Curso de Atualização em Educação Ambiental e
Sustentabilidade
Ecologia e Conservação Ambiental
Paulo Prates Júnior
Biólogo, mestrando em Agroecologia – UFV
Curso de Atualização em Educação Ambiental e
Sustentabilidade
Modulo IV - Ecologia e Conservação Ambiental
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Níveis de organização em ecologia,
crescimento e regulação populacional,
desenvolvimento de comunidades,
interações entre espécies,
cadeias e teias alimentares,
fluxo de energia e matéria nos ecossistemas,
biodiversidade e sua regulação,
extinção de espécies,
ameaças a biodiversidade,
estratégias de conservação e unidades de conservação.
Ecologia: definição e escopo
• Que perguntas faz a Ecologia?
• O termo foi cunhado por Haeckel em 1866.
• Dentre todas as disciplinas biológicas a Ecologia é a mais
heterogênea e também a mais completa.
 Onde, como e por que?
• A vida no planeta pode ser vista como uma hierarquia
biológica que começa com as partículas celulares...
Begon et al., 2006; Mayr, 1997
Ecologia: definição e escopo
Scheiner e Willig, 2008
Ecologia: definição e escopo
• As três principais
categorias em Ecologia:
 Organismos
 Populações
 Comunidades
Begon et al., 2006
Ecologia: definição e escopo
 Organismos – como são afetados (e como eles
afetam) pelo ambiente.
 Populações – ausência ou presença de espécies
particulares, sua abundância ou raridade e como
tendem a flutuar em número.
Comunidades – composição e organização das
comunidades ecológicas.
Energia e matéria se movimenta entre organismos
vivos e o seu ambiente...Ecossistema!
Ecologia: definição e escopo
• Áreas clássicas ligadas a ecologia: colheita e produção de
alimentos, ecofisiologia vegetal, conservação do solo,
silvicultura, atividades pesqueiras, controle de pragas e
doenças...
• Expansão do interesse público: conservação de espécies e
biodiversidade, controle de doenças em humanos e
consequências de poluição e alterações globais.
Townsend et al., 2010
Níveis de Organização
• Organicismo = o todo é mais do que a soma de suas partes”.
• Emergência =
em um sistema estruturado, novas propriedades
emergem em níveis mais altos de integração que não poderiam ser
previstas a partir do conhecimento dos componentes em níveis inferiores.
Mayr, 1997
Níveis de Organização
Organismo
População
Comunidade
Ecossistema
A Hierarquia é livre e depende dos
filtros,
da
escala
e
da
pergunta/perspectiva do observador.
Níveis de Organização
Escala
Níveis de Organização
Escala
Níveis de Organização
Escala
Níveis de Organização
Escala
Níveis de Organização
Escala
Teoria das Hierarquias
Teoria de Sistemas Complexos
Sistemas de 3 níveis de organização
Contexto
Nível Focal
Dinâmicas e Processos
Os níveis são relacionados : o que é possível vindo de baixo, e o
que é permitido vindo de cima.
A Estrutura de Ecossistemas Naturais
Níveis de Organização
Paisagem
Atua como regulador de
ecossistemas
Ecossistema
Teia complexa de interações
entre os componentes.
Comunidade
Identificar e controlar a competição,
predação e herbivoria.
População
Determinar fatores que controlam seu
tamanho, crescimento.
Organismo
Como o indivíduo se comporta em resposta a fatores
ambientais e como o grau de tolerância a estresse
restringe sua distribuição
Níveis de Organização
Na prática...
Para pensar
• Como avaliar o impacto da
contaminação de rios e córregos por
agrotóxicos?
• Mensurar os níveis de substâncias
químicas presentes no ambiente.
• Avaliar os efeitos da contaminação
em diferentes níveis biológicos.
Arias et al., 2007
Níveis de Organização
Arias et al., 2007
Níveis de Organização
Parâmetros medidos em diferentes níveis de organização biológica.
Crescimento e regulação
populacional
• O sucesso reprodutivo: cada indivíduo, em média, produz
uma prole que vive para se reproduzir.
• A maneira como os organismos crescem e produzem
descendentes varia de todos os modos imagináveis.
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
• Ciclos de vida e reprodução:
Begon et al., 2006
Crescimento e regulação
populacional
• Estratégias reprodutivas e densidade populacional:
1. Espécies com tamanho de população extremamente variável –
sujeitas a catástrofes e fraca competição intraespecífica, alta
fertilidade = “r”.
