2012-1 Fluxo de Energia e Processos Ecossistêmicos

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P f  D  Vi i i  F F j llProf. Dr. Vinicius F Farjalla
Departamento de Ecologia ‐ IB
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Pergunta:Pergunta:
l ã í àQual são as maiores críticas à 
Ecologia?Ecologia?
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Energia nos EcossistemasEnergia nos Ecossistemas
Alfred J. Lotka
. 1a lei da termodinâmica ou lei da conservação 
da energia – a energia pode ser transformada de 
um tipo em outro mas não pode ser criada nem
c
e
t
o
n
.
e
d
u um tipo em outro, mas não pode ser criada nem 
destruída. 
d
i
g
l
i
b
.
p
r
i
n
c
. 2a lei da termodinâmica ou lei da entropia –
nenhum processo que implique em uma 
F
o
t
o
:
 
d
transformação de energia ocorrerá 
espontaneamente, a menos que haja uma 
degradação da energia de uma formadegradação da energia de uma forma 
concentrada para uma mais dispersa.
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Energia na TerraEnergia na Terra
Estocada
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Odum, 1983
Modelo de Fluxo de Energia na TerraModelo de Fluxo de Energia na Terra
Refletida
TERRA
Entrada Assimilada Estocada
TERRA
Convertida
em Calor
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
em Calor
Adaptada de Odum & Barrett (2007), pag. 106
Vale para organismos ???
Calor
Vale para organismos ???
Organismo
Entrada Assimilada Estocada
Organismo
Respiração
Excreção
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJProf. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Excreção
Adaptada de Odum & Barrett (2007), pag. 106
AutotrofiaAutotrofia
É a transformação de carbono 
inorgânico (CO2) e água em 
matéria orgânica (açúcares) e 
i ê i (O )oxigênio (O2).
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AutotrofiaAutotrofia
. Dois processos principais: . ois processos principais:
1) Fotossíntese: é a transformação de carbono 
inorgânico (CO ) e água em matéria orgânica (açúcares) einorgânico (CO2) e água em matéria orgânica (açúcares) e 
oxigênio (O2) catalisada pela energia solar;
Necessidade de clorofila ou bacterioclorofila. Necessidade de clorofila ou bacterioclorofila ‐
fotoautotróficos.  
CO2 + H2O CH2O + O2
Energia Solar
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QuimioautotrofiaQuimioautotrofia
2) Quimiossíntese: é a transformação de carbono ) Quimiossíntese: é a transformação de carbono
inorgânico (CO2) e água em matéria orgânica (açúcares) e 
oxigênio (O2) catalisada pela energia química. Tal energia g ( 2) p g q g
química é proveniente da oxidação de compostos 
inorgânicos (HS‐, NH4) – quimioautotróficos.g ( , 4) q
NH + + O NO ‐ + H + H O
Energia
NH4+ + O2  NO2 + H2 + H2O
CO2 + H2O                          CH2O + O2
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QuimioautotrofiaQuimioautotrofia
IMPORTANTE:
. Envolve 2 etapas:
1 Etapa de obtenção de energia química a partir1. Etapa de obtenção de energia química a partir 
da oxidação de compostos inorgânicos (quimio);
2 Et d bt ã d t â i2. Etapa de obtenção de compostos orgânicos a 
partir da redução do CO2 (autotrofia) = fotoautotrofia;
É. É realizada por microorganismos 
quimiossintetizantes.  
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QuimioautotrofiaQuimioautotrofia
Fonnte: m
ail.c
Fonte: noc.soton.ac.uk
colonial.nnet
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ResumindoResumindo…
A t t fi (f t i i ) ãAutotrofia (foto ou quimio) são 
processos ecossistêmicosprocessos ecossistêmicos 
caracterizados pela formação de 
compostos orgânicos a partir de CO2 e 
H O utilizando‐se a energia luminosaH2O utilizando‐se a energia luminosa 
(foto‐) ou energia química.
(não envolve a decomposição de compostos orgânicos)
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HeterotrofiaHeterotrofia
É a transformação do carbono 
orgânico para geração de 
i l lenergia celular.
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HeterotrofiaHeterotrofia
. Três processos principais: . Três processos principais:
1) Respiração aeróbica: é a transformação de carbono 
orgânico e oxigênio (O ) em carbono inorgânico (CO ) eorgânico e oxigênio (O2) em carbono inorgânico (CO2) e 
água;
Realizada pela maioria dos organismos inclusive foto. Realizada pela maioria dos organismos, inclusive foto‐
autotróficos, e é totalmente dependente da presença 
de oxigêniode oxigênio.
