Metodologias para mensurar a
Produção Primária em ambientes
aquáticos e terrestres
Acadêmico: Nelson Mello
Prof.Dr.Ricardo Motta Pinto-Coelho
Disciplina: Ecologia Energética
Belo Horizonte, 2007
Introdução:
A fotossíntese é um processo central no funcionamento de todas as plantas
verdes, fornecendo o esqueleto carbônico e a energia necessária para
construir biomassa e sintetizar uma variedade de produtos utilizados pelas
plantas no seu metabolismo. A capacidade fotossintética das plantas está
diretamente relacionada a sua habilidade em utilizar a água, luz e nutrientes.
(Moss, 1993).
Em particular, a fixação fotossintética do dióxido de carbono e acompanhada
pela liberação de oxigênio, que teve uma conseqüência bioquímica e
geoquímica bastante ampla durante a evolução da Terra e suas formas de vida
(Westlake, 1963)).
•Produção primária é o termo usado para definir o
processo no qual organismos autotróficos produzem
matéria orgânica nova (Calijuri & Santos, 2004)
•Produtividade primária é a taxa em que a biomassa é
produzida em determinada área por unidade de tempo
(Begon,2007).
Método da clorofila-a e sensoriamento remoto
• Esta metodologia pode ser usada para mensurar a produção
primária tanto em ambientes terrestres quanto em ambientes
aquáticos.
•
Associando técnicas para medir concentrações de
gases
envolvidos na fotossíntese e de clorofila-a, com a tecnologia de
sensoriamento remoto por imagem de satélite, é possível extrapolar
resultados locais de produção primária para uma escala global
(Begon, 2007)
• Os sensores de satélites podem medir as concentrações de
clorofila-a em ambientes aquáticos, e
na cobertura vegetal
continental, calculando a absorção de luz, e estimando a
produtividade primária.
Como isso é possível?
Em uma escala mais ampla, como uma comunidade,o teor de
pigmentos é mais uniforme do que em uma escala menor como um
indivíduo. Isto se deve relação entre concentração de clorofila-a por
unidade de área (Pinto-Coelho,2000)
Sendo assim:
Para estimar a produção ( P ) é necessário conhecer a concentração
de clorofila-a por área ( C )( informação gerada pelo satélite), e a
taxa de assimilação específica (R), então:
P = C . R.
Mas como os satélites determinam as concentrações de
clorofila-a??
• O sensoriamento remoto, utiliza-se de satélites que
analisam o comprimento de onda da luz refletida pelo
objeto em estudo, no caso uma folha ou alga. O
comprimento de onda desta luz refletida é assinatura
espectral do objeto. O espectro de luz é composto por
vária bandas, que são mais refletidas ou absorvidas
dependendo da composição do objeto. Para uma folha
ou alga, a banda verde será mais refletida (menos
absorvida), enquanto a banda azul, será mais absorvida.
(Steffen, 2001)
Fonte: Inpe, 2001
•
Kampel e colaboradores (2003) geraram mapas globais
da concentração de clorofila no oceano, que foram
obtidos por sensores orbitais da cor do oceano. Tais
sensores multiespectrais , são capazes de mapear a
concentração de clorofila, como um indexador da
biomassa
fitoplanctônica.
Para
determinar
a
concentração de clorofila, os sensores detectam as
variações espectrais da radiância emergente da água.
• Quanto maior a concentração de clorofila , mais a luz
azul é absorvida e menor é a refração da luz
(NOVO,2005)
Imagens geradas pelo satélite
Landsat, o qual o Inpe utiliza
Fonte:www.nasa.gov
Campos arados em azul
Métodos para mensurar a produtividade
primária em comunidades terrestres:
• 1-) Método da colheita ( Pesson, 1978)
• Este método utilizado em vegetação de médio porte
(herbácea e arbustiva), consiste através cortes das
partes aérias das plantas em canteiros de mesma área,
em intervalos de tempo consideráveis (t1 e t2), medir a
variação da biomassa, diminuindo o valor da biomassa
de cada corte, pelo corte anterior, determinando assim a
variação entre os dois instantes.
• Segundo Pinto-Coelho (2000), através deste método
é possível estimar os seguintes parâmetros:
• 1.1-) Variação da biomassa de vegetal vivo (δB)
• δB = B1 – B0
• B0 = Biomassa vegetal viva no início da colheita
• B1 = Biomassa vegetal viva no término da colheita
• 1.2-) Variação da biomassa material morto
(necromassa) (δA).
• δA = A1 – A0
• A1 = Necromassa no início da colheita
• A2 = Necromassa no término da colheita
• 1.3-) Tx de desaparecimanto de material morto (r), através do
peso da necromassa em dois instantes.
•
in p0 / p1
• r = ________
•
t1 – t0
• r = Tx de desaparecimanto de material morto em g. g/dia
• p0 e p1 = peso da necromassa nos dois instantes t0 e t1
• 1.4-) Quantidade de necromassa consumida pela
decomposição (X)
•
A1 – A0
• X = _____________ . rt
•
2
• A1 – A0 = Variação da biomassa material morto (necromassa).
• r= Tx de desaparecimanto de material morto
• t = Intervalo de tempo.
