Metodologias para mensurar a Produção Primária em ambientes aquáticos e terrestres

1. 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

2. 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)).

3. 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).

4. 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.

5. 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.

6. 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)

7. Fonte: Inpe, 2001

8. 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)

9. Imagens geradas pelo satélite Landsat, o qual o Inpe utiliza Fonte:www.nasa.gov

10. Campos arados em azul

11. 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.

12. 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

13. 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.

14. 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.

15. 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).

16. 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).

18. 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

19. 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)

20. 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

21. 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).

22. Pb = c+ e • Pl = c - i • R = i – e onde: • i = OD inicial • c = OD em frascos claros • e = OD em frascos escuros

23. 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.

24. 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

25. 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

26. Obrigado e boa SEXTA-FEIRA a Todos!!!