2. Espécies com tamanho de população quase constante, perto da
capacidade de suporte do ambiente, intensa competição
intraespecífica, tempo de vida longo, reprodução retardada e prole
única = “k”.
Mayr, 1997
Crescimento e regulação
populacional
• Estratégias reprodutivas e densidade populacional:
crescimento e sobrevivência
Estrategista r
Estrategista K
Elevada velocidade de reprodução
Baixa velocidade de reprodução
Elevado nível nutricional
Baixo nível nutricional
Elevadas populações
Baixas populações
Amplas flutuações populacionais
Populações mais constantes
Ex:
blooms de cianobactérias quando
aumentam os fosfatos.
Pseudomonas quando aumenta fonte de
carbono.
Ex:
Bactérias que produzem prosteca em
lagos oligotróficos.
Crescimento e regulação
populacional
• Ex.: Lago oligotrófico e lago eutrófico.
Crescimento e regulação
populacional
• Ex.: Lago oligotrófico e lago eutrófico.
Produção
de
substâncias
tóxicas.
Crescimento e regulação
populacional
As populações são
dinâmicas.
Estudos demográficos consideram as taxas de nascimento e
mortalidade e aumento e decréscimo da população, além da
capacidade suporte do ambiente.
O conjunto de tolerâncias e a habilidade de interagir com
outras espécies pode ajudar a definir sua abundância e
dominância.
Organismos nascem e morrem, as populações aumentam
e encolhem e seu arranjo espacial se desloca.
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
• A velocidade de crescimento de uma população depende
de sua estrutura etária.
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
• A maioria das populações tem um grande potencial de
crescimento biológico, mas, a taxa intrínseca de
crescimento é contrabalanceada por fatores extrínsecos.
• Exemplo: introdução de coelhos na Austrália.
• Mais coelhos = menos alimentos = menos filhotes.
Agravamento social, eclosão de doenças, atenção de
predadores...
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
• O tamanho da população é regulado por fatores
dependentes de densidade.
•Fatores independentes de densidade podem influenciar a
taxa de crescimento, mas não regula tamanho:
temperatura, precipitação, eventos catastróficos...
• Exemplo: moscas confinadas com um suprimento fixo de
alimento.
Competição
de larvas por
alimento = alta
mortalidade.
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
• O problema da população humana e a remoção de fatores
limitantes.
Ricklefs, 2001
Crescimento e regulação
populacional
Begon et al., 2006
Crescimento e regulação
populacional
Insustentável não é o
tamanho,
mas
a
distribuição desigual de
recursos
dentro da
população mundial.
Begon et al., 2006
Crescimento e regulação
populacional
Crescimento e regulação
populacional
Para pensar
Crescimento e regulação
populacional
Ecossistemas naturais e Agroecossistemas comparados
Mecanismos Reguladores de População
Devido a simplificação e redução das interações tróficas de
agroecossistemas, as populações cultivadas raramente são
auto-reprodutoras ou auto-reguladoras.
Para determinar o tamanho das populações é necessário
grandes subsídios de energia externa na forma de
insumos.
Devido a simplificação na estrutura física e funcional é alto
o risco de pragas e doenças catastróficas.
Begon et al., 2006
Desenvolvimento de comunidades
• A flutuação é a regra para as populações naturais.
• As interações são o que faz as comunidades mais que a
soma de suas partes.
• Ecólogos usam o conhecimento das interações entre
organismos na tentativa de explicar o comportamento e
estrutura da comunidade.
• A comunidade é uma assembléia de populações que
ocorrem juntas no espaço e no tempo.
Ricklefs, 2001; Begon et al., 2006
Desenvolvimento de comunidades
• Ênfase inicial em comunidades de plantas.
• Uma floresta tropical na Austrália ou na Amazônia tem um
aspecto característico. Embora, não se relacionem umas
com as outras, mas com plantas de outro tipo de vegetação
do mesmo continente.
Estrutura Vegetativa
Determinada pela forma
da espécie dominante, e
também pela forma e
abundância das outras.
Componente vertical e
horizontal.
Mayr, 1997
Desenvolvimento de comunidades
Propriedades Estruturais de Comunidades
Adaptações das espécies que a compõem
aos gradientes de fatores abióticos que
ocorrem no ambiente.
Resultado de:
Interações entre as populações dessas
espécies.
Considerando a importância da estrutura da comunidade na
determinação da dinâmica e estabilidade do ecossistema, é
valioso examinar algumas de suas propriedades.
Desenvolvimento de comunidades
Propriedades Estruturais de Comunidades
Diversidade das
Espécies
Número de espécies
existentes em uma
comunidade.
