CEN0148

ECOLOGIA DE ECOSSISTEMAS

Profs. Maria Victoria R. Ballester e Reynaldo Luiz Victoria

Universidade de São PauloCampus Luiz de Queiroz

Centro de Energia Nuclear na Agricultura

Fluxo de energia nos ecossistemas:cadeias e teias alimentares e níveis tróficos

Todos os sistemas têm características comuns:

1. Todos os sistemas têm algum tipo de estrutura

2. Todos os sistemas são generalizações da realidade

3. Todos os sistemas funcionam da mesma forma

4. Existem relações estruturais e funcionais entre as unidades

dos sistemas

5. Função implica em fluxo e transferência de algum

materiais. Assim, sistemas trocam energia e matéria internamente e

com seu ambiente vizinho, através de vários processos de entrada e

saída

6.Funções requerem a presença de uma força motriz, ou algum tipo

de fonte de energia

7.Todos os sistemas apresentam algum grau de integração

De acordo com a Teoria Geral dos Sistemas:

Processos em um ecossistema

As relações de alimentação entre produtores, consumidores e

decompositores determinam uma estrutura chamada trófica,

através da qual a energia flui e os nutrientes são reciclados:

a cadeia alimentar ou trófica.

Processos de um ecossistema

Alguns organismos são capazes de elaborar seu próprio alimento a

partir de produtos químicos, utilizando a energia solar no processo

de fotossíntese. Estes organismos são denominados produtores

primários ou autótrofos

Autótrofos

Produtores1ro nível trófico

Ecossistema

Terrestre

Aquático

Porém, a perda contínua de energia

através das atividades metabólicas,

limita a quantidade de energia que

está disponível para o próximo nível

trófico, o que é explicado pela

segunda Lei da Termodinâmica

Sem organismos autótrofos não haveria

energia disponível para àqueles que não

possuem a capacidade de fixá-la.

Processos de um ecossistema

Certos organismos consomem produtos elaborados pelos produtores, os

consumidores ou heterótrofos

HeterótrofosAutótrofos

Produtores1ro nível trófico

Consumidores primários

2do nível trófico

Consumidores secundários

3ro nível trófico

Consumidores terciários

4to nível tróficoEcossistema

Terrestre

Aquático

Processos de um ecossistema

Os consumidores podem ser herbívoros, carnívoros ou decompositores

HeterótrofosAutótrofos

Produtores1ro nível trófico

Consumidores primários

2do nível trófico

Consumidores secundários

3ro nível trófico

Consumidores terciários

4to nível trófico

Decompositores ou detritívoros

Ecossistema

Terrestre

Aquático

Assim, temos que o destino final da energia assimilada

pelos consumidores pode seguir 4 rotas:

• respiração• acumulação de biomassa • degradação da matéria orgânica por bactérias e

outros decompositores• consumo pelos heterótrofos

A interação do fenômeno da cadeia alimentar (isto é, a

perda de energia em cada transferência) com a relação

entre tamanho e metabolismo

Em uma estratura trófica definida na comunidade, a qual,

muitas vezes, caracteriza um determinado tipo de

ecossistema

resulta

A estrutura trófica pode ser medida e descrita em termos

de:• Biomassa existente por unidade de área

• Energia fixada por unidades de área e tempo

• Níveis tróficos sucessivos

Níveis tróficos

AutótrofosProdutores Primários

HerbívorosProdutores SecundáriosConsumidores Primários

CarnívorosProdutores Terciários

Consumidores SecundáriosEtc

• A cadeia alimentar é dividida em vários níveis, chamados de

tróficos,

• Estes níveis estão ligados por relações “alimentares” e

sugerem uma ordem particular para a passagem de energia

ao longo da cadeia alimentar.

• Assim como outros modelos muito simples, a idéia da cadeia

alimentar permite apenas uma abstração simples da

natureza do fluxo de energia nas comunidades

• Ocorre uma transferência de energia

e nutrientes para os níveis tróficos

superiores

• A energia flui através do sistema,

havendo perda por dissipação em

cada passo

• Nutrientes também fluem, mas não

ocorrem necessariamente perdas :

ciclos ao invés de fluxo unico

• Raramente apresentam mais do que 5

ou 6 níveis: porque será?

Nas cadeia alimentares

999.000 joules se perdem como E utilizada no processo de produção.

