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