PROGRAMA DE POS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL

1. PROGRAMA DE POS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL Introdução a Engenharia Ambiental: Fundamentos de Ecologia I Prof. Servio Tulio Cassini Dep. Engenharia Ambiental CT-UFES scassini@npd.ufes.br

2. Tópicos • Conceitos Basicos – Ecossistemas, cadeias alimentares e energia • Sustentabilidade • Ciclo do Carbono • Ciclo do Nitrogênio • Ciclos do Fósforo e Enxofre • Avaliação

3. ECOLOGIA • OYKOS = CASA • LOGOS = ESTUDO • ESTUDO DO AMBIENTE COMO UM TODO ( FISICO, QUIMICO E BIOLÓGICO) E SUAS INTERAÇÕES

4. Ecologia: O estudo das inter-relações entre os organismos e seus ambientes. Energia Luminosa Energia Química Água Rochas Itemperismo Minerais Nutrientes Matéria Organica “Resíduos” Energia Biomassa Populações Comunidades Biocenoses Habitat Nicho Meio Abiótico Seres vivos

5. Ecossistema Conceito: Qualquer unidade abrangendo todos os organismos que funcionam em conjunto (Comunidade Biótica), numa dada área, Interagindo com o ambiente físico de tal forma que o fluxo de energia produza estruturas bióticas claramente definidas e uma ciclagem de materiais entre os seus diversos componentes. • Sistema que inclui todos os organismos de uma área e o meio ambiente onde vivem. • Unidade funcional básica na ecologia, em que o ambiente de entrada e o de saída devem ser considerados partes importantes do sistema. • Conjunto de componentes abióticos e bióticos que, num determinado meio, trocam matéria e energia. • Sistema dinâmico, hierárquico, composto de organismos em um fluxo de energia e intercâmbio de matéria e informação com seu ambiente.

7. Ecossistemas • Componentes: • Inorgânicos: C, N, CO2, H2O e Outros • Orgânicos: Proteínas, Carbohidratos, Lipídios, etc • * Ligam sistema biótico e abiótico * • Ambiente Atmosférico • Ambiente Hidrológico • Substrato • Regime Climático • Outros Fatores Físicos • Produtores • Consumidores • Decompositores

8. Conceito de Ecossistema. • Unidade básica do estudo da Ecologia • Dimensões variadas • ambientes aquáticos e terrestres • Interação: (Seres Vivos * Meio Abiótico) + Energia • Biodiversidade e Biocenoses • Produção Primária e cadeias tróficas • Estabilidade e Sustentabilidade • Homeostase e auto-regulação

9. ECOSSISTEMA • Exemplo: Ecossistema Costeiro: • A Região Costeira, pode ser considerada como um grande ecossistema, bem como suas subdivisões: estuários, ilhas, manguezais, restingas, dunas, praias, falésias, costões rochosos e recifes de corais

10. Spartina brasiliensis (gramínea) 2- Usnea barbata (barba-de-velho) 3- líquen incrustante 4- Rhizophora mangle (mangue-vervelho ou bravo) 5- Avicenia schaueriana (mangue-seriba ou seriúba) 6- Laguncularia racemosa (mangue-branco) 7- Hibiscus tiliaceus (hibisco ou algodãonzinho-da-praia) 8- Acrosticum aureum (samambaia do mangue) 9- Ardea cocoi (garça-cinzenta) 10- Ardea alba (garça-branca-grande)11- Eudocimus ruber (guará) 12- Aramides mangle (saracura-do-mangue) 13- Cardisoma guanhumi (guaiamu)14- Ucides cordatus (caranguejo-uçá)15- Goniopsis cruentata (maria-mulata ou aratu)16- Callinectes sp. (siri-azul)17- Uca uruguayensis (chama-maré)18- ninho de termita (cupinzeiro) 19- Crassostrea rhizophora (ostra-do-mangue)

12. Características de um Ecossistema. • Unidade básica do estudo da Ecologia • Dimensões variadas • ambientes aquáticos e terrestres • Interação: (Seres Vivos * Meio Abiótico) + Energia • Biodiversidade e Biocenoses • Produção Primária e cadeias tróficas • Estabilidade e Sustentabilidade • Homeostase e auto-regulação (Reciclagem e Reuso)

13. Ecologia – Conceitos básicos • Ecossistema • Habitat e Nicho • Biomassa, Energia, • Homeostase • Poluição • Bioacumulação • Interações

14. Características de um Ecossistema (Resumo): 1. Energia 2. Biomassa (biocenoses) – espécies – biodiversidade comunidades - populações 3. Cadeia Alimentar – Bioconcentraçao 4. Poluição: qualquer fator ou combinação físico - químico e biológico que rompe o equilibrio do ecossistema ou parte dele. (“Efeito Dose” --> humano) 5. Bioatenuaçao ou Biorremediaçao

15. Energia: definições básicas • Energia: É a capacidade de realizar trabalho. Esta capacidade pode-se manifestar sob várias formas: radiação eletromagnética, energia potencial ou incorporada, energia cinética, energia química (dos alimentos) e calor. • 1ª Lei da Termodinâmica: (Conservação da energia) A energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída. Exemplos destas transformações: luz em calor, energia potencial em cinética. • 2ª Lei da Termodinâmica: (Lei da Entropia) Nenhum processo que implique numa transformação energética ocorrerá espontaneamente, a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada numa forma mais dispersa (ou desorganizada). Assim sendo, nenhuma transformação de energia é 100% eficiente. A entropia é uma medida de energia não disponível, que resulta das transformações energéticas. Sua variação é sempre positiva em qualquer transformação

16. O ambiente energético da biosfera • A luz solar que atinge o topo da biosfera iluminada terrestre chega a uma taxa constante, a chamada constante solar (1.94 cal/cm2.min). Um máximo de 67% da constante solar (~ 1.34 cal/cm².min) pode atingir a superfície terrestre. • A radiação solar sofre consideráveis modificações qualitativas e quantitativas ao atravessar a atmosfera terrestre. Tais modificações são influenciadas por vários fatores dentre eles a topografia, a latitude, o clima bem como composição gasosa da atmosfera. A água e o gás carbônico absorvem ativamente a radiação na faixa do infra-vermelho.

17. Energia e fluxo de Matéria Orgânica 1. Fotossíntese e Quimiossintese 2. Cadeia Alimentar 3. Decomposição 4. Respiração/Mineralização Aeróbia 5. Respiraçao anaeróbia (Metanogênse) Energia C02 Biomassa 1 2 Níveis tróficos 3 Níveis tróficos Níveis tróficos Matéria Orgânica (C-org) 4 CH4 5 4 Minerais

18. Ecologia trófica • O estudo das interações tróficas é essencial para o entendimento do que se passa dentro de um ecossistema. Este tipo de estudo demonstra de modo inequívoco o grau de inter-relações existente entre os organismos e aponta os principais elementos na manutenção da estrutura do ecossistema. • Uma das formas mais tradicionais de se estudar a ecologia trófica está na identificação das rotas alimentares dentro dos ecossistemas. • a) cadeias alimentares; • b) teias tróficas; • c) pirâmides energéticas e • d) matrizes tróficas.

19. Habitat e Nicho Habitat – local (físico) onde se encontra uma determinada espécie. Nicho é o conjunto de características que definem uma espécie em um determinado habitat. (Profissão da espécie. Ex. cobra encontrada em reiões montanhosas; nicho: predadora de ratos que ocupam o mesmo habitat.

20. Energia: • Fonte principal : Energia solar • Fonte alternativa: Oxidação química de compostos inorgânicos • Autótrofos x Heterótrofos: • Autotrofos: utilização de energia luminosa ou química para fixação do CO2 formadores de matéria orgânica • Heterótrofos: Consumidores de materia orgânica (carbono fixado) - consumidores ----> decompositores

21. Biodiversidade. Deve incluir Toda a variedade de organismos, desde as variedades que ocorrem dentro de uma mesma espécie até as variedades existentes entre táxons superiores. Considera-se, também, a variedade e sub-gradações de ecossistemas, a qual abrange tanto as comunidades de organismos em um ou mais habitats quanto as condições físicas sob as quais eles vivem.

22. Biomas. Grandes ecossistemas determinados, principalmente, pelo Clima (função latitude), e que se caracterizam por apresentar uma vegetação clímax típica. Ex . Biomas terrestres: Tundra -Taiga - Floresta Caducifólia - Floresta Tropical - Campos - Desertos Biomas Brasileiros: cerrado, caatinga, floresta amazonica, floresta (mata atlantica), pantanal, As regiões onde dois biomas se encontram ou apresentam gradação mútua são denominadas ecótonos Biota. Todos os organismos de determinada região. Biotecnologia. Alta tecnologia aplicada aos processos biológicos Biomassa. Refere-se ao peso total (geralmente o peso seco) de determinado grupo de organismos de uma área específica, como as aves de determinado trecho de mata ou as algas de uma lagoa ou mesmo todos os organismos do ecossistema.