• 1.5-) Quantidade de material morto
adicionado (L)
• L= X + δA
• 1.6-) Produção Primária Líquida ( PPL)
• PPL=Σn (i=1) (δA +δB +L)
• N= número da intervalos de tempo.
• 2-) Método da absorção de CO2
• Este método é utilizado tanto em comunidades
inteiras in situ, como em indivíduos isolados no
laboratório. Consiste em mensurar as taxas de
absorção de CO2 através de medições da
concentração deste gás em um gradiente
vertical ( ar livre , dossel e solo), estimando-se
assim o fluxo de CO2 entre estes estratos
através da lei de Fick (Pinto-Coelho, 2002).
• Para medir as concentrações de CO2, é utilizado um
analisador de gás no infravermelho (IRGA) que fica
situado ao longo de torres . Através de emissões de
UV,este aparelho que apresenta um conjunto da
câmaras gasosas contendo CO2 e um gás referência
(ex. nitrogênio). Os gases das câmaras absorvem
da maneira diferente a luz UV, e desta forma
determina as concentrações de CO2 (Pinto-Coelho,
2002).
• Para mensurar a absorção de CO2 , em um indivíduo
ex situ, é colocado em uma câmara clara, um tecido
fotossintético. Nesta câmara são retiradas amostras
de ar, as quais são injetadas em um aparelho
analisador de carbono (Pinto-Coelho, 2002).
Fonte: www.qubitsystems.com
• A taxa de assimilação fotossintética (F)
pode ser mensurada através das
diferença entre as concentrações de CO2,
em um intervalo de tempo da seguinte
forma:
• FCO2 = δ Ca . V / t. A onde:
• Ca = Redução na concentração de CO2
em um intervalo de tempo. (mg C/ m3.s)
• V = Volume da câmara (m3)
• t = tempo (s)
• A = Área foliar (m2)
• Métodos para mensurar produção primária em ambientes
aquáticos.
•
1-) Método dos fracos claros e escuros monitorando as variações na
concentração de oxigênio dissolvido (Gaarder & Gran, 1927)
•
São realizadas incubações em um tempo determinado, em frascos translúcidos e
opacos e ao final da incubação são determinadas variações na concentração de
oxigênio dissolvido(OD) em ambos os frascos.
Fonte:Limnotemasv4,2004
• A titulação do OD é feita através do método de Winkler
largamente utilizado
• Tal metodologia, utilizada em fitoplâncton e macrófitas
submersas, permite mensurar a Produção Primária Bruta
(Pb), Produção Primária Líquida (Pl), apesar de
subestimada, pois esta metodologia não leva em
consideração a respiração dos heterótrofos e a
fotorrespiração.
• Este método é ideal para ambientes altamente produtivos
(lagos eutróficos e hipereutróficos) Pinto-Coelho (2000).
• Pb = c+ e
• Pl = c - i
• R = i – e onde:
• i = OD inicial
• c = OD em frascos claros
• e = OD em frascos escuros
• 2-) Método da incorporação de 14C (Stemann-Nielsen,
1952)
• Consiste na utilização de frascos translúcidos e opacos, nos quais é
inoculado carbonato radioativo inorgânico (H14CO3), que são
incubados nas profundidades do Secchi (100%, 10% e 1%) de luz
um período determinado de tempo.
•
Após o período de incubação (4 horas), os fracos são retirados e o conteúdo filtrado
em filtros de membrana de 0,2-0,4μ, que após um tratamento , são levados a um
cintilador para medir a radiação.
•
A incorporação do carbono ( i ) é estimada da seguinte forma:
•
I = F.RI.C.VU.1000/RA.VF.T
• Bibliografia sugerida:
• BEGON,M., J.L HARPER & C.R.TOWNSEND (2007) Ecologia : de
Indivíduos a Ecossistemas. 4.ed. . Artmed Editora. Porto Alegre.
• BARBOSA, F.A.R. (1981) Variações diurnas (24h) de parâmetros
limnológicos básicos e de produtividade primária do fitoplâncton na
Lagoa Carioca, Parque Florestal do Rio Doce, MG, Brasil. Tese de
doutorado,Prg.Pós-Grad. Em Ecologia e Recursos Naturais,Dept.
Ciências Biológicas, UFSCar, São Carlos, São Paulo.
• KAMPEL,M. Estimativa da produção primária e biomassa
fitoplanctônica através de sensoriamento remoto da cor do oceano
e dados "in situ", na costa sudeste brasileira. Tese de doutorado,
Instituto de Oceanografia, Universidade de São Paulo,SP.
• PINTO-COELHO, R.M. Fundamentos em ecologia. Porto Alegre:
Artemed, 2000. 252 p.
• STEFFEN, C. A. et al. Sensoriamento Remoto: princípios físicos;
sensores e produtos e sistema Landsat. São José dos Campos:
INPE, 1981. 72p. (Publicação 2226-MD/013).
• NOVO, E.M.LM. Sensoriamento Remoto, princípios e aplicações,
Editora Edgard Blucher LTDA. APDER. 2a edição. Saõ José dos
Campos.1995.
• Sites:
• www.inpe.br
• www.qubitsystems.com
• Obrigado e boa SEXTA-FEIRA a
Todos!!!