CH O + O CO + H OCH2O + O2 CO2 + H2O
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HeterotrofiaHeterotrofia
. Três processos principais: . Três processos principais:
2) Respiração anaeróbica: é a transformação de 
carbono orgânico e um aceptor de elétrons (NO ‐ Mn+4carbono orgânico e um aceptor de elétrons (NO3 ,Mn ,
Fe+3, SO4‐2, CO2)que não o O2 em carbono inorgânico 
(CO ) e água;(CO2) e água;
. Realizada por microrganismos anaeróbicos (archeas e 
bactérias) restritos (não toleram a presença do oxigênio)bactérias) restritos (não toleram a presença do oxigênio) 
e facultativos (toleram a presença do oxigênio).
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HeterotrofiaHeterotrofia
. Três processos principais: . Três processos principais:
2) Respiração anaeróbica: é a transformação de 
carbono orgânico e um aceptor de elétrons (NO ‐ Mn+4carbono orgânico e um aceptor de elétrons (NO3 ,Mn ,
Fe+3, SO4‐2, CO2)que não o O2 em carbono inorgânico 
(CO ) e água;(CO2) e água;
NO3‐ N2
Mn+4                  Mn+2
CH2O   +        Fe+3 Fe+2 + CO2 + H2O
SO4‐2                  HS‐
CO2                    CH4
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HeterotrofiaHeterotrofia
Wetzel. (2001)
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HeterotrofiaHeterotrofia
. Três processos principais: . Três processos principais:
3) Fermentação: é a transformação de carbono orgânico 
em outros compostos orgânicos sem a utilização deem outros compostos orgânicos, sem a utilização de 
oxigênio ou outro composto inorgânico;
Realizada por microrganismos anaeróbicos restritos. Realizada por microrganismos anaeróbicos restritos 
(não toleram a presença do oxigênio).
letanol
lactato
CH2O    piruvato
acetato
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H2
Assimilação e Estocagem
Calor
Assimilação e Estocagem
Organismo
Entrada Assimilada Estocada
Organismo
Respiração
Excreção
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
ç
Adaptada de Odum & Barrett (2007), pag. 106
Assimilação de EnergiaAssimilação de Energia
O
ddum
&
 B
arrrett(2007) ppag. 106
Energia Assimilada (C) = Energia Solar (A) – Energia Dissipada (B) 
C < A, pois nenhum sistema é 100% eficiente
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Produção PrimáriaProdução Primária
É a assimilação de energia e 
produção de matéria orgânica 
l fipela autotrofia 
(geralmente associada à fotoautotrofia)(geralmente associada à fotoautotrofia)
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Produção Primária ‐ ConceitosProdução Primária Conceitos
. Produtividade primária (PP) de um sistema ecológico, comunidade ou 
população é a taxa na qual a energia radiante é convertida pela atividade 
fotossintética de organismos produtores em substâncias orgânicas. 
Medida como taxa em unidade de área e de tempo
. Produtividade primária bruta (PB) é a taxa global de fotossíntese, 
incluindo a matéria orgânica usada na respiração durante um certo
Medida como taxa, em unidade de área e de tempo.
incluindo a matéria orgânica usada na respiração durante um certo 
período de tempo.
. Produtividade primária líquida (PL) é a taxa de armazenamento de. Produtividade primária líquida (PL) é a taxa de armazenamento de 
matéria orgânica nos tecidos
vegetais, em excesso relativo ao uso 
respiratório durante um certo período de tempo. (PL = PB‐R)
. Standing crop (B) é a biomassa vegetal existente em um dado momento.
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Produção PrimáriaProdução Primária
PL = PB‐R
R
icklefs
(2007) pagg
120
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Produção PrimáriaProdução Primária
Odum (1983)
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Produção Primária – Distribuição EspacialProdução Primária Distribuição Espacial
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Retirado de en.wikipedia.org
Produção Primária – Distribuição EspacialProdução Primária Distribuição Espacial
Por q e e iste estaPor que existe esta 
di t ib i ã ?distribuição?
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Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
. Água – componente básico para a fotossíntese; 
. Temperatura – principal condição ambiental limitante à 
vida no planeta;
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Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
. Luz Solar – Fonte de energia para a fotossíntese;
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
Produção Primária – Distribuição EspacialProdução Primária Distribuição Espacial
Mares e Oceanos
Reetirado dee osoceannos.blogsppot.com
Odum, 1983
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Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
E nos Oceanos Tropicais???