23. Grandes Biomas

24. Os grandes Biomas Brasileiros: Situação Pré colonização e Pós Industrial: Impactos ambientais previstos de 1500 --> 2001 e as propostas de Reservas Legais.

25. Cadeia alimentar Produção Primária Ambientes Aquaticos: Bactérias, Cianobactérias e Algas Ambientes Terrestes: Plantas Consumidores Ordens (cadeias e interações) Decompositores e Detritívoros Matéria orgânica – ciclo. Bioacumulação, Bioamplificação ou Biomagnificação Compostos inorgânicos: Ex. metais pesados Compostos Orgânicos: Ex. pesticidas (Agrotóxicos) inseticidas, larvicidas (Acúmulo em tecidos adiposos)

26. Produção Primária

27. Fig. 2. Seasonal average and interannual differences in biospheric NPP(g C m2 month21) estimated with SeaWiFS data and the integratedCASA-VGPM model (9). Average NPP for (A) the La Nin˜a Austral summer of December 1998 to February 1999 and (B) the La Nin˜aBoreal summer of June to August 1999. (A and B) White, ice cover during (A) January and (B) July; tan, near-zero NPP for terrestrial regions not permanently covered by ice. (C) Transition from El Nin˜o to La Nin˜a conditions resulted in substantial regional changes in NPP, as illustrated by interannual differences in Austral summer NPP (i.e., average NPP for December 1998 to February 1999 minus average NPP for December 1997 to February 1998). (D) Changes in NPP between two La Nin˜a Boreal summers (1999 minus 1998). (C and D) Red, increase in NPP; blue, decrease in NPP; white, no substantial interannual change in NPP.

28. Ecossistemas Marinhos: • Regiões Litorâneas (Costeiras), Nerítica, Pelágica, Abissal, • Plancton, Necton, Benton (Bentos) • Nutrientes - Correntes • Eutrofização • Florescências de algas e cianobactérias • Regiões Costeiras: • estuários, ilhas, manguezais, restingas, dunas, praias, falésias, costões rochosos e recifes de corais NERÍTICO "Zona de água do mar que cobre a plataforma continental" (Odum, 1972)."Região nerítica é aquela que se estende desde a zona intertidal até a isóbata de 200 metros (...) Sedimentação nerítica é o material relativamente grosseiro, terrígeno, que se acumula junto à costa" (Guerra, 1978).PELÁGICO pelagic, pélagique, pelágico"Termo que se utiliza, de modo geral, para incluir o plâncton, o nécton e o nêuston; ou o conjunto da vida em alto-mar" (Odum, 1972)."Depósito marinho, formado em grandes profundidades oceânicas e, conseqüentemente, a grande distância das bordas continentais; esses depósitos são constituídos de argilas finas e carapaças de organismos que foram transportadas pelas correntes marinhas (Guerra, 1978)."Diz-se dos organismos próprios do alto-mar, que não se encontram fixados ao fundo e que possuem meios próprios de locomoção que lhes permitam realizar deslocações voluntárias" (Carvalho, 1981).

29. Ecossistemas de Água Doce (Limnícos) • Lóticos (Correntes) x lenticos ( Circulação mínima) • Bacias hidrográficas (Solo – vegetação – rios – lagos – estuários ) • Perfís – • Produtividade Primária – • Oligotróficos • Mesotróficos • Eutróficos

30. Impactos Ambientais de ações Antrópicas - Exemplos • Acumulo de DDT e metais pesados na cadeia alimentar • Eutrofização de corpos receptores • Contaminação de lençóis freaticos • Agrotóxicos • Ecossistemas costeiros : Metais pesados em sedimentos • Amazônia: Desmatamento e garimpos • Pantanal: Projetos Agropecuários sem sustentabilidade

31. Cadeia Alimentar ou Cadeia Trófica  Transferência de energia alimentar, desde a fonte autotrófica, através de uma serie de organismos que consomem e são consumidos  Quanto menor a Cadeia Trófica, maior a energia disponível à população

32. Níveis Tróficos: * Produtores * Consumidores Primários, Secundários Terciários, etc.. * Decompositores ** A passagem de energia de um nível trófico para outro, implica sempre em uma diminuição de quantidade de energia transferível**

33. Complexidade dos sistemas ecológios Necessidade de uma simplificação ou um modelo conceitual de funcinamento Respiração Respiração Respiração Calor Calor E Produtores Herbívoros Carnívoros Calor Calor Reserv. de Nutrientes Decompo- sitores Calor Fluxo de energia Ciclagem de nutrientes Respiração

34. Ecossistemas Produtividade:Representa a quantidade de energia radiante transformada em substâncias orgânicas, através de processos autotróficos de organismos produtores Produtividade Primária Bruta:Representa a taxa total de Fotossíntese, incluindo a quantidade de energia utilizada nos processos respiratórios = Assimilação Total Produtividade Primária Líquida:Representa a taxa de armazenamento de matéria orgânica decorrente da relação entre a fotossíntese e a respiração = Assimilação Líquida Produtividade Secundária (do Consumidor):Representam as taxas de armazenamento energético em níveis de consumidores, uma que os consumidores utilizam apenas materiais alimentares já produzidos

35. CADEIAS ALIMENTARES SOL Último elo da cadeia trófica (predador por natureza)  HOMEM quimico COBRA Consumidor terciário - Omnívoro Consumidor secundário - Carnívoro / omnívoro (alimentam-se diretamente dos produtores ENERGIA CORUJA  produtores)Consumidor primário - Herbívoro (alimenta-se diretamente dos RATO  Produtores - autotróficos (produzem sua alimentação). VEGETAIS Fotossíntese: início da produção de matéria orgânica. Algas: produção aquatica FUNGOS BACTÉRIAS Decompositores: retiram energia da matéria orgânica morta. Predador: mata para sobreviver. Parasita: alimenta-se sem visar a morte da presa. PPL (produção primária líquida). PPB (produção primária bruta)

36. Teia/Rede Alimentar ou Teia/Rede Trófica  Sequências de Cadeias Alimentares

37. Teia Alimentar no Meio Terrestre e no Meio Aquático

38. Teia Alimentar no Meio Aquático

39. Teia Alimentar Meio Aquático

40. Teia Alimentar no Meio Terrestre e no Meio Aquático Mangue

41. Pirâmides Ecológicas:  Pirâmides de Números  Pirâmides de Biomassa  Pirâmides de Energia

42.  Pirâmides de Números 1. Fitoplâncton 2. Zooplâncton 3. Crustáceas 4. Moluscos 1. Árvores 2. Preguiças 3. piolhos

43.  Pirâmides de Biomassa Cada nível exige uma biomassa 10 vezes maior do seu nível anterior porque apenas 10% da energia são transferíveis de um nível a outro Caso particular - Ecossistema marinho - Fitoplâncton - elevado potencial biótico (capacidade de reprodução e renovação rápida do estoque

44.  Pirâmides de Energia

45. Pirâmide de idades ODUM, 1988

46. POLUIÇAO • Poluição: qualquer fator ou combinação físico - químico e biológico que rompe o equilibrio do ecossistema ou parte dele. • (“Efeito Dose” --> Fator Antropogênico ou humano) • Exemplos: Esgotos, CO2 , pesticidas,

47. Poluição x Contaminação • Poluição : qualquer alteração nos constituintes “naturais” dos ecossistemas. • Contaminação: Alteração nas doses ou presença de determinados compostos que causam danos à saúde de indivíduos. Figura 8.2.7. Proyecto Parque Ecológico Municipal de La Plata (muestreo y aplicación de ensayos de toxicidad por niños).

48. Poluição x Contaminação • Poluição: ex. esgotos sanitários em corpos d´água, emissões gasosas (CO2, CH4) matéria orgânica em putrefação etc. Ensaios com bioindicadores de poluição • Contaminação: ex. Pesticidas, hidrocarbonetoos policíclicos aromáticos, solventes, emissões gasosas (dioxinas) etc. Ensaios fisico-quimicos ou bioensaios de toxicidade

49. ATMOSFERA MEIO ANTROPICO SOLO AGUA

50. EUTROFIZAÇÃO • A eutrofização é o crescimento excessivo das plantas aquáticas, tanto planctônicas (ALGAS) quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerados como causadores de interferências com os usos desejáveis do corpo d’água. • O principal fator de estímulo é um nível excessivo de nutrientes no corpo d’água, principalmente nitrogênio e fósforo.