Apostila de Ecologia

Apostila de Ecologia

(Parte 1 de 8)

Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva

1. ESTUDO DA BIOSFERA

1.1. INTRODUÇÃO A biosfera é o conjunto de regiões do planeta que possibilitam a existência permanente de seres vivos. Portanto, seu estudo é essencial para o conhecimento dos fatores que possibilitam o desenvolvimento das diversas espécies de seres vivos, suas necessidades e seu relacionamento com o meio ambiente. A biosfera, para efeito de estudo, é dividida em atmosfera, que é a camada gasosa que circunda o planeta, litosfera, que é a parte sólida acima do nível das águas, e hidrosfera, representada pelos corpos hídricos, como rios, lagos e oceanos.

1.2. O ESTUDO DA ECOLOGIA A palavra ecologia, criada pelo biólogo alemão Ernest Haeckel em 1866, deriva de dois vocábulos gregos, oikos (casa) e logos (estudo). Portanto, ecologia significa o estudo da casa ou, em outras palavras, o estudo do lugar onde se vive. Esta ciência estuda as relações que ocorrem entre os seres vivos e entre estes e o meio ambiente. A ecologia é dividida em auto-ecologia e sinecologia. A auto-ecologia trata das relações que ocorrem entre uma determinada espécie e seu meio físico de atuação, como os fatores ambientais que possibilitam seu desenvolvimento, além da ação do meio sobre suas características individuais de comportamento, morfologia e fisiologia. A sinecologia estuda a integração entre as diferentes espécies que ocupam um mesmo ambiente, como estas se correlacionam e de que maneira interagem com o meio ambiente.

1.3. ALGUNS CONCEITOS BÁSICOS

1.3.1. Meio ambiente O meio ambiente é o conjunto de elementos favoráveis ou desfavoráveis que cercam determinado ser vivo, como luz, calor, ventos, chuvas, condições edáficas (relativas ao solo) e a presença de outros seres vivos. O ambiente pode ser natural, quando ocorre na própria natureza, ou artificial, quando criado pelo homem. Um ambiente pode ou não oferecer condições para o desenvolvimento de determinadas espécies de seres vivos.

1.3.2. População Denominados população o agrupamento de indivíduos de uma mesma espécie que habitam ao mesmo tempo um mesmo espaço físico.

1.3.3. Comunidade O conjunto de diferentes populações que habitam ao mesmo tempo uma mesma área constitui uma comunidade de seres vivos, também denominada biocenose.

1.3.4. Biótopo Biótopo é o meio físico onde atua uma biocenose, ou seja, é o local onde vive uma determinada comunidade.

1.3.5. Ecossistema Os ecossistemas são unidades constituídas pelo meio físico e os diversos seres que nele habitam. Portanto podemos representar o ecossistema pelo conjunto: Ecossistema = biótopo + biocenose

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O biótopo representa os componentes abióticos do ecossistema, tais como ar, luz, calor, ventos, água e solo. A biocenose representa os componentes bióticos, ou seja, os seres vivos. Em um ecossistema seus componentes bióticos e abióticos se inter-relacionam de maneira equilibrada e dinâmica que se traduz em um fluxo de energia e um ciclo de matéria. O ecossistema é o objeto do estudo ecológico, o qual estabelece suas dimensões de acordo com sua conveniência. São exemplos de ecossistema os lagos, os mares, as florestas ou unidades menores, como o ecossistema que se desenvolve no interior das folhas da bromélia. Esta espécie vegetal (com características morfológicas semelhantes ao abacaxi) retém, no receptáculo formado por suas folhas, umidade suficiente que possibilita o desenvolvimento de algas e de toda uma microfauna. O conjunto de todos os ecossistemas constitui a biosfera.

1.3.6. Ecótono Entre dois ecossistemas constituídos por comunidades diferentes há uma zona de transição onde são encontrados exemplares das comunidades limítrofes, além das espécies da própria região. Esta zona de transição é conhecida como ecótono.

1.3.7. Bioma As diferentes espécies da flora e da fauna se desenvolvem nas regiões climáticas onde melhor se adaptam. Ao conjunto de seres vivos e ao clima de uma determinada região denominamos bioma. As pradarias, as florestas tropicais e os desertos são exemplos de bioma.

1.3.8. Biócora O conceito de biócora é mais amplo do que o de bioma, por não fornecer as características peculiares da região. Por exemplo, quando não especificamos o tipo de floresta, que é definido pelas condições climáticas onde este ecossistema se desenvolve, denominamos biócora. Por exemplo, biócora floresta e bioma floresta de coníferas.

1.4. ELEMENTOS ESSENCIAIS PRESENTES NA BIOSFERA A biosfera caracteriza-se por apresentar elementos essenciais ao desenvolvimento dos seres vivos, como a luz, que fornece energia para a síntese de matéria orgânica pelas planas clorofiladas, calor e água, que desempenham um importante papel nas regiões químicas do metabolismo celular. A água atua também como agente de veiculação dos nutrientes para os seres vivos. Além disso, existem fatores que atuam como agentes de proteção, permitindo a sobrevivência dos seres, como grandes massas de água e o gás carbônico atmosférico, que contribuem para o equilíbrio térmico do planeta, e a presença de uma camada de ozônio, que minimiza os efeitos nocivos das radiações ultravioletas.

1.4.1. Condicionantes primários da biocenose Os condicionantes para a existência e desenvolvimento de populações são a energia, a diversidade, a matéria e o espaço. A vida depende do sol, que fornece “energia” na forma de luz e calor. A “diversidade” fornece condições aos seres vivos de opções contra possíveis restrições ambientais. A “matéria” tem sua produção restrita em função dos outros condicionantes. O ”espaço” pode determinar o desenvolvimento e uma população por limite físico.

1.5. NECESSIDADES DOS SERES VIVOS Os seres vivos só se desenvolvem em ambientes que possibilitam a realização de suas funções básicas de nutrição, reprodução e proteção contra os predadores e agressões naturais do meio ambiente, de acordo com as necessidades específicas de cada espécie.

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1.5.1. Nutrição dos seres vivos É o processo pelo qual o ser vivo obtém energia, na forma de composto orgânico, para a formação e desenvolvimento do organismo, bem como para a realização de suas atividades biológicas. Os seres que sintetizam matéria orgânica a partir de substâncias inorgânicas são chamados de autótrofos (auto = próprio; trophos = nutrir). Quando a energia necessária à síntese dos compostos orgânicos é obtida da luz, estes seres são denominados fotossintetizantes, e sua capacidade é atribuída à presença de um pigmento verde, a clorofila, que capta a energia solar. Os seres fotossintetizantes são representados pelos vegetais. Algumas bactérias sintetizam compostos orgânicos obtendo a energia necessária para o processo de síntese através de reações químicas que provocam no meio ambiente. Estas bactérias são denominadas quimiossintetizantes e sua produção de matéria orgânica é muito pequena. São chamados heterótrofos os seres que se alimentam de compostos orgânicos existentes no meio ambiente, como outros organismos ou seus produtos. Estes seres são representados pelos animais, fungos e a grande maioria das bactérias. Portanto, as plantas são indispensáveis aos seres vivos que não são capazes de sintetizar substâncias orgânicas, fornecendo direta ou indiretamente todos os nutrientes de que necessitam. Estabelece-se então entre estes seres um inter-relacionamento alimentar, onde um ser se alimenta do outro, formando uma cadeia alimentar. Existem algumas espécies de seres heterótrofos que se alimentam de matéria orgânica morta e de dejetos biológicos, promovendo a reciclagem da matéria no ambiente físico, fornecendo elementos minerais que vão servir aos produtores. Estes seres, representados principalmente pelas bactérias e fungos, são denominados decompositores, micro consumidores ou saprófitos. O nível trófico corresponde a posição que o ser vivo ocupa dentro de uma cadeia alimentar no processo de obtenção de energia. De acordo com seu nível trófico, os seres vivos são classificados em produtores (vegetais clorofilados), consumidores (animais) e decompositores (fungos e bactérias). (Figura 1.1).

Figura 1.1. Cadeia alimentar.

Os consumidores podem ser primários, secundários, terciários etc., de acordo com sua posição na cadeia alimentar. (Figura 1.2).

Figura 1.2. Níveis tróficos de uma cadeia alimentar.

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Uma mesma espécie pode participar de várias cadeias alimentares e ocupar diferentes níveis tróficos ao mesmo tempo. Ao conjunto de cadeias alimentares que as entrelaçam denominamos teia alimentar (Figura 1.3).

Figura 1.3. Teia alimentar

Os seres vivos obtêm energia para a realização de suas atividades biológicas através do processo de queima, oxidação bioquímica, dos compostos orgânicos no interior das células, denominado respiração. Quando a oxidação bioquímica se processa na presença de oxigênio, a denominamos respiração aeróbia ou aeróbica. Quando na ausência de oxigênio, a denominamos respiração anaeróbia ou anaeróbica. A respiração aeróbia possibilita a liberação de uma maior quantidade de energia da molécula orgânica do que a respiração anaeróbia, fato este eu condiciona somente o desenvolvimento de seres superiores aeróbios.

1.5.2. Reprodução das espécies O processo de reprodução é importante para a continuidade da espécie e para a manutenção do equilíbrio dinâmico do ecossistema, através de suas cadeias alimentares, de modo a suprir as necessidades alimentares das espécies que dela dependem.

1.5.3. Proteção das espécies Os seres vivos para sua sobrevivência têm de se proteger contra os intemperismos físicos do meio ambiente, tais como o frio e as chuvas, assim como de seus predadores naturais. As características físicas de determinadas espécies de seres vivos oferecem elementos de proteção, como as couraças das tartarugas e os espinhos dos ouriços; outras espécies constroem abrigos, como as tocas dos esquilos e as conchas dos moluscos. O meio ambiente também determina os padrões de camuflagem ou mimetismo, como certos insetos que simulam o aspecto de folhas de árvores para enganar seus predadores, ou determinados pássaros cujas penas têm a cor características do ambiente em que vivem.

1.6 EQUILÍBRIO DINÂMICO DOS ECOSSISTEMAS As biocenoses existentes nos ecossistemas atuam sobre os biótopos e estes atuam sobre as mesmas. (Figura 1.4).

Figura 1.4. Equilíbrio dinâmico do ecossistema.

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O meio físico determina o desenvolvimento de determinadas espécies que, através dos processos biológicos de nutrição, respiração e decomposição, provocam alterações no meio ambiente possibilitando o desenvolvimento de outras espécies. Este processo se desenvolve de maneira dinâmica até o estabelecimento de uma comunidade estável, cujas atividades biológicas não mais levam a alterações no meio. Ao equilíbrio dinâmico do ecossistema denominamos homeostase. Aos vários estágios evolutivos de uma comunidade estável, ou clímax, designamos sucessão ecológica. Uma sucessão ecológica pode se estabelecer em ambientes pouco favoráveis, como em formações rochosas parcialmente desagregadas, onde vegetais pouco exigentes, como os liquens e as algas cianofíceas, irão constituir a comunidade pioneira ou ecese. Aos poucos esta comunidade vai modificar as condições ambientais pelo acréscimo de matéria orgânica e decomposição, tornando o meio mais rico em nutrientes e água, possibilitando o desenvolvimento de espécies mais exigentes, como as gramíneas. Estas, por sua vez, contribuem para o aparecimento de outras espécies, e assim por diante, até o estabelecimento de uma comunidade clímax. A sucessão que se instala em regiões que nunca foram habitadas é denominada sucessão primária. Fatores naturais ou artificiais, como alterações climáticas, enchentes, incêndios e uso do solo pela agricultura, podem romper a estabilidade da comunidade clímax, dando início ao desenvolvimento de outras espécies. A evolução da comunidade clímax que ocorre em regiões anteriormente habitadas é denominada sucessão secundária. Uma comunidade clímax caracteriza-se por apresentar uma complexa teia alimentar, decorrente de uma diversidade de espécies, na qual ocorre um equilíbrio dinâmico entre a quantidade de matéria orgânica produzida no processo fotossintético e a quantidade de matéria orgânica degradada no processo respiratório.

1.7. DESEQUILÍBRIOS DOS ECOSSISTEMAS Vimos que os seres vivos para sua sobrevivência precisam encontrar no meio ambiente, condições de satisfazer suas necessidades básicas de nutrição, reprodução e proteção. Sabemos que os seres se organizam em níveis tróficos dentro de uma cadeia alimentar, caracterizando a estabilidade dinâmica dos ecossistemas. Sendo assim, podem ocorrer desequilíbrios ecológicos em conseqüência de alterações na composição natural da cadeia alimentar ou de alterações ambientais. Quando destruímos um nível trófico da cadeia alimentar, causamos o aumento populacional do nível anterior e a eliminação do nível seguinte. Por exemplo, a destruição de cobras, que muito prejudicam os trabalhadores das lavouras, leva a um aumento populacional de ratos, vetores biológicos patogênicos, além de ocasionar uma diminuição no número populacional de animais que se alimentam de cobras, embora não exclusivamente, como as seriemas. O aumento populacional de determinada espécie, ocasionado pela destruição de seu predador, tende a um equilíbrio condicionado pela quantidade de alimento disponível, podendo sua população sofrer uma redução a níveis inferiores aos iniciais. Nos Estados Unidos, em decorrência de uma campanha feita para acabar com os pumas e coiotes que atacavam os veados em determinadas regiões, ocorreu uma grande proliferação dessa espécie, que passou então a morrer por falta de recursos vegetais. A introdução de um elemento estranho à cadeia alimentar pode também levar as desequilíbrios ecológicos decorrentes da ausência do nível trófico superior para controlar sua proliferação. Na Austrália, por exemplo, a introdução do coelho para ser usado como animal de caça causou grande desequilíbrio nos ecossistemas locais, acabando com plantações, sem que houvesse uma espécie de sua fauna que conseguisse controlá-lo. Quando fertilizamos uma cadeia alimentar, rompemos sua estabilidade dinâmica pelo maior desenvolvimento de algumas espécies. É o que ocorre, por exemplo, quando lançamos aos corpos hídricos uma grande quantidade de matéria orgânica, como a que é lançada por esgotos, ocasionando grande proliferação de bacias aeróbias que consomem todo oxigênio do meio, levando à morte os seres aeróbios como os peixes. Alterações ambientais que impossibilitam a reprodução de espécies de seres vivos também levam a

Ecologia – Engenharia Agronômica – IFSULDEMINAS – Campus Muzambinho – 1º Período/2011 – Profª. DSc. Ariana Vieira Silva um comprometimento do equilíbrio da cadeia alimentar. Assim, o reflorestamento de uma região com espécies diferentes das primitivas diminui a população de espécies de pássaros nativos, decorrente da eliminação de elementos utilizados na construção de seus ninhos. A eliminação de insetos polinizadores, como abelhas e borboletas, pelo uso indiscriminado de inseticidas leva a uma diminuição de certas espécies vegetais que deles dependem para sua reprodução. Os ecossistemas também podem ser desequilibrados quando os seres vivos ficam expostos à ação de predadores ou de intemperismos, por modificação em seu ambiente natural: por exemplo, a alteração de espécies de mariposas, observada na Inglaterra, como decorrência do desenvolvimento industrial. As espécies de cor clara, que antes conseguiam se proteger de seus predadores, ficaram expostas a sua ação quando as paredes de casas, edifícios e a vegetação tiveram suas superfícies enegrecidas pela fuligem lançada das chaminés das indústrias, possibilitando assim o desenvolvimento das mariposas escuras nesse ambiente.

2. O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE

2.1. INTRODUÇÃO O estudo do meio ambiente é de vital importância para a avaliação do grau de adaptação e tolerância de cada ser vivo nas condições ambientais existentes, fornecendo também subsídios para avaliação dos impactos nos ecossistemas através de comparações de seus efeitos sobre as flutuações naturais das populações. Os fatores ambientais que influenciam o desenvolvimento das diferentes espécies de seres vivos são denominados fatores ecológicos. Os fatores ecológicos ditos abióticos representam as condições climáticas, edáficas e químicas do meio. Os fatores bióticos compreendem as interações que ocorrem entre os seres vivos, como as associações biológicas de parasitismo, predação e competição. Os seres vivos que habitam uma determinada região encontram-se adaptados às condições ambientais do meio, representadas pelos fatores abióticos e bióticos que regulam o equilíbrio populacional e os limites para o desenvolvimento de um ecossistema.

2.2. NICHO ECOLÓGICO O nicho ecológico diz respeito à maneira de viver de cada organismo, seus hábitos, a forma de obtenção de energia e as interações das quais ele participa dentro de um ecossistema. O biólogo Gause, através de experiências, demonstrou que duas espécies diferentes de seres vivos não podem desempenhar o mesmo nicho ecológico em uma mesma região por muito tempo. Esta ocorrência leva a uma disputa entre as espécies, com o conseqüente desaparecimento da espécie mais fraca. Este estudo ficou conhecido como Princípio da Exclusão Competitiva de Gause.

2.3. O HABITAT O local onde determinada espécie vive e desempenha seu nicho ecológico é denominado habitat. Algumas espécies de seres vivos conseguem se adaptar a diferentes condições ambientais, o que lhes confere uma maior distribuição geográfica e; portanto, um habitat mais amplo. Outras espécies não suportam grandes variações das condições do meio, possuindo um habitat mais restrito. Duas espécies de seres vivos podem coexistir em um mesmo habitat desde que possuam nichos ecológicos diferentes. Como exemplo, temos os organismos do fitoplâncton e os do zooplâncton que habitam as águas superficiais de um corpo aquático. Os seres que compõem o fitoplâncton sintetizam sua própria matéria orgânica a partir da radiação solar, enquanto os seres do zooplâncton atuam como consumidores na obtenção de nutrientes.

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2.4. FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS Os principais fatores abióticos que regulam os limites do desenvolvimento de diferentes espécies de seres vivos compreendem a temperatura, luz, água e os fatores edáficos.

2.4.1. Temperatura Os limites de temperatura compatíveis com o desenvolvimento de seres vivos situam-se, de maneira geral, entre -5o

C e +5o C.

As diferentes espécies de seres vivos se adaptam a temperaturas que lhes permitam uma melhor atividade de seu metabolismo. Desta forma, a temperatura é um fator ecológico importante na distribuição dos seres vivos nas diversas regiões da Terra. Os mamíferos e as aves mantêm sua temperatura corporal constante (homeotermos) em conseqüência de seus processos metabólicos. Os outros animais, como os peixes, normalmente têm a temperatura corporal igual à do meio em que vivem (pecilotermos). Os animais que toleram grandes variações de temperatura têm uma ampla distribuição geográfica. Desta forma, certas espécies de aves, como os pingüins, encontram-se adaptadas para sobreviverem em regiões de climas frios, e outras, como os tucanos, em climas quentes. Muitas espécies de aves vivem em determinada região somente durante as estações quentes, migrando no inverno. Certos animais, como os morcegos e os hâmsters, hibernam durante a estação fria, assumindo um estado de inatividade. Deste modo, em decorrência da queda de temperatura corporal os processos metabólicos são reduzidos, e o animal pode viver de suas reservas de gordura. A hibernação permite ao ser vivo sobreviver em condições climáticas de baixa temperatura, as quais podem dificultar o acesso ao alimento. Alguns animais assumem um falso estado de hibernação, visto não apresentarem grandes quedas de sua temperatura corporal; além de acordarem, eventualmente, para a alimentação, como é o caso dos esquilos. Quando a temperatura ambiental se torna excessivamente alta e os recursos hídricos são limitados, certos seres entram em estado de dormência, denominado estivação. Por exemplo, o rato-canguru adormece quando a temperatura do meio ultrapassa 30°C, após ter untado seu corpo com saliva, para evitar a transpiração.

2.4.2. Luz A luz constitui fonte de energia para os seres produtores, que a convertem em energia química armazenada em seus compostos orgânicos. A quantidade de energia disponível em um ecossistema limita o número de indivíduos que o integram. Certas espécies vegetais necessitam de grandes quantidades de luz para a realização de seus processos fotossintéticos, ao passo que outras dependem de quantidades menores. Os seres que habitam regiões pouco iluminadas, como as cavernas, dependem de nutrientes provenientes de regiões iluminadas. A luz também é importante por permitir aos seres uma maior percepção do meio que os cerca. Os peixes abissais, que vivem em regiões oceânicas profundas, onde não existe iluminação natural, utilizam-se da bioluminescência, que é a capacidade do ser vivo emitir luz, que lhes possibilita um melhor desempenho na obtenção de alimentos, atraindo, através da luz emitida, suas presas, bem como favorece um melhor desempenho em sua reprodução, em virtude da atração que exerce entre os seres da mesma espécie. A luz também regula os ritmos biológicos diários e anuais de determinados seres. Este fato é observado em algumas plantas, como a onze-horas e o girassol, que entram em atividade em determinadas horas do dia, ou nos hábitos noturnos de certos animais, como os besouros. As diferentes estações do ano caracterizam-se por apresentar os dias mais curtos ou mais longos, influindo no florescimento de diferentes espécies vegetais.

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A luz e a temperatura são fatores abióticos que regulam o desenvolvimento dos ecossistemas, principalmente nas regiões temperadas.

2.4.3. Água A água é a substância predominante nos seres vivos. Ela age como veículo de assimilação e eliminação de muitas substâncias pelos organismos além de atuar no equilíbrio da temperatura corporal temperadas. A umidade do ar representa a quantidade de água presente na atmosfera na forma de vapor. Geralmente, em regiões quentes, a umidade do ar é alta e, em regiões mais frias, o vapor de água atmosférico se condensa precipitando-se na forma de chuva, diminuindo os teores da umidade atmosférica. Os diferentes índices de umidade atmosférica refletem a distribuição das diferentes espécies vegetais e animais. Desta, maneira, os ambientes quentes e úmidos possibilitam o desenvolvimento de grandes florestas, como as florestas úmidas equatoriais, que apresentam uma grande variedade de espécies de flora e fauna. Certos seres vivos, como a vitória-régia e os anfíbios, são encontrados na água ou em locais que apresentam altos teores de umidade. Por outro lado. os cactos e os camelos são seres adaptados em ambientes pouco úmidos. Na maioria das vezes os seres vivos obtêm água através de ingestão direta. Alguns, como os roedores, por viverem em ambientes secos, retiram a água do alimento que consomem e outros, como o camelo utiliza a água que resulta de determinadas reações que ocorrem em seu metabolismo, como a degradação de gorduras. Os seres vivos perdem água por meio da transpiração, respiração, sistema digestivo e urinário. Graças a estruturas impermeáveis como a queratinina presente nos répteis, mamíferos e aves, a quitina nos insetos e a cutina nas folhas dos vegetais, a perda de água é limitada. Certos animais como a minhoca, não apresentam proteção adequada contra a evaporação, fato que limita seu desenvolvimento a regiões bastante úmidas. A água é solvente para a eliminação de produtos tóxicos da degradação de proteínas, os quais regulam a quantidade de líquido necessária para sua excreção. Os peixes eliminam amônia, que por ser altamente tóxica e dissolvida em grandes quantidades de água; o homem elimina uma substância menos tóxica, a uréia, que pode ser excretada com quantidades menores de água; e as aves e os répteis eliminam o ácido úrico, que, por ser insolúvel em água, restringe a eliminação de líquidos por estes seres. O rato-canguru, cujo habitat natural são os desertos, utiliza-se da pouca água que obtém dos processos digestivos das sementes secas com as quais se alimenta. A pouca água obtida é contrabalançada pela baixa eliminação hídrica em seus processos digestivos. Seus hábitos noturnos também limitam a perda de água por transpiração e processos respiratórios. O homem, quando submetido a altas temperaturas, perde água pela transpiração para manter sua temperatura corporal. Em certos animais, como o camelo, a temperatura corporal sobe até 41°C antes que comecem a perder água. Este fato é favorecido pela diminuição de sua temperatura corporal abaixo do normal durante a noite, possibilitando uma maior variação durante o dia. Nos animais homeotermos os pêlos e as penas constituem mecanismos de defesa contra a transpiração excessiva. Desta forma, os camelos perdem 60%, mais água por transpiração quando são tosados. A água atua de maneira determinante na limitação do desenvolvimento de ecossistemas equatoriais, visto que, apesar das altas temperaturas que caracterizam estas regiões, a precipitação pluvial não ocorre de maneira uniforme durante o ano.

2.4.4. Fatores edáficos O solo fértil é constituído de rocha desagregada, água, ar, seres vivos e material orgânico em decomposição.

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