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Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
. Nutrientes (principalmente N e P) – constituintes de diversos 
compostos celulares (aminoácidos lipídeos ácidos nucleicos)compostos celulares (aminoácidos, lipídeos, ácidos nucleicos).
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Begon (1996)
Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
. Nutrientes – constituintes de diversos compostos 
l l ( á d l íd á d l )celulares (aminoácidos, lipídeos, ácidos nucleicos).
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Chapin III et al. (2002)
Produção Primária – Fatores LimitantesProdução Primária Fatores Limitantes
. Resumindo:
1) Vários fatores podem limitar a produtividade 
primária em um determinado ecossistema, como a p ,
temperatura e as disponibilidades de água, CO2, luz e 
nutrientes;;
2) Vários fatores podem atuar em conjunto 
estimulando (ou inibindo) a produção primária (geleiras ( ) p ç p (g
na Antártica e florestas tropicais);
3) Alterações nestes fatores (eutrofização, ) ç ( ç
mudanças climáticas, desertificação) podem influenciar 
os padrões de distribuição da produção primária. 
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p ç p ç p
Produção SecundáriaProdução Secundária
. Qual é então o 
destino da produção 
primária líquida?
. Produtividade 
secundária (PS) é a taxa
de armazenamentode armazenamento 
energético pelos níveis 
consumidores durante 
um certo período de 
tempo.
i id. PS = ingerido –
excretado – respirado.
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Produção Secundária
Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Produtor Primário,  Produtor Secundário, 
Calor
autótrofo heterótrofo
Biomassa
Calor
Luz Produção
Bruta
Produção
Líquida
Biomassa
Ingestão Assimilação Produção
S dá iBruta Líquida
Biomassa
g
Secundária
Respiração
Respiração
Excreção
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Excreção
Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Beggon
(19966)
A Produção Secundária é cerca de 1/10 da Produção 
P i á i P ?
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Primária. Por que?
DecomposiçãoDecomposição
É a quebra física e. É a quebra física e 
química da matéria 
orgânica mortaorgânica morta.
Destino final de boa. Destino final de boa 
parte da produção 
primária líquida doprimária líquida do 
planeta!
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DecomposiçãoDecomposição
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DecomposiçãoDecomposição
. Promove energia para detritívoros e decompositores;. Promove energia para detritívoros e decompositores;
. Libera nutrientes inorgânicos no meio (p.ex. CO2, 
NH4);NH4);
. Influencia na ciclagem e estocagem de elementos; 
Q l dif id. Qual a diferença entre um consumidor e um 
detritívoro/decompositor?
. Porém, em termos de fluxo de energia e ciclagem de 
matéria os processos são semelhantes...
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Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Produtor Primário,  Decompositor, 
Calor
autótrofo heterótrofo
Biomassa
Calor
Luz Produção
Bruta
Produção
Líquida
Biomassa
Ingestão Assimilação Produção
S dá iBruta Líquida
Biomassa
g
Secundária
Respiração
Respiração
Excreção
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Excreção
Fluxo de EnergiaFluxo de Energia
Em kcal / m2 /dia:Em kcal / m2 /dia:
Produção Secundária
Luz Solar 
3000
1,5Produção Secundária
0,3
Luz absorvida pela
cobertura vegetal 
Produção Primária
Líquida
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
g
1500 15
Fluxo de Energia – Diferentes CaminhosFluxo de Energia Diferentes Caminhos
O
dumm
, 1983
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Fluxo de Energia – Diferentes CaminhosFluxo de Energia Diferentes Caminhos
Qual caminho (herbivoria ou 
decomposição) é mais relevante 
d i dem um determinado 
ecossistema?ecossistema?
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Diferenças entre EcossistemasDiferenças entre Ecossistemas
1
9
9
6
)
B
e
g
o
n
(
1
Prof. Vinicius Farjalla – Depto Ecologia / UFRJ
RResumo
. Fluxo de Energia em Ecossistemas (entradas, processos. Fluxo de Energia em Ecossistemas (entradas, processos 
transformadores e saídas)
. Produção Primária e Fatores Limitantes. Produção Primária e Fatores Limitantes 
. Produção Secundária
Decomposição. Decomposição
. Diferenças entre ecossistemas
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