A eficiência de uso da E solar é, portanto: 1.000/1.000.000 = 0,1%

Exemplo: fluxo de E em uma

floresta

A cada nível sucessivo, ~ 10% da E disponível para aquele nível é convertida em

nova biomassa.

Este valor também se aplica a produtores, os quais consomem 90% de sua

própria produção para a respiração

• RFA = 1.000.000 J

• ~1% desta E é

transformada pelos

produtores em biomassa

vegetal ou seja 10 000

J.ano-1 de biomassa são

produzidas.

Os ecossistemas podem sustentar duas cadeias alimentares paralelas

• baseada na herbivoria

• animais relativamente

grandes se alimentam

de folhas, frutos e

sementes

A cadeia de pastoreio:

Os ecossistemas podem sustentar duas cadeias alimentares paralelas

baseada no consumo

por microorganismos e

pequenos animais de

matéria orgânica

morta de origem

vegetal ou animal

A cadeia de detritos:

Energia solar:1,254,000 Kcal.m-

2ano-1

~1% é capturada pelos PP no processo

de fotossíntese

…45% são usados no cresimento (PPL)

…11% entram na cadeia alimentar de

pastoreio

…34% entram na cadeia alimentar de detritos

…55% são utilizados na respiração

Importância da cadeia alimentar de detritos no balanço energético do ecossistema

Recossistema = Respiração vegetal + Respiração heterotrófica

Vimos que o balanço de energia no ecossistema resulta da relação entre

PLE = PPB - Recossistema

Rheterotrófica = Rmicrobiana+ditritívora + Ranimal

10%90%

Ocorrem

conjuntamente

com o processo

de

decomposiçãodecomposição

Rmicrobiana : respiração de bactérias e fungos

Rsaprofítica: respiração de invertebrados que se alimentam de detritos

orgânicos

Decomposição da matéria orgânica morta

A respiração microbiana

DecomposiçãoDecomposição

é a quebra física e química da matéria orgânica morta, mediada

por microorganismos

Em termos químicos: quebra de um material ou substância em

partes ou elementos ou compostos mais simples

Em termos ecológicosEm termos ecológicos: quebra da matéria orgânica morta : quebra da matéria orgânica morta

por fungos, bactérias ou saprófitos (detritívoros) que por fungos, bactérias ou saprófitos (detritívoros) que

modifica a composição química e a aparência física dos modifica a composição química e a aparência física dos

materiaismateriais

Na decomposição ocorre a

mineralização, a conversão de um

elemento da forma orgânica para a

inorgânica

A decomposição é um processo físico e químico de transformação

das moléculas orgânicas complexas da matéria orgânica morta em

componentes inorgânicos (ou orgânicos) mais simples

• Fonte de energia para o crescimento microbiano

• Libera nutrientes para a absorção pelas plantas

• Influencia o armazenamento de carbono

O processo de decomposição inclui:

Fauna e micro-

organismos

Mineralização

Respiração

Deposição de líter

Liteira

Raízes

Solo

Humificação

Decomposição anaeróbica:

• Libera menor quantidade de energia

• A quebra das moléculas orgânicas é substancialmente mais lenta

e incompleta

• Resulta na acumulaçãp de matéria orgância não degradada na

forma de turfas, solos e sedimentos orgânicos.

Decomposição aeróbica:

• Mais eficiente na liberação de E contida nas moléculas orgânicas

• A cadeia de detritos é mais ativa em ambientes aeróbicos e a quebra

de materiais mais completa

Tipos de decomposição

A decomposição consiste em três etapas

1. Lixiviação e consequente transferência de materiais solúveis

como nutrientes e compostos simples de carbono

2. Fragmentação pelos animais do solo aumentando a área

superficial para o ataque microbiano

Berg & Meentemeyer (2002)

3. Alteração química,

ou seja

mudanças na

composição do

detrito

Lixiviação

• Move (retira) os compostos

solúveis em água do

material em decomposição

• Tem início quando as folhas

estão ainda na planta

• Processo mais importante

da decomposição inicial

Fase 1

Fase 2 Fase 3

Lignina

Produtos microbianos

Celulose ehemicelulose

Solubilizados celulares

TrópicosÁrtico

Mas

sa r

eman

esce

nte

(% d

o or

igin

al)

Tempo (anos)

Fragmentação

• O liter fresco é protegido do

ataque microbiano (peles,

epiderme, células vegetais

contendo lignina nas paredes)

