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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

Curso de Engenharia Ambiental

Disciplina: Ecologia Básica BB048

Professor: DATA:

Estudo dirigido - Produtividade Primária:

A produtividade primária refere-se à fixação de carbono inorgânico, e à produtividade primária

líquida (PPL), ou bruta (PPB) de matéria orgânica a partir do processo da fotossíntese. Os organismos

produtores são capazes de fixar o carbono inorgânico (CO2 e bicarbonatos dissolvidos na água) em

hidrocarbonetos. Isto pode acontecer por duas vias metabólicas: a fotossíntese e a quimiossíntese. A

fotossíntese é uma sequência de reações químicas característica das plantas clorofiladas cuja função é

transformar energia luminosa em energia química. A quimiossíntese refere-se à redução do carbono

graças a oxidação de substâncias tais como NH3, NO2,S-2

, Fe+2

, realizadas por organismos que não

precisam da luz para reduzir o carbono como algumas bactérias de vida livre. Vários fatores afetam as

taxas de produtividade primária nos ecossistemas. Os fatores biológicos estão relacionados às próprias

taxas metabólicas de cada espécie, bem como à possível influência de outros organismos sobre o

desenvolvimento dos organismos produtores. Quanto aos fatores físico-químicos, os principais são: a

luminosidade, a temperatura, a salinidade e a disponibilidade de nutrientes.

Ecólogos estimam que as atividades humanas desperdiçam e destroem cerca de 27% do total de

PPL potencial da Terra, cerca de 10% a 55% de PPL dos ecossistemas terrestres. Este é um dos

principais argumentos dos ecólogos para se evitar a degradação progressiva dos biomas e recursos de

naturais no planeta. Deste modo, a avaliação da produção primária nos ecossistemas é uma importante

ferramenta para a caracterização do ambiente e para o uso sustentável dos recursos vivos, como, por

exemplo, capacidade de recarga e sustentação de um determinado ecossistema.

Método da garrafa (consultem Ricklefs 2010, para maiores detalhes)

Para avaliar a produtividade primária em ecossistemas aquáticos, um dos métodos mais

utilizados é a técnica da garrafa claro-escura. Com este método as alterações das concentrações de

oxigênio dissolvido são utilizadas para medir a fotossíntese e a respiração. Uma amostra de água é

colocada em uma garrafa de vidro transparente e outra é colocada numa garrafa de vidro protegida da

luz (no escuro). Em ambas o oxigênio dissolvido é medido inicialmente, durante a coleta, com o auxílio

do oxímetro. As garrafas são tampadas e incubadas por um período de 30 minutos a 24 horas. Após o

término do período de incubação, o oxigênio dissolvido de todas as garrafas é medido e os resultados

avaliados através das fórmulas:

PPB = c + R– i

PPL = c – i

R = i – e

Onde:

R = respiração

PPB= Produção Primária bruta

PPL = Produção Primária líquida

c = oxigênio dissolvido nos frascos claros

e = oxigênio dissolvido nos frascos escuros

i = oxigênio dissolvido inicial

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1. Exercício com dados secundários:

Seguindo o mesmo critério e metodologia, foram coletadas amostras de água de um reservatório

e obtidos os valores iniciais de oxigênio dissolvido (OD). Após 10 horas de incubação, foram obtidos

os valores de OD nas garrafas clara e escura, conforme o conjunto de dados apresentado abaixo. A

partir destes valores, calcule PPB, PPL, R e discuta os aspectos biológicos que poderiam estar

relacionados ao padrão de produtividade neste ecossistema. Para tanto construindo um gráfico da

variação da PPB, da R e da PPL ao longo do ano para os valores calculados (eixo x - mês, eixo y –

valores calculados). Ao final discuta qual o possível processo ecológico pode ter afetado o reservatório

no fim do ano e faça inferências sobre a comunidade local de plantas (fitoplâncton) e animais antes e

depois do evento ecológico.

Quadro 1. Síntese dos dados obtidos ao longo de um ano em um reservatório:

Mês Produção OD (mg/L) PPB R PPL

Jan

C 5,758

E 5,660

I 5,66

Fev

C 6,629

E 6,529

I 6,53

Mar

C 5,300

E 5,299

I 5,3

Abr

C 6,030

E 6,029

I 6,03

Mai

C 5,800

E 5,700

I 5,7

Jun

C 6,040

E 6,030

I 6,03

Jul

C 5,970

E 5,960

I 5,96

Ago

C 5,940

E 5,739

I 5,74

Set

C 6,389

E 6,380

I 6,38

Out

C 1,999

E 1,001

I 1,3

Nov

C 2,601

E 2,598

I 2,6

Dez

C 4,050

E 4,049

I 4,05

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2. Estudo dirigido: Fluxo de energia nos ecossistemas

As relações entre os organismos em um ecossistema podem ser compreendidas em termos de

suas relações tróficas e da constante transformação de massas entre os componentes, governada de

acordo com as leis termodinâmicas da entropia e da conservação de energia. As complexas relações

entre diferentes níveis tróficos podem ser representadas graficamente em cadeias alimentares, teias

alimentares ou pirâmides tróficas, onde é possível ilustrar as relações de consumo e o fluxo de energia

de modo quantitativo.

Quando um organismo adquire energia (através da fotossíntese ou do consumo de alimento)

uma grande parte é utilizada para o metabolismo basal, outra não é aproveitada e uma pequena parte é

incorporada (assimilada). Somente a última poderá ser utilizada pelos organismos no próximo nível

trófico superior. Desta forma, à medida que se passa de um nível trófico inferior (basal) para um

superior (topo) verifica-se uma grande variação na quantidade de energia. É sobre estas relações entre

os níveis tróficos que versam as seguintes questões:

1. Produção primária: trata-se da assimilação de energia solar pelos organismos autótrofos. A produção

primária bruta (PPB) é a energia total assimilada pela fotossíntese e a produção primária líquida (PPL),

a energia acumulada na biomassa vegetal. Portanto, PPB – respiração = PPL.

Questão para discussão: por que uma cultura de milho na região nordeste do Brasil, comumente,

é menos produtiva que no sul ou no sudeste?

2. Para medir a taxa de fluxo de energia através de uma comunidade, o tempo de residência é um

importante elemento. Trata-se da medida do tempo em que a energia permanece em um nível trófico

antes de ser transferida para outro nível.

Questão para discussão: porque o tempo de residência é menor em um habitat úmido

comparado com um habitat seco?

3. Quando a produção de energia (P) de um nível trófico (ou ecossistema como um todo) é igual ao

consumo (R = respiração), diz-se que está em equilíbrio energético, ou seja, P=R. Numa comunidade

onde há predomínio de organismos autótrofos, P>R, e numa onde predominam heterótrofos, P<R. A

tabela abaixo mostra o fluxo de energia (Kcal.m-2

.ano-1

) em duas florestas:

Aspectos ecológicos Floresta imatura Floresta madura

Fotossíntese total 12.200 45.000

Respiração vegetal 4.700 32.000

Produção de biomassa 7.500 13.000

Respiração de heterótrofos 4.600 13.000

Produção líquida 2.900 0

P/R 1.3 1

Questão para discussão: Como poderia ser definida cada floresta em termos de equilíbrio

energético? O que deve acontecer com as duas florestas com o passar do tempo?

4. O fluxo de energia num ecossistema varia em termos de energia disponível, produtividade e

eficiência ecológica.

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Questão para discussão: por que uma onça pintada (consumidor de topo) necessita de uma área

aproximada de 10Km2 para seu forrageamento, enquanto um roedor (herbívoro) necessita de

aproximadamente 1/10 desta área?