UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Disciplina: ECOLOGIA GERAL

CEN 0109

Professores (Docentes):

Dr. Plínio Barbosa de Camargo

Dr. Marcelo Zacharias moreira

Dr. Luiz Antonio Martinelli

Ecologia? O que é isso?

I. O que é ecologia?II. Objetivos da Ecologia III. Por que estudar ecologia?IV. Onde estudar ecologia?V. Como os ecólogos trabalham? VI. Como aprenderemos sobre ecologia?

Algumas questões básicas:

O que é ecologia?ORIGEM ETIMIOLÓGICA

Do Grego: Oikos = casa

Logos = estudo

Definições:• E. Haeckel (zoólogo alemão) 1870: “Por ecologia, entendemos como um conjunto de

conhecimentos em relação à economia da Natureza - a investigação das relações entre os animais com seu ambiente inorgânico e orgânico.”

• Burdon-Sanderson (anos 1890): Elevou a Ecologia a uma das três divisões naturais da Biologia: Fisiologia - Morfologia – Ecologia

• Odum (1963): “A estrutura e a função da Natureza.”

• Krebs (1972): “Ecologia é o estudo científico dos processos que regulamentam a distribuição e a abundância de seres vivos e as interações entre eles, e o estudo de como esses seres vivos, em troca, intercedem no transporte e na transformação de energia e matéria na biosfera (ou seja, o estudo do planejamento da estrutura e função do ecossistema).”

ECOLOGIA é a ciência que estuda como os organismos (animais, plantas e micróbios) interagem entre si e com o

ambiente abiótico (incluindo fatores como luz solar, temperatura, umidade, e nutrientes)

Objetivos da Ecologia

• Entender os princípios de operação dos sistemas naturais;

• Prever suas reações às mudanças das interações entre organismos, populações, comunidades e ecossistemas.

• Mostrar a variação histórica da natureza e demonstrar que as ações antrópicas se estendem as mais remotas regiões da Terra.

Interação – Meio Abiótico e Biótico

Quais são as principais partes de nosso planeta que podem interagir como sistemas?

Essencialmente toda a matéria (sólida, líquida e gasosa) e todos os processos que movimentam energia de materiais de uma parte para a outra do planeta compõem o sistema Terra.

Por que estudar ecologia?• Curiosidade – Como funciona o mundo à nossa volta? Como somos moldados

pelos nossos ambientes?

• Responsabilidade – Como suas ações modificam o nosso meio ambiente? Como minimizar os efeitos nocivos de nossas ações? Pesca excessiva, destruição do habitat, perda da biodiversidade, mudanças climáticas.

• A natureza como guia – O mundo em que vivemos existe há muito mais tempo do que nós e vem resolvendo muitos problemas através de soluções criativas. Os sistemas ecológicos são modelos de sustentabilidade.Como podemos alimentar a nossa crescente população? Onde viveremos?

• Sustentabilidade – uma característica relativa à sociedade humana onde os ecossistemas (inclusive os seres humanos) são controlados de tal forma que podem promover a continuidade das condições atuais que apóiam a vida na Terra.

A ecologia nos ajuda a entender os problemas complexos, tais como:• Aquecimento Global• Biodiversidade• Poluição• ...

Como os ecólogos trabalham?

• 1° Observações e Descrições – Observar o que ocorre no campo;

• 2° Desenvolvimento de Hipóteses – Criar idéias sobre como o sistema funciona;

• 3° Teste das hipóteses (experimentos) – Um ou um pequeno número de variáveis são manipulados para revelar seus efeitos específicos

Microcosmos – Isolar uma porção, limitar os fatores, manipular as condições (Ex:laboratório, estufas...)

Modelos matemáticos – Descrever as interações entre os ecossistemas como equações.

Abordagens de Estudo de Ecologia

Organismos interagindo com a energia, foco na ciclagem de nutrientes

Diversidade e abundância dos organismos do mesmo local (ecologia de riachos)

Densidade de indivíduos

Mecanismos de adaptação, fatores limitantes (flores específicas para insetos específicos)

Correntes de vento, da água, dos elementos químicos... (Entender o El niño, Camada de ozônio)

Conexão com outras disciplinas:

Fonte: Elements of Ecology, R. L. Smith e T. M. Smith, 4a Ed.

Sistemas EcológicosOrganismo: Ser limitado, troca energia e matéria com o meio.