• Efetuada por vários animais

que habitam o solo

• Aumenta a área superficial

para o ataque microbiano

• Importante em ecossistemas

aquáticos e terrestres

Fase 1

Fase 2 Fase 3

Lignina

Produtos microbianos

Celulose ehimicelulose

Solubilizados celulares

TrópicosÁrtico

Mas

sa r

eman

esce

nte

(% d

o or

igin

al)

Alteração química

Converte a matéria orgânica em CO2 e nutrientes

Forma compostos complexos recalcitrantes (refratários)

Fase 1

Fase 2 Fase 3

Lignina

Produtos microbianos

Celulose ehemicelulose

Solubilizados celulares

TrópicosÁrtico

Mas

sa r

eman

esce

nte

(% d

o or

igin

al)Assim, a composição química da

matéria orgânica morta é

alterada à medida que os

microorganismos degradam as

moléculas orgânicas

Os compostos são decompostos

a taxas distintas e novos irão

aparecer como resultado do

metabolismos microbiano

Lembrando que o solo é heterogêneo

• Composto pelo liter acima do solo a

matéria orgânica e a porção mineral

• Presença de agregados e macroporos

• Presença da rizosfera

Espacialmente

Quimicamente

• Líter fresco e a matéria orgânica velha

apresentam composição distinta

• As diferentes partes da planta têm composição

também diferenciada (ex.: folhas e madeira)

• As paredes celulares e o conteúdo celular são

também diferentes

Quem são os organismos responsáveis pela decomposição e por que eles realizam este processo?

Cadeia de detritos baseada nas folhas de mangue que caem em um

estuário raso do Sul da Flórida (Odum, 1972)

Bactérias

• Apresentam um crescimento rápido

• São especilizadas em substratos lábeis

• Existem grupos anaeróbicos

• Dependem da difusão do substrato para dentro da célula

• Especialitas “espaciais” ou seja: geralmente

encontram-se na rizosfera, nos macroporos

ou no interior dos agregados. Formam

biofilmes na superfície do particulado

• Especialistas químicos: diferentes bactérias

produzem diferentes tipos de enzimas

degradando diferentes substratos

Fungos

• Responsáveis pela maior parte da decomposição aeróbica

• Ampla capacidade enzimática, produzindo compostos que degradam:

as paredes celulares (ou seja lignina, celulose e hemicelulose) e o

conteúdo celular (proteínas, açúcares e lipídios)

• Podem transportar os metabólitos através das hifas, podendo ser

encontrados no:

– Líter superficial, importam nitrogênio do solo

– Madeira, importam nitrogênio do solo

– Micorrizas, trocam carbohidratos por nutrientes

Animais do solo:

• São responsáveis por 5-10% da

respiração do solo

• Os principais impactos na

decomposição são indiretos:

Alteram o ambiente do solo

Se alimentam de bactérias e fungos

Excretam nitrogênio e fósforo

Animais do solo: microfauna

• Protozoários como ciliados e amebas

– Aquáticos e móveis

– Predadores de bactérias (fagocitose)

– Esoecialistas da rizosfera

• Nematódios e elmintos ocupam vários níveis tróficos

– Nematóides são extremamente abundantes

Animais do solo: mesofauna

• Animais que têm o maior impacto na decomposição • Fragmentam o líter• Ingerem partículas de líter e digeram bactérias• Ex: Colembolos

Animais do solo: macrofauna

• Minhocas, cupins, etc.

– Fragmentam o líter ou ingeram solos

– Misturam o solo e transportam matéria orgânica para áreas

mais profundas do perfil

– Reduzem a compactação

– Criam canais para a água e as raízes

Exemplo da quebra

mecânica

(fragmentação) de

detritos de maior

tamanho. Observe como

a decomposição é

menos intensa nos sacos

que não permitiram a

ação da macrofauna

Ricklefs & Milles, 2000

A decomposição do líter varia de acordo com o tipo de bioma e o tipo de substrato e sua taxa é medida em função da perda de

massa no tempo

Substratos distintosBiomas distintos

Porém, de um modo geral, a massa de líter diminui exponencialmente no

tempo

Decaimento exponencial: o tempo de residência (k) varia em cada

bioma Esta variação é uma função

de um conjunto de fatores:

• Físicos, como temperatura,

umidade do solo, O2 e pH

• Qualidade do Substrato

• Composição de espécies da

comunidade decompositora

• Alocação da massa em

galhos folhas, raízes e

troncos

Estes fatores controlam a atividade microbiana a qual, por sua vez,

determina a taxa de perda de carbono, liberação de nutrientes, etc,

Controles da decomposição variam a longo e curto prazos:

Longo prazo Curto prazo

A qualidade e a

quantidade de

substrato estão entre

os principais fatores

controladores da

decomposição

A qualidade do substrato depende do:

• Tamanho da molécula

• Tipos de ligações químicas: algumas são mais fáceis de romper

que outras,

• Regularidade da estrutura e aleatoriedade do contato com

enzimas e decompositores (lignina e humus são irregulares)

• Toxidade: fenóis que evoluíram para proteger plantas de

herbívoros e patógenos, em alguns casos, também afetam os

decompositores

• Disponibilidade de nutrientes para sustentar o crescimento

microbiano

A qualidade substrato depende do: tamanho da molécula e tipo de ligação

química

Moléculas grande devem ser

quebradas fora da célula

Requerem o uso de exoenzimas

Limitam o controle metabólico

que os microrganismos podem

exercer no processo de

decomposição

algumas são mais fáceis de

romper que outras, por

exemplo as ligações peptídicas

em comparação com os anéis

aromáticos

Celulose: principal polissacarídio estrutural das plantas, constituído de monômeros de glicose ligados

entre si

Lignina: polímero orgânico complexo que une as fibras celulósicas, aumentando a rigidez da

parede celular vegetal

Como prever a taxa de decomposição?

• Análise da razão C:N

– Índice da razão entre citoplasma e parede celular

– Medindo a concentração de N

– Afeta a decomposição diretamente na presença de C lábil

• Razão Lignina:N

– Medida que integra a

concentração de N e o

tamanho/complexidade do

substrato

Espécies de plantas diferem em termos de predictabilidade da

qualidade do líter. Por exemplo folhas de plantas adaptadas à elevada

disponibilidade de recursos decompõem rapidamente devido às

maiores concentrações de carbono lábil

Efeitos importantes da decomposição no ecossistema

1. Retorno do carbono estocado e

do fixado na PP para a

atmosfera

2. Torna o estoque de nutrientes

disponível para a absorção

pela vegetação

3. Primeiro passo na formação da

matéria orgânica do solo a

qual afeta propriedades como

a capacidade de troca de

cátions e a retenção de água

Consumidores

Produtores

Nutrientes dis-poníveis paraos produtores

Reservatório

Processosgeológicos

Decompositores

Energia solar:1,254,000 Kcal.m-

2ano-1

~1% é capturada pelos PP no processo

de fotossíntese

…45% são usados no cresimento (PPL)

…11% entram na cadeia alimentar de

pastoreio

…34% entram na cadeia alimentar de detritos

…55% são utilizados na respiração

Importância da cadeia alimentar de pastoreio no balanço energético do ecossistema

Maioria dos ecossitemas: o modelo inicia com os Produtores Primários, que

produzem açúcares e compostos orgânicos pela fotossíntese. Uma vez produzidos,

estes compostos podem ser usados para criar vários tipos de tecidos vegetais

A cadeia de pastoreio:

modelo que descreve o fluxo geral de energia em parte do ecossitema

Consumidores Primários

ou hervívoros: segundo

elo na cadeia de

pastoreio, obtém E pelo

consumo dos

produtores primários

Miller, 2001

Consumidores secundários ou carnívoros: terceiro elo na cadeia. Obtém E

pelo consumo de herbívoros.

A cadeia de pastoreio

Miller, 2001

Consumidores

terciários ou

carnívoros

secundários: obtém E

pelo consumo dos

carnívoros primários.

Cadeia de pastagem

Cadeia de detritos

Herbívoros Predadores

PredadoresDetritívoros

Produtores

Ligação entre as cadeias alimentares de pastagem e de detritos

• Porém, como geralmente ocorre, é mais

complicado do que isso: na cadeia da

pastoreio existem multiplos predadores

para cada presa e vice-versa,

omnivorismo e, em alguns casos,

canibalismo

• Os detritívoros são importantes mas

geralmente pouco estudados, lembrando

que são elementos chave no contrôle da

ciclagem de nutrientes e, portanto, da

dinâmica da população

• O que determina a estrutura e o tamanho

das teias alimentares?

Cadeia e teias alimentares

Descrevem os padrões complexos

de fluxo de E em um ecossitemas

pela modelagem de quem

consome quem.

Teias alimentares:

TeiaCadeia

Contudo, se analisadas mais detalhadamente, observa-se que as teias

alimentares são muito mais complexas:

Cadeias alimentares: sistemas morfológicos que

descrevem o fluxo de energia

Este fluxo dentro das cadeias alimentares pode ser

também descrito quantitativamente, através de vários

modelos propostos na literatura.

Pirâmides tróficas

Forma gráfica de representar a estrutura e

função tróficas Pirâmides Ecológicas

Tipos

Pirâmides de biomassa: são representados o

peso seco total ou o valor calórico ou outra

medida da quantidade de material vivo

Pirâmides de números: são representados o

número de organismos individuais presentes em

cada nível

Pirâmides de energia: são representados o fluxo

energético e/ou a produtividade em níveis

tróficos sucessivos

Modelo de pirâmides de biomassa:

quantifica a biomassa total em cada nível

trófico

Exemplos:

Modelo de pirâmides de energia: quantifica

a quantidade de energia presente em cada

nível trófico

1. Números variam muito de acordo com o

tipo de comunidades, dependendo do

tamanho dos indivíduos

2. Muitas vezes os números entre um nível

trófico e outro apresentam variações

muito grandes, dificultando sua

representação na mesma escala

3. São estáticas: demostram os estados

instantâneos

Pirâmides de Números

Odum, 1983)

Pouco instrutiva em termos ilustrativos:

Exemplos:

Florestas: produtores primários

- poucos indivíduos grandes

Oceanos: produtores primários

– muitos indivíduos,

pequenos

Pirâmides de Biomassa

Odum, 1983)

1- Proporciona um quadro mais claro das relações de biomassa existentes entre

os grupos ecológicos como um todo

2- Espera-se uma pirâmide de inclinação gradativa, desde que o tamanho dos

indivíduos não difira muito

3- Esta pirâmide pode ser invertida quando os indivíduos dos níveis tróficos

iniciais são bem menores do que os dos níveis mais elevados (ex. Lagos e

oceanos)

4- Apesar do fluxo de E ser maior dos produtores para os consumidores, o

metabolismo acelerado e a taxa de reposição maior dos produtores implicam em

uma menor biomassa em qualquer tempo

5- São estáticas: demostram os estados instantâneos

Odum, 1983)

Pirâmides de Energia

1- Proporcionam a melhor imagem geral da natureza funcional das

comunidades

2- O número e a massa de organismos que podem ser sustentados em um dado

nível, em uma dada situação não dependem da quantidade de E fixada

presente, em um dado momento no nível imediatamente inferior, mas sim da

velocidade com que o alimento está sendo produzido

3- São dinâmicas: demostram a velocidade da passagem da massa alimentar

ao longo da cadeia trófica

4- Forma da pirâmide não é afetada pelo tamanho ou taxas metabólicas

5- Se todas as fontes forem consideradas deve estar sempre na posição direta,

devido à Lei da Entropia

• Problema básico com a

dissipação de E: pouca E

disponível nos níveis

tróficos superiores

• O conteúdo biomassa/E x

no de indivíduos: a E

disponível diminui e a

E/individuo tende a ser

maior a medida que

aumenta o nível trófico

Pirâmides de Energia

As ineficiências (ou eficências) nas cadeias alimentares resultam

em pirâmides de energia e biomassa distintas

Ecossistema terrestre Ecossistema aquático

Biomassa

Fluxo de E

Produtor Primário

Produtor Secundário

Consumidor Primário

Consumidor Secundário

Diminuição do número de

organismos com um aumento

do número de níveis tróficos

Base da pirâmide de uma

floresta temperada é estreita

pois os organismos são

grandes

Pirâmide de número de organismos:

120.000

50.000

300

2

1.5000.000

100.000

10.000

1

Produtores Herbívoros Carnívoros Carnívoros Decomposi-tores

Entrada de E no

ecossitema:

1 700 000

Energia solar não utilizada na fotossíntese

20810 3368 383 21

11979 1890 316 13 6612

5465 1095 46 6

Perdas de E metabolismo

1679190

RFA: 1.2%E perdiada: 98.8%

Produtores: 20810

Herbívoros: 3368Decompositores: 6612

20810

Carnívoros: 383

Carnívoros: 21

Eficiência ecológica ou

… qual energia útil é transferida entre níveis

tróficos?