Desenvolvimento de comunidades
Propriedades Estruturais de Comunidades
Dominância e Abundância Relativa
Espécie dominante é aquela que produz o maior impacto
nos componentes bióticos e abióticos da comunidade.
Desenvolvimento de comunidades
Propriedades Estruturais de Comunidades
Estabilidade
Confere ao ecossistema a habilidade de reagir à perturbações
sem perder sua estrutura e função.
Está relacionada aos conceitos de equilíbrio dinâmico,
resistência e resiliência.
Desenvolvimento de comunidades
Propriedades Estruturais de Comunidades
Estrutura Trófica
Cada espécie tem necessidades nutritivas e a satisfazem
através de outras espécies.
Produtores, consumidores herbívoros, predadores,
parasitas e parasitóides, decompositores e detritívoros.
As relações tróficas podem ser
muito complexas e têm grande
importância nos processos de um
agroecossistema, como o manejo de
pragas e doenças e a ciclagem de
nutrientes.
Desenvolvimento de comunidades
Sucessão e clímax
• Os
detalhes
gerais
são
reconhecidos, mas os detalhes são
geralmente imprevisíveis.
A sucessão é o
processo de
recuperação de um
ecossistema.
• A sucessão é influenciada por
diversos fatores: solo, exposição
ao sol e vento, chuvas...
• O clímax = estagio final da
sucessão
–
imprevisível
–
composição não uniforme.
Mayr, 1997
Desenvolvimento de comunidades
Sucessão e clímax
• Estudo
de
caso:
Campos
Abandonados em Minnesota:
• Parcelas que recebem taxas
diferentes de N tornam-se menos
similares em composição de
espécies ao longo do tempo?
• Parcelas
recebendo
taxas
similares de N tornam-se mais
similares em composição ao longo
do tempo?
O tempo em si não é a
única causa de
mudança. Níveis de
nutrientes levam à
convergência de
comunidades.
Mayr, 1997
Interações entre espécies
• Nenhuma espécie vive em isolamento...
• Competição interespecífica: indivíduos de uma espécie
sofrem redução na fecundidade, sobrevivência ou
crescimento... Afeta a dinâmica populacional.
• Ex.: Competição por silicato entre diatomáceas.
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
• Competição interespecífica:
 Espécies em competição coexistem numa dada
escala espacial, mas apresentam distribuição diferentes.
 As espécies são com frequência excluídas por
competição interespecífica dos locais onde poderiam
existir.
 O papel da heterogeneidade ambiental – as variações
espaciais e temporais são a regra, não a exceção.
 Os ambientes são geralmente uma fragmentação de
hábitats favoráveis e desfavoráveis.
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
• Competição interespecífica:
 Espiral de ervas:
Para pensar
Interações entre espécies
• Competição interespecífica:
 Planejamento setorial:
Para pensar
Interações entre espécies
• Competição interespecífica:
 Planejamento setorial:
Para pensar
Interações entre espécies
• Predação – processo envolve o consumo parcial ou total
de presas:
 predadores verdadeiros
 pastejadores
 parasitos
 parasitóide
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
• A semelhança fundamental = os predadores reduzem a
fecundidade e/ou a sobrevivência de indivíduos-presa.
• Estudo de caso em laboratório com a praga ‘traça da
farinha” (Plodia interpunctella) com e sem um parasitóide
(Venturia canescens).
Begon et al.,
2006
Interações entre espécies
• Mutualismo – espécie diferente interagem para o seu
benefício mútuo.
• Mutualistas compõem a maior parte da biomassa mundial:
raízes de plantas e fungos, corais e algas unicelulares,
flores e insetos polinizadores, animais e tratos digestórios,
proteção de plantas por formigas, dispersão de sementes.
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
Micorrizas
mykes = fungos + rhiza = raiz.
• Existem diferentes tipos de associação (ex.: ecto e
endomicorrizas), distribuídas dos trópicos as regiões
árticas, em todos os grupos vegetais (briófitas, pteridófitas,
gimnosperma e angiospermas).
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
Micorrizas
• Os fungos extraem água e nutrientes, são eficientes na
extração de suprimentos esparsos, ex.: P, mas, também N.
• As plantas fornecem M.O. que chega a 30% da produção
fotossintética líquida.
• Outros benefícios: proteção contra
herbívoros, resistência metais tóxicos.
patógenos
e
Interações entre espécies
Fixação de N em plantas mutualísticas
• A incapacidade da maioria das plantas e dos animais em
fixar nitrogênio.
• A capacidade é amplamente distribuída entre as bactérias.
• Enlace entre rizóbios e leguminosas: troca de uma
mercadoria rara e valiosa (nitrato fixado) por energia.
• Comunidade de plantas e competição pelo N.
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
Fixação de N em plantas mutualísticas
• Experimento clássico: soja + gramínea – tratamento com
nitrogênio mineral ou inoculadas com Rhizobium:
 cultivo de soja – rendimento aumentou com N mineral
ou Rhizobium ou ambos;
 a gramínea respondeu apenas ao fertilizante;
 a soja é favorecida competitivamente na presença de
Rhizobium;
 a gramínea é favorecida pelo fertilizante.
• Leguminosa: favorecida em ambientes com N deficiente,
mas, sua atividade aumenta o nível de N. Melhoram o
ambiente de seus competidores.
Begon et al., 2006
Interações entre espécies
Fixação de N em plantas mutualísticas
• De acordo com as questões apresentadas quais as
indicações que podem ser dadas para o cultivo sustentável
de leguminosas?
Para pensar
Recuperação e manejo do solo: plantio consorciado e rotação de cultura.
Begon et al., 2006
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• As populações e comunidades
transformadores de energia.
como
sistemas
• A sequência de relações tróficas pelas quais a energia
passa através do ecossistema = cadeia trófica.
• Energia é perdida em cada nível pela ineficiência e
realização de trabalho = pirâmide de energia.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
A Estrutura de Ecossistemas Naturais
Fatores Bióticos
Fatores Abióticos
Organismos vivos
Componentes físicos e
químicos
(solo, luz, umidade e
temperatura)
Interagem entre si e
com o ambiente
Reagem e se
modificam com a ação
dos fatores bióticos
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Fluxo de Energia
As plantas, produtores primários do ecossistema,
são responsáveis por trazer a energia do sol para
dentro do ecossistema.
Produção de Biomassa.
A habilidade do ecossistema em converter energia
solar em biomassa varia de acordo com as
espécies que o compõe e com as características
físico-químicas do ambiente.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Fluxo de Energia
• A produção primária é a assimilação de energia e
produção de matéria orgânica pela fotossíntese.
• Apenas 5 a 20% da energia passa de um nível trófico para
outro.
Ricklefs, 2001
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Ciclagem de nutrientes
Os nutrientes são a matéria que flui através do
ecossistema.
É usada para construir células e tecidos e as moléculas
orgânicas complexas que são necessárias para o
funcionamento das células e do organismo.
Os nutrientes fazem parte da biomassa e também são
transferidos entre os níveis tróficos.
A energia flui em uma
única direção.
A matéria fui em
ciclos.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Ciclagem de nutrientes
Ciclos Biogeoquímicos porque a matéria passa por
componentes bióticos e abióticos.
Os ciclos são complexos e interconectados, e muitas vezes
ocorrem em um nível global, transcendendo os ecossistemas.
Entre os ciclos que ocorrem ao nível do ecossistema estão:
Carbono, Nitrogênio, Oxigênio, Fósforo, Enxofre e Água.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Ciclagem de nutrientes
Para o carbono, oxigênio e nitrogênio o reservatório
abiótico principal é a atmosfera. Por isso pode ser
compreendido como um ciclo global.
Para o fósforo, enxofre, potássio, cálcio e a maior parte dos
micronutrientes o reservatório abiótico principal é o solo. Por
isso os ciclos ocorrem em escala local ou regional.
Nutrientes podem
existir em formas
que estão
prontamente
disponíveis para os
organismos.
Nutrientes podem existir em
formas não disponíveis
para os organismos, e
devem ser transformadas
em elementos
biodisponíveis.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo hidrológico
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo hidrológico
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Poluição da água
• Nunca é muito lembrar que há + de 1,5 bilhão de
pessoas s/ acesso a água em boas condições.
• Cerca de 2,5 bilhão s/ saneamento básico
• Água doce quantidade relativamente pequena e mal
distribuída.
• A ausência de água potável causa + mortes na
infância do que qualquer outra doença.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Poluição da água
Doenças de veiculação hídrica:
amebíase (Entamoeba hystolitica);
giardíase (Giardia lamblia);
gastroenterite;
febres tifóide (salmonelas tifóide);
febres Paratifóides (salmonelas paratifóides)
 hepatite infecciosa (vírus Tipo A);
cólera (vibrião da Cólera);
diarréia (Enterovírus, E.Coli);
desinteria bacila (bacilo disentérico).
• Transmissão de algumas verminoses:
–esquistossomose,
ancilostomíase.
ascaridíase,
taeníase,
oxiuríase
e
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Poluição da água
Água necessária para produzir 1 kg de alimentos - (litros)
• Carne = 15.000
• Frango = 6.000
• Cereais = 1.500
• frutas cítricas/raízes e tubérculos = 1.000
Água no mundo
Terras
Emersas:
29,2% da
Superfície
Águas:
70,8% da
Superfície
97% - Oceanos
03% - Potável. Destes :
•70% - Icebergs e Geleiras
•29% - Subterrânea
•01% - Disponível Diretamente ao Homem.
Água no mundo
Consumo médio de água no mundo por faixa de renda
Disponibilidade de Água por Habitante/Região
(1000m3)
Fonte: N.B. Ayibotele.
1992.
The world water:
assessing the resource.
Percentual de uso
em cada setor.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo do fósforo
O fósforo está aprisionado nas rochas e no fundo dos oceanos.
Uma vez no solo pode
ser absorvido pelas
plantas como fosfato.
Retorna ao solo através
da excreção e
decomposição.
A lixiviação pode levar o
fosfato para o fundo dos
oceanos, quando então
o ciclo passa para uma
escala geológica.
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo do fósforo
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo do nitrogênio
Nitrogênio
atmosférico (N2)
em amônia
(NH3)
biodisponível,
em nitrato
(NO3).
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo do carbono
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
• O ciclo do carbono
Townsend et al, 2010
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Para Pensar
Como retornar nutrientes para dentro das unidades
produtivas?
O fluxo de energia deve ser menos dependentes de recursos não
renováveis.
Deve-se buscar o equilíbrio entre a energia e matéria exportada
na colheita e aquela ciclada dentro do sistema.
O planejamento deve favorecer qualidades naturais como
resiliência, estabilidade, produtividade e equilíbrio.
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Geração de energia e seus efeitos
• Combustíveis
desmatamento.
fósseis:
poluição
atmosférica
Concentração
de
CO2 medido
no
Havai. As depressões
indicam o verão no
hemisfério
norte:
taxa fotossintética
máxima.
Ricklefs, 2001
e
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Geração de energia e seus efeitos
• Combustíveis
desmatamento.
fósseis:
poluição
atmosférica
e
• Mudanças climáticas globais – alterações latitudinais e
altitudinais na distribuição de espécies e extinção. Ex.:
formiga argentina (Linepithema humile), só não se
estabeleceu na Antártica.
Ricklefs, 2001
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Geração de energia e seus efeitos
• Energia nuclear:
• A liberação
controlada?
de
radiação
pode
ser completamente
• Geração de resíduos radioativos e longa escala de tempo.
Ex.: Plutônio com meia vida de 25.000 anos.
• Fontes radioativas: uso médico (raios-X), radiação de
fundo (originada pelos raios cósmicos), produzida na costra
terrestre pelo decaimento de materiais como rádio e tório.
Ricklefs, 2001
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Geração de energia e seus efeitos
• Energia nuclear:
Mina de urânio em Caetité - Ba
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Geração de energia e seus efeitos
• Energia eólica: promissora quanto a liberação de CO2.
• E as comunidades locais?
• Paralelo com as usinas hidrelétricas – alterações no
padrão de descarga dos rios e perda atividades
recreacionais à jusante.
• Grande ameaça as aves migratórias.
Ricklefs, 2001
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
Fluxo de energia e matéria nos ecossistemas
A meio da foto , observamos
um maior número de
cidades, mas pela
quantidade de luzes é dificil
saber qual é!
Na
Califórnia,
ainda está
claro.
Chicago
Este “amontoado” de
luzes, por ordem, de cima
para baixo, são Boston,
New York, Filadélfia e
Washington.
Dallas
Puerto Rico
Houston
La Habana
Miami
Curso de Atualização em Educação Ambiental e
Sustentabilidade
... Os homens perdem a saúde para juntar dinheiro,
depois perdem o dinheiro para recuperar a saúde.
E por pensarem ansiosamente no futuro esquecem
do presente de forma que acabam por não viver
nem no presente nem no futuro. E vivem como se
nunca fossem morrer... e morrem como se nunca
tivessem vivido.
Dalai Lama
Curso de Atualização em Educação Ambiental e
Sustentabilidade
Muito obrigado!!!
Contato:
[email protected]
www.raizessemiarido.wordpress.com