicamente estáveis, em particular em depósitos aluviais arenosos (como em grande parte da Bacia Amazônica) onde um intenso intemperismo remove a argila e reduz a retenção de nutrientes > A comparação de uma floresta tropical oligotrófica (Bacia Amazônica) e eutrófica (Porto Rico) mostra que a distribuição de nutrientes na floresta oligotrófica favorece a biomassa em detrimento do solo e ela retém melhor os nutrientes. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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> A retenção dos nutrientes pela vegetação é crucial para a alta produtividade das florestas tropicais (especialmente aquelas oligotróficas). > As plantas retém nutrientes através do desenvolvimento de uma malha muito densa de raízes (e fungos associados) que se dispões próximo ou sobre a superfície para interceptar os nutrientes que são arrastados abaixo da copa das árvores. > Dados da África revelam que 68 a 85% da biomassa radicular das florestas concentram-se nos primeiros 25 a 30 cm de solo. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Aquáticos: > O ponto de maior distinção entre ecossistemas terrestres e aquáticos é a sedimentação de nutrientes em depósitos de fundo e a sua lenta regeneração e volta à zona superficial mais produtiva. > Existem duas grandes distinções entre os sedimentos e os solos: (1) a reciclagem de nutrientes em ambientes terrestres ocorre próximo à raiz das plantas enquanto nos sistemas aquáticos as plantas absorvem os seus nutrientes na coluna d’água longe dos sedimentos e próximo à superfície ( zona eufótica ) e (2) os processos de decomposição aeróbicos e rápidos predominam em sistemas terrestres enquanto que aqueles anaeróbicos e lentos são mais comuns em sistemas aquáticos, graças a freqüente tendência de anoxia das zonas mais profundas próximas aos sedimentos. > A manutenção de elevada produção aquática depende da proximidade da zona eufótica ou de fenômenos de reposição de nutrientes pela circulação ( resurgência ). Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Aquáticos (cont.): > Os nutrientes costumam ser prontamente assimilados pelo fitoplâncton em taxa que muitas vezes excede o seu requerimento imediato (luxury uptake). Isso possibilita às algas aproveitarem oportunidades e locais com maiores concentrações de nutrientes, como geralmente ocorre nos ecossistemas aquáticos durante a estratificação. > A mistura vertical da massa d’água depende da entrada de energia no sistema (vento e energia solar). O vento promove a mistura de águas rasas. Em águas mais profundas, a circulação pode ser prevenida nos casos de estuários onde as águas doces (mais leves) ocupam a camada superficial ou quando o sol aquece a superfície da água tornando-a menos densa. Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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Ecossistemas Aquáticos (cont.): > Como a mistura vertical afeta a produtividade primária? > A circulação aumenta a produtividade a partir da ressuspensão de nutrientes para a zona produtiva e pode também diminuir a produtividade pela retirada do fitoplâncton desta zona produtiva por períodos relativamente longos. > Os ambientes lacustres estratificados apresentam um gradiente vertical de temperatura formando as seguintes camadas: epilimnion, metalimnon e hipolimnion. Chama-se termoclina a descontinuidade de temperatura entre o epilimnion e o hipolimnion. > O hipolimnion é geralmente pobre em oxigênio e rico em nutrientes (estando estes na sua forma reduzida). Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007 II) Reciclagem de Nutrientes nos Ecossistemas:

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A compreensão do funcionamento dos ecossistemas requer a integração do conhecimento das funções de força externas e os mecanismos internos de retro-alimentação As funções de força externas são as entradas de matéria de fora do sistema e as condições físicas do ambiente (iluminação, temperatura, intemperismo, e entradas por precipitação, salinidade, etc). Já os mecanismos internos de retroalimentação resultam do comportamento químico dos elementos e das respostas dos organismos. III) Regulação e Funcionamento dos Ecossistemas: Curso: Engenharia Ambiental / Disciplina: Ecologia II Responsável: Prof. Fernando L. R. M. Starling 02/2007

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Os modelos de sistemas mais simples relacionam compartimentos (X) e fluxos (J) entre os compartimentos. Numa situação de estado estacionário, as entradas se equivalem às saídas e cada fluxo para fora de um compartimento é igual a taxa de transferência (g) vezes o tamanho do compartimento. Exemplo de modelo simples para sistema aquático III) Regulação e Funcionamento dos Ecossistemas: