Neto produkcija ekosistema (NEP) [kg C m -2 leto -1 ]

Size: px

Start display at page:

Download "Neto produkcija ekosistema (NEP) [kg C m -2 leto -1 ]"

Merry Walton
6 years ago
Views:

1 Neto produkcija ekosistema (NEP) [kg C m -2 leto -1 ] Razlika med vsemi inputi in outputi ogljika iz ekosistema Razmeroma majhen del v primerjavi z inputi in outputi Lahko pozitiven ali negativen Možna velika variabilnost med leti (velik vpliv motenj) 128

2 Neto produkcija ekosistema NEP = GPP ± F lateral. (R rastl. + R heter. + F izp. + F mot. + F hlap. + F CH4 ) GPP bruto primarna produkcija F lateral. lateralni transfer ogljika v ali iz ekosistema (gnojenje z org, gnojili, erozija, vpliv živali, ) R rastl. dihanje rastlin R heter. dihanje heterotrofov (dihanje mikroorganizmov in živali) F izp. izpiranje ogljika v podtalnico F mot. motnje, ki odnašajo ogljik iz ekosistema (požari, posek, spravilo, košnja, ) F hlap. ogljik hlapnih substanc F CH4 emisije metana 129

3 Neto produkcija ekosistema NEP = GPP ± F lateral. (R rastl. + R heter. + F izp. + F mot. + F hlap. + F CH4 ) Nekatere komponente te bilance so marsikje zanemarljive, zato: NEP = GPP ± F lateral. (R rastl. + R heter. + F izp. + F mot. ) ali NEP = NPP ± F lateral. (R heter. + F izp. + F mot. ) Ker je R rastl. + R heter. = R eko. (dihanje celega ekosistema) NEP = GPP ± F lateral. (R eko. + F izp. + F mot. ) 130

4 131

5 Neto produkcija ekosistema NEP lahko izrazimo tudi kot spremembo mase vseh rastlin, vseh živali in talne organske snovi (SOM humus in mikroorganizmi tal). ΔB Δt ΔB + Δt ΔSOM + Δt rastl. žival. NEP ± = F lateral. ΔB Δt rastl. = GPP (Rrastl. + Frastl. tla + Fherbiv. + F + > motnje F hlap. ) ΔB Δt živ. = F herbiv. + F živ.-> tla mikro.- > živ. (Rživ. + F Frastl.- > tla + Fživ.-> tla (Rmikro. + Fmikro.- živ. + F ) ΔSOM Δt = > izp. ) 132

6 Neto produkcija ekosistema NEP je odvisna od : sezone, časa preteklega od motnje (sukcesijski stadij) vremenskih razmer v letu trendov v spreminjanju okolja (podnebne spremembe, depozicija dušika, ) Določajo ga dejavniki, ki vplivajo na neravnovesje med inputi in outputi ogljika. 133

7 Neto produkcija ekosistema V naravnih ekosistemih v krajših obdobjih lahko enačbo bilance ogljika še poenostavimo: NEP = GPP R eko. F izp., kjer je GPP R eko. = NEE 134

8 Neto izmenjava ogljika (NEE) Angl.: Net ecosystem exchange NEP = GPP R eko. F izp. GPP - R eco. = NEE oziroma NEE = GPP (R rastl. + R heter. ) NEE je izmenjava ogljika v obliki CO 2 med ekosistemom in atmosfero. NEE je večino časa največji del NEP (izjema: v obdobjih motenj) 135

9 136

10 Primer gozdov zmernih geografskih širin: Večina proučevanih gozdnih ekosistemov neto ponor ogljika!? Na NEE bolj vpliva respiracija ekosistema kot pa GPP 137

11 NEE lahko neposredno merimo Metoda: eddy-covariance (merjenje vertikalnega fluksa CO2, vode, CH4, toplote, )

12 Na podlagi meritev NEE lahko dobimo oceno GPP NEE = GPP - R eko. Ponoči privzamemo, da je GPP=0, torej je NEE noč = - R eko. Ob upoštevanju temperaturne odvisnosti R eko. je ocena za NEE podnevi naslednja NEE dan GPP - R eko. oziroma GPP NEE dan + R eko. 139

13 Primer meritev NEE: tokovi ogljika pri zaraščanju kraških pašnikov v obdobju julij avgust 2009 pašnik Ekosistem je vir CO 2 zaraščajoče NEE [g C m -2 dan -1 ] Ekosistem je ponor CO 2 pašnik zaraščajoče 140

14 Merimo lahko tudi dihanje tal R tla = R korenine + R mikro. + R tal.živ. 141

15 % Mikoriza ca. 25 % Ostali mikrobi ca.

15 Dihanje tal Primer: borov gozd v Angliji Razdelitev dihanja tal na posamezne komponente s pomočjo goste mreže (40 in 1 µm): Deleži komponent: Korenine ca. 15 % Mikoriza ca. 25 % Ostali mikrobi ca. 65 % Temperaturna odvisnost: Korenine in ostalo močno odvisno od temp. Mikoriza bolj odvisna od asimilatov 142

Pomen raziskav NEP in NEE Za čim večji spekter ekosistemov ovrednotiti bilanco ogljika Ugotoviti okoljske vplive, ki delujejo na bilanco ogljika Ugotoviti odziv ekosistema na okoljske spremembe

16 Pomen raziskav NEP in NEE Za čim večji spekter ekosistemov ovrednotiti bilanco ogljika Ugotoviti okoljske vplive, ki delujejo na bilanco ogljika Ugotoviti odziv ekosistema na okoljske spremembe (suša, spremenjen padavinski režim, višje temperature, porast CO 2 ) Ugotoviti možen potencial ekosistemov za vezavo CO 2 in zmanjšanje koncentracije CO 2 v atmosferi Načrtovati ustrezno t.j. trajnostno rabo ekosistemov 143

17 144

18 Razgradnja organske snovi (dekompozicija) Razgradnja odmrlih rastlinskih in živalskih delov, kjer se sprošča CO2, voda in hranila (mineralizacija) Majhen del biomase težje razgradljiv kopičenje v tleh kot humus Odmrla biomasa hrana za talne živali in mikroorganizme Osnovni procesi: 1. Izpiranje topnih snovi v tla 2. Fragmentacija biomase 3. Kemična transformacija 145

19 Stopnje razgradnje org. snovi 146

20 1. Izpiranje topnih snovi v tla Pomembno na začetku razgradnje, takoj po senescenci Odvisno od količine padavin Izpiranje labilnih spojin anorg. spojine, aminokisline, enostavni OH, idr. 2. Fragmentacija biomase Delovanje talnih živali različnih velikosti Povečanje izpostavljene površine za delovanje mikrobov 147

21 Pomen talnih živali: Fragmentacija Pospešitev razgradnje org. snovi Mešanje opada s tlemi Zračenje tal Pomen pri pedogenezi (deževniki) Kompleksne prehranske verige v tleh Prispevajo 5-10% k dihanju tal 148

22 149

3. Kemična transformacija mineralizacija, vgradnja v mikrobno biomaso, nerazgrajeni ostanek (humus) Delovanje bakterij hitra rast, bolj pomembne pri razgradnji

anoksičnih) razmerah Glive bele trohnobe (white-rot) Delovanje saprofitskihgliv najpomembnejše pri razgradnji kompleksnejših snovi (lignina), manj občutljive

23 3. Kemična transformacija mineralizacija, vgradnja v mikrobno biomaso, nerazgrajeni ostanek (humus) Delovanje bakterij hitra rast, bolj pomembne pri razgradnji labilnejšega ogljika, razgradnja tudi v zelo neugodnih (npr. anoksičnih) razmerah Glive bele trohnobe (white-rot) Delovanje saprofitskihgliv najpomembnejše pri razgradnji kompleksnejših snovi (lignina), manj občutljive na pomanjkanje N in P, hitrejše širjenje z razrastjo hif, uspešnejše v nekoliko bolj kislih razmerah, predstavljajo 60-90% mikrobne biomase v gozdovih, manj na njivah in travnikih Dodajanje dušika ne pospeši razgradnje lesa! Glive rjave trohnobe (brown-rot) 150

24 Hitrost razgradnje organske snovi (zmanjšanje mase opada v časovni enoti ali % od začetne mase v času) Hitrost razgradnje približno pojasnimo z eksponentnim modelom: L t = L 0 e kt k = letnamasa opada skupnamasaopada L t masa opada po času t L o - -začetna masa opada k hitrost razgradnje (1/k je čas potreben za razgradnjo) 151

25 Velike razlike v hitrosti razgradnje med rastlinskim materialom Velike razlike med ekosistemi v količini opada in hitrosti razgradnje (koeficient k) 152

26 Dejavniki dekompozicije 1. Fizični dejavniki temperatura, vlaga 2. Količina in kemična sestava opada 3. Sestava združbe talnih organizmov 153

27 Dejavniki dekompozicije 154

28 Vpliv temperature Neposredni vplivi hitrost reakcij, učinek zamrzovanja-odtaljevanja, učinek na mikrobe (pri ekstremnih temp. določen del odmre) Posredni vplivi učinek na vlažnost opada, količino opada, dostopnost hranil, 155

reakcijah V zmernih okoljih je učinek vlažnosti praviloma manjši kot učinek temperature!

29 Vpliv vlage Zmanjšana hitrost razgradnje pri visoki in nizki vlažnosti Visoka vlažnost pomanjkanje kisika -> vodi v druge metabolne poti (denitrifikatorji, Mn 4+, Fe 3+, SO 4 2- reducirajoče bakterije, metanogenci) Nizka vlažnost voda je gradivo, medij, substrat v kem. reakcijah V zmernih okoljih je učinek vlažnosti praviloma manjši kot učinek temperature! Pri nizki vlažnosti je razgradnja MANJ omejena kot NPP, zato v suhih habitatih ni veliko nakopičenega opada in humusa Pri visoki vlažnosti je razgradnja BOLJ omejena kot NPP kopičenje opada (barja) 156

30 Vpliv lastnosti tal Dekompozicija poteka hitreje v nevtralnih do šibko kislih, kot pa v kislih do zelo kislih tleh Neposredni vplivi ph dostopnost nekaterih hranil, pomembnih za razgradnjo Posredni vplivi vpliv na sestavo vegetacije in s tem na kemične lastnosti opada POMEMBNEJE! Visoka šotna barja imajo nizek ph (3-4) Glineni delci v tleh zmanjšujejo hitrost dekompozicije tvorba stabilnejših organsko-mineralnih kompleksov, vpliv na eksoencime bakterij in gliv, vezi preko ionov kovin (vzrok: negativno nabiti glineni delci) Vpliv teksture na dostopnost kisika tleh pomen zračenja Vezava organskih snovi tal na glinene delce preko kationov kovin (M). 157

31 Vpliv sestave rastlinskega materiala 5- do 10-kratne razlike v hitrosti dekompozicije opada v istem klimatskem območju Vzrok je kvaliteta opada, t.j. občutljivost na mikrobno razgradnjo oz. zahtevnost za razgradnjo (specializiranost razkrojevalcev) Labilne snovi (sladkorji, AK, ) >> celuloza, hemiceluloze >> lignin, kutin Kvaliteta opada je povezana z: velikostjo molekul, vrsto kemičnih vezi v molekuli variabilnostjo kemičnih vezi, strupenostjo snovi razpoložljivostjo hranil za mikrobe 158

32 Vpliv sestave rastlinskega materiala Pokazatelji kvalitete opada: 1. Značilnosti rastišča: produktivno okolje lažja, hitrejša razgradnja (R, CR strategije) manj lignina, taninov, strupov, omejujoče okolje počasnejša razgradnja (S, SC strategije) več zaščitnih in strukturnih snovi Grime: R strat. C strat. S strat. 159

Vpliv sestave rastlinskega materiala Pokazatelji kvalitete opada: 2. C:N razmerje: C:N Citoplazma: celična stena Večinoma razpoložljivost dušika NI (!

33 Vpliv sestave rastlinskega materiala Pokazatelji kvalitete opada: 2. C:N razmerje: C:N Citoplazma: celična stena Večinoma razpoložljivost dušika NI (!!!) neposredno povezana s hitrostjo razgradnje, pač pa posredno preko vpliva na sestavo vegetacije Neposredna zveza le pri rastl. materialu z veliko labilnega ogljika (slama, pleveli, ) C:N kaže na neto mineralizacijo N (meja: 20:1) Material C:N Ashes, wood 25:1 Cardboard, shredded 350:1 Corn stalks 75:1 Fruit waste 35:1 Leaves 60:1 Newspaper, shredded 175:1 Peanut shells 35:1 Pine needles 80:1 Sawdust 325:1 Straw 75:1 Wood chips 400:1 Alfalfa 12:1 Clover 23:1 Coffee grounds 20:1 Food waste 20:1 Garden waste 30:1 Grass clippings 20:1 Hay 25:1 Manures 15:1 Seaweed 19:1 Vegetable scraps 25:1 Weeds 30:1 160

34 Vpliv sestave rastlinskega materiala Pokazatelji kvalitete opada: 3. Razmerje lignin:n: Lignin skupni izraz za precej različne, kompleksne spojine (naravni polimer) Mnogo različnih vezi težavnost za razgradnjo Večinoma razgrajujejo le glive Razmerje kaže na kompleksnost rastl. materiala 161

35 Humus Majhen del biomase ostane v tleh kot bolj ali manj trajen ostanek kompleksne organske spojine. Najpomembnejše skladišče ogljika v ekosistemu na dolgi rok (stoletja do tisočletja) Velik delež N (C:N razmerje ca. 10:1) dušik nedostopen rastlinam Velike molekule, variabilna kemična struktura, povezava z glinenimi minerali Razgradnja humusa se pospeši ob motnjah, kjer pride do mešanja tal pomen obdelave tal Humus: humin+huminske kisline+fulvo kisline 162

36 Zmanjševanje talne organske snovi v tleh osrednjega dela ZDA. Zmanjšana obdelava je nekoliko pripomogla k obnovi humusa. 163

37 Oglje je zelo stabilna oblika ogljika v ekosistemu. Za mikroorganizme je izredno težko razgradljivo. 164

Odgovor rastlin na povečane koncentracije CO 2. Ekofiziologija in mineralna