• Eficiência ecológica ou eficiência da cadeia alimentar: é

definida como o percentual da energia transferido de um

nível trófico para o seguinte:

• Eficiência ecológica: é geralmente apenas 10%, variando

entre 5-20%

• Estudar a utilização da energia dentro de cada

nível trófico

• Levar em conta a dissipação de energia que

ocorre em cada transferência entre níveis

tróficos

Para entender melhor por que isto ocorre é necessário:

Limites ao tamanho das cadeias: fluxo de energia

Material vegetal Ingerido pelo

herbívoro

Respiração

Crescimento (biomassa nova)

Fezes100 J

33 J

200 J

67 J

Eficiência ecológica: depende

da eficiência metabólica, ou

seja a quantidade de energia

utilizada em outras atividades,

como por exemplo a

endotermia

Que, por sua vez,

Transferências energéticas dentro de cada nível trófico

Ingestão: energia contida no alimento ingerido

Excreção: energia contida nos dejetos

Assimilação: energia contida no alimento ingerido

que é absorvida pelo organismo

Respiração: energia consumida nos processos de

manutenção vital

Produção: energia residual utilizada no crescimento

e reprodução

Envolvem vários componentes:

Relações energéticas fundamentais

O balanço energético de um consumidor resulta das

seguintes relações:

ENERGIA INGERIDA - ENERGIA EXCRETADA = ENERGIA ASSIMILADA

ENERGIA ASSIMILADA - RESPIRAÇÃO - EXCREÇÃO = PRODUÇÃO

Alocação da energia dentro de um nível trófico da cadeia alimentar

Ingestão

Digestão e

Assimilação

Crescimentoe

Reprodução

Ejecta

Excreção

Morte

Respiração

E disponível

para a cadeia de detritos

E disponível para o próximo nível

E utilizada para executar trabalho, perdida como

calor, indisponível para o resto da comunidade

Miller, 2001

Eficiência:

razão entre uma saída (ou

produto definido) e a

entrada (ou custo)

Eficiências podem ser determinadas

Entre níveis tróficosNo nível trófico

A quantidade de E utilizada e a

quantidade de E disponível para os

níveis seguintes dependem da

eficiência destes processos

A Segunda Lei da Termodinâmica indica que nenhuma

conversão de E de uma forma para outra pode ser 100%

eficiente (com exceção da conversão em calor), a não ser que o

processo seja completamente reversível, isto é, sem fricção.

LEMBRANDO QUE

Eficiência de consumo (ou

aproveitamento):

Detritos

Produçãon-1

Não consumido

2da Produção

1ra Produção

Ingestãon

AssimilaçãonProduçãon

Respiração

Ingestãon

Produção da presan-1

Ec =

E total disponível para um

dado nível trófico é

determinada pela

quantidade de organismos

predados (ingeridos) em

relação ao alimento

disponível.

Fezes e urina

Assimilaçãon

Ingestãon

Detritos

Produçãon-1

Não consumido

Fezes e urina

2da Produção

1ra Produção

Ingestãon

AssimilaçãonProduçãon

Respiração

Eficiência de assimilação:

Ea =

• A eficiência de assimilação de E pode ser

definida como a razão entre a E

assimilada e a E ingerida

• é determinada pelo sistema digestivo dos

organismos, o tipo de E utilizada e a

disponibilidade de outros nutrientes

críticos.

Porque estes valores são tão distintos???

Assim, para manter 250g

um mamífero consome

~320 kJd-1 e um réptil 19

kJd-1

Mamíferos, marsupiais e

pássaros apresentam

taxas metabólicas

semelhantes, usam a

energia basicamente

para manu-tenção vital

Largartos em contra-

partida têm metabolismo

muito baixo

Detritos

Produçãon-1

Não consumido

2da Produção

1ra Produção

Ingestãon

AssimilaçãonProduçãon

Respiração

Produçãon

Ingestãon

Eficiência de produção Bruta:

Ep =

Fezes e urina

A Eficiência de produção líquida é a razão

entre a E de produção (biomassa) e àquela

assimilada

Energia assimilada

Crescimento

Reprodução

Perdida como calor

Manutenção do

organismo (localização de

alimento, digestão e

homeostase)

Biomassa

Produçãon

Assimilaçãon

Detritos

Produçãon-1

Não consumido

2da Produção

1ra Produção

Ingestãon

AssimilaçãonProduçãon

Respiração

Eficiência de produção líquida:

Ep =

Fezes e urina

Produçãon

Produçãon-1

Detritos

Produçãon-1

Não consumido

2da Produção

1ra Produção

Ingestãon

AssimilaçãonProduçãon

Respiração

Eficiênica trófica

ET = (Ec) * (Ea) * (Ep) =

Fezes e urina

Exemplo de eficiência trófica: em ecossistemas aquáticos a

eficiência trófica é 2 – 24% (média 10%)

~2 milhões de toneladas de atum são pescados anualmente, o que

representa 0,1 g C de atum por km2 de oceano. Assumindo que a

eficiência trófica é de 10%, esta pesca de 0,1g requer:

1 g de peixes pelágicos

10 g de zooplâncton para alimentar os peixes pelágicos

100 g de fitoplâncon para alimentar o zooplâncton

Apesar de existir uma grande variabilidade, em média, 8%

da PP aquática têm como destino final a pesca pelos seres

humanos

PPL necessária para sustentar a pesca mundial

Exemplo do cálculo das eficiências de produção líquida a cada transferência

13

11977

1890

31667

8833

1478

8

0 5000 10000 15000 20000

Produtores

Herbívoros

Carnívoros I

Carnívoros I I

Prod

ução

Pri

már

ia B

ruta

Nível Trófico

Respiração

PPL

E Produtores Herbívoros Carnívoros (1o nível)

Carnívoros (2o nível)

PPB 20810 3368 383 21

R 11977 1890 316 13

PPL 8833 1478 67 8

Produtores para HerbívorosProdutores para Herbívoros:

PL Produtores/PLHerbívoros = 1478/8833 = 16.7%

E Produtores Herbívoros Carnívoros (1o nível)

Carnívoros (2o nível)

PPB 20810 3368 383 21

R 11977 1890 316 13

PPL 8833 1478 67 8

Hebívoros para Carnívoros 1Hebívoros para Carnívoros 1riosrios :

PLHebívoros/PL2do

nível de Carnívoros = 67/1478 = 4.5%

Carnívoros 1Carnívoros 1riosrios para Carnívoros 2 para Carnívoros 2riosrios:

PL2do

nível de Carnívoros / PL1ro

nível de Carnívoros = 8/67 = 11.9%

Eficiência média = (16.7+4.5+11.9)/3 = 11.0%, ~ 10%Eficiência média = (16.7+4.5+11.9)/3 = 11.0%, ~ 10%

Taxa de respiração em relação à PB em cada nível:

Respiração dos Produtores / PB = 11977/20810 = 0.57

Respiração dos Hebívoros / PB = 1890/3668 = 0.52

Respiração dos Carnívoros do 1ro nível / PB = 316/383 = 0.83

Respiração dos Carnívoros do 2do nível / PB = 13/21 = 0.62

A biomassa de um organismo pode ser vista como E

armazenada, a qual pode ser utilizada pelos consumidores, i.e.,

é a E disponível para a ingestão pelos consumidores

A Eficiência total é obtida pela multiplicação de todas as

demais eficiências:

Eficiência Total = Eficiência de Consumo * Eficiência de

Assimilação * Eficiência de Produção = Biomassa/Energia Total

A eficiência total de um nível trófico determina a quantidade de E

disponível para todos os demais níveis acima dele.

Portanto

• A quantidade de E incorporada à cada nível trófico resulta

não de quantidade de material consumido, mas da

quantidade de E convertida em biomassa, ou seja a

eficiência no uso da energia

• Consumidores perdem quantidades consideráveis de E

devido à assimilação pouco eficiente, manutenção morfo-

fisiológica, reprodução e processos de localização e captura

do alimento. Esta E é suprida pela respiração

• Portanto, o número de níveis tróficos que podem ser

mantidos em um dado ecossistema é finito, normalmente,

entre 4 a 5. Este limite é atingido quando os consumidores

não podem mais obter E suficiente para balancear as perdas

• Em alguns ecossistemas, como por exemplo rios e lagos,

ocorrem entradas expressivas de biomassa na forma de

matéria orgânica. Neste caso, a produção pelos

consumidores poderá exceder a dos produtores

Um dos conceitos mais importantes do balanço energético

dos ecossistemas é:

     

Materiais essenciais são reciclados nas teias ou cadeias

alimentares, mas a energia flui, unidirecionalmente,

não sendo reciclada;

De um modo geral, ~9/10 da energia potencial é

convertida em entropia (respiração) em cada um dos

“elos” da cadeia alimentar