População: Muitos organismos vivendo junto (fronteiras geográficas, densidade...)

Comunidade: Muitas populações de diferentes tipos se interagindo (mutualismo, simbiose...)

Ecossistema: Conj. de org. vivendo com seus meios físicos e químicos (floresta, savana, estuário...)

Biosfera: Todos os ambientes e organismos da Terra. Interligados através da energia e dos nutrientes transportados pelas correntes de vento e água e organismos.

Sistemas EcológicosÁtomo

Ecossistema

Comunidade

PopulaçãoOrganismo

Tecidos

Organela

Molécula

Biosfera

Bioma

Grupo de seres vivos que interagem e se cruzam

Atmosfera da Terra onde existe vida, a unificação de todos os ecossistemas. Sistema altamente ordenado, coeso pela energia do sol.

Áreas em grande escala de Vegetação e características climáticas semelhantes.

Seres vivos e seu meio ambiente físico e químico juntos em uma área.

Populações diferentes vivendo juntas e interagindo (concorrentes, predadores e presas ou simbioticamente)

Órgãos

Definição de Habitat• É o lugar, ou estrutura física, no qual vive um

organismo. (floresta, deserto, recife de coral...).• Existem diferentes subdivisões, Ex:

Terrestre X Aquático

Água doce X Água marinha

Oceânico X Estuários

Bentônicos X Pelágicos

Como aprenderemos sobre ecologia?

• Começaremos com definição de sistema e ecossistemas.

• Aprenderemos sobre os diferentes biomas existentes no planeta.

• Estudaremos os fluxos de energia e os fatores limitantes.

• Partiremos para a ciclagem de nutrientes, começando pelos nutrientes

na água, seguindo para o ciclo do carbono e do nitrogênio.

• Em seguida, nos concentraremos nas populações, comunidades e

cadeias tróficas.

• Veremos então as aplicações ecológicas e finalizaremos com um

conhecimento básico de aplicações isotópicas.

O que a ecologia não é...

• Ecologia não é ambientalismo (ECOCHATO)

• O ambientalismo defende certas ações e posições políticas.

• Ecologia é ciência, baseada nos princípios biológicos, físicos e químicos, independente de valor.

INTRODUÇÃO GERAL:

PORQUE OS CONHECIMENTOS SOBRE ECOLOGIA SÃO BÁSICOS NA

FORMAÇÃO DOS PROFISSIONAIS DAS ÁREAS DO CONHECIMENTO QUE

LIDAM COM QUESTÕES AMBIENTAIS?

DIAGNÓTICO GERAL DA SITUAÇÃO DA BIOSFERA HOJE

O ESTADO DO NOSSO PLANETA

Últimos 300 anos: escalas, taxas e tipos de modificações

ambientais têm sofrido alterações drásticas, a medida que a

humanidade passou por uma era de crescimento populacional

rápido, com um desenvolvimento industrial baseado no uso de

combustíveis fósseisCONSEQUENTEMENTE

• Aumento do consumo de combustíveis fósseis e emissões

de gases do efeito estufa

• Aumento da produção de alimentos e conversão de

ecossistemas naturais em agrícolas

• Perda de habitats e biodiversidade

• Contaminação do solo, ar e água

• Mudanças nos ciclos do elementos e fluxo de energia

• Diminuição da disponibilidade de água potável

• Erosão dos solos

• Desmatamento, etc

Soluções•Melhores políticas de manejo de Bacias Hidrográficas

•Melhor manejo da agricultura

•Cuidado com regiões alagadas e outras áreas de suporte ambiental ...

Estudos Ecológicos

Obs: Uma área de suporte ambiental é aquela que a humanidade depende para se alimentar, suprir suas necessidades hídricas, se proteger contra catástrofes

naturais e cuidar da saúde pública.

•Controle populacional por predadores

•Influência da fertilidade do solo no crescimento de plantas

•Dispersão de organismos na superfície da Terra

Crescimento da

população mundial nos

últimos 60 anos

y = 2.10-09e0.0179x

R2 = 0.9975

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Tempo (anos)

Mill

hões

de

habit

ante

s

Esta população está crescendo mais lentamente

Crescimento da população mundial entre 1750 e 2150

População – bilhões de habitantes

Países menos desenvolvidos

Países mais desenvolvidos

20006.1 bilhões

Ano (%)

1998 1,36

1999 1,33

2000 1,28

2001 1,16

2002 1,18

Taxa anual de crescimento

Declinando nas regiões mais desenvolvidas

A população mundial está crescendo em torno de 71 milhões de pessoas

por ano dos quais:

Tornando-se mais

urbana, especialmente

nas regiões menos

desenvolvidas

Londres Cairo N. York C. México Lagos Shangai Bombaim São Paulo Tóquio

População urbana (milhões)

Energia

Alimento e Fibras

Água potável para consumo e higiene

Uso da biodiversidade

Manutenção da saúde humana

Armazenamento e ciclagem de nutrientes

Terras agriculturávei

s

Zonas Costeiras

Florestas Ecossistemas aquáticos

Terras áridas epradarias

Bens e serviços obtidos pelo homem da natureza

Matriz energética:

problemas ambientais globais hoje estão associados com a depedência nos

combustíveis fósseis e os riscos ambientais associados com esta extração, bem

como os danos causados pelas emissões na combustão dos mesmos

Consumo mundial de energia por tipo de combutível

(milhões de toneladas equivalente a óleo.ano-1)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Energia hidroelétrica

Energia nuclear

Carvão

Gás natural

Óleo

Queima de

combustíveis

fósseis: 65% do

total de E

consumida em

2002

Consumo de energia per capta por setor e usuário (em gigajaules)

AgriculturaServ. Comerciais e púbs.IndústrialResidêncialTransporteOutros

Países em desenvolvimento

Países desenvolvidos

Desafio: Sistema de

obtenção de energia

sustentável

Uso de combustíveis fósseis: indústria, transporte,

aquecimento, etc

Emissões mundiais de CO2 pela queima de combustíveis fósseis

Carvão

Madeira

Óleo

Gás natural

Ano

Con

sum

o an

ual

de

ener

gia

Mudanças no clima moderno: são domindas pelas intervenções

humanas, as quais são hoje suficientemente grandes para exceder a

variabilidade natural.

Variações na concentração atmosferica de CO2 e da temperatura do ar determinadas em testemunhos de gelo de Vostok, Antartica (Kump, 2002. Nature, 419).

Fonte destas perturbações:

• emissões associadas com o uso de

energia (Combustíveis fósseis),

• urbanização e

• mudanças no uso do solo.

Principal fonte da mudança climática global:

modificação da composição da atmosfera devido às

atividades antrópicas

Emissões de CO2 por região - 1998

(milhões de toneladas de carbono.ano-1)

Total mundial: 6234

Ásia e Pacífico 2167

Europa 1677

América do Norte 1614

América do Sul e Caribe 365África 223

Ásia ocidental 187

Outras alterações atmosféricas

Aumento no buraco na camada de ozônio Produção mundial dos principais organo-

fluorcarbonados (CFCs, toneladas .ano-1)

O transporte intercontinental e entre

hemisférios de poluentes

atmosféricos compromente

ecossistemas naturais e agrícolas e

tem um forte efeito no clima

Anos 1990: as emissões de óxido nitroso (NO) na Ásia superaram

as da América do Norte e Europa, padrão que deverá persistir

por décadas

• extremos de temperatura e precipitação,

• diminuição da extensão sazonal e perene de neve e gelo,

• elevação de nível do mar

Mudanças esperadas:

Desmatamento e mudanças no uso e cobertura do solo

Necessidade de madeira para suprir

demanda de energia (A queima de madeira

é a única fonte de energia para cerca de

1/3 da população mundial)

Necessidade de terras para a produção de

alimentos

-7.8

-0.7

-1.8

-1.0

-4.1

-2.2

0.8

-8.5

-6.5

-4.5

-2.5

-0.5

1.5

Áf rica Ásia Oceania Europa

Am. Norte e

Central

América do

Sul Total Global

Áre

a de

smat

ada

entr

e 19

90 e

2000 (

%)

Fonte: SOSMata Atlântica

Atividades:

Culturas agrícolas

Exploração madeireira

Pecuária

Urbanização

Mata Atlântica: 15% BR - (100 milhões ha)

1998 : 8%

Estado de São Paulo82% - florestas

5% - florestas

Café

Ferrovias

Diversificação

de culturas

(algodão, laranja e cana-de-açúcar)

Industrialização(carvão)

Fonte: SOSMata Atlântica

ASSOCIADA À EXPANSÃO DE TERRAS

AGRICULTÁVEIS OCORRE A

DEGRADAÇÃO DOS SOLOS EM MUITAS

REGIÕES DEVIDO AO MANEJO

INADEQUADO

A erosão dos solos é o principal

fator de degradação, com efeitos

severos nas funções dos mesmos, tais

como a capacidade de atuar como

neutralizadores e filtros de poluentes,

o papel nos ciclos hidrológico e do

nitrogênio, a habilidade de prover

habitats e sustentar a biodiversidade.

1972 – 1988: uso global de fertilizantes cresceu a uma taxa anual de 3.5 %

(mais de 4 milhões de ton/ano, FAO 2001) e as políticas governamentais

subsidiaram o uso de irrigação, fertilizantes e pesticidas.

Estudos realizados pela FAO demostraram que:

• Em 38 países em desnvolvimento

mostrou que em 26 deles o uso de

fertilizantes era subsidiado

• Pesticidas continuam sendo usados

indiscriminadamente e depositados

aleatoriamente.

• Na África em apenas 49 países, os

estoques de pesticidas não utilizados

e banidos eram mais de 16 500

toneladas

Recursos hídricos

Rápido olhar nos recursos de água doce mundiais

Água no mundo

• Volume Total: 1,36 bilhões km³• Oceanos 97,5%• Água Doce 2,5%Fontes: Shiklomanov/ONU, 2006; IWMI, 2005.

Distribuição hídrica X População

NorteDH: 65,5%

Pop: 7% Nordeste DH: 3,8 %Pop: 29%

Centro-Oeste DH: 16,7%

Pop: 6%Sudeste

DH: 6,7%Pop: 43%

Sul DH: 7,3%Pop: 15%

1 Ponto = 2400000 hab.

População mundial - número de habitantes Quantida de água usada em 2000 (10 L)12

0.01 - 7

8 - 25

29 - 59

69 - 169

479 - 646

Percentual da população com accesso à água Percentual da população com saneamento

sem dados

8 - 31

32 - 48

49 - 71

72 - 88

89 - 100

Uso per capta de água (m3.pessoa-1)

6 - 296

297 - 732

733 - 1429

1430 - 2342

2343 - 5307

13 - 30

37 - 51

54 - 65

68 - 81

82 - 92

93 - 100

87

1 Ponto = 2400000 hab.

População mundial - número de habitantes Quantida de água usada em 2000 (10 L)12

0.01 - 7

8 - 25

29 - 59

69 - 169

479 - 646

Percentual da população com accesso à água Percentual da população com saneamento

sem dados

8 - 31

32 - 48

49 - 71

72 - 88

89 - 100

Uso per capta de água (m3.pessoa-1)

6 - 296

297 - 732

733 - 1429

1430 - 2342

2343 - 5307

13 - 30

37 - 51

54 - 65

68 - 81

82 - 92

93 - 100

Fonte – FAO e UN

Brasil

Uso doméstico: 43%

Uso Industrial: 17%

Uso Agrícola: 40%

7

9

9

11

18

8

8

4

42

55

22

23

85

90

49

34

60

69

Ásia

Áf rica

Américas Central e do

Norte

Europa

América do Sul

Mundo

Doméstico I ndustrial Agricultura

1ponto = 4%

Doméstico

1 ponto = 4%

Agrícola

1 ponto = 4%

Industrial

O estado de São Paulo

SEsgoto tratado(%)

0 - 17

18 - 33

34 - 50

51 - 67

68 - 83

84 - 100

Uso sustentado e conservação da biodiversidade

Biodiverisdade proporciona os bens e serviços

Reino Número de espécies descritas

Bacteria 4 000

Protistas 80 000

Animais vertebrados

52 000

Animais invertebrados

1 272 000

Fungos 72 000

Plantas 270 000

Total 1 750 000

Total possível de espécies não conhecidas

14 000 000

Fonte: UNEP-WCMC 2000

Espécies de vertebrados ameaçadas de

extinsão por região

Indicador global de biodiversidade:

para algumas espécies conhecidas e descritas na literatura.

Tamanho da população de indivíduos selvagens em relação àquela existente

em 1970

Gerenciamento adequado dos recursos

naturais, de modo a atender uma

população em constante crescimento e

evolução tecnológica requer uma base

científica sólida sobre os princípios

básicos de estrutura e funcionamento dos

sistemas ambientais.

Principal desafio: manejo sustentável de

um planeta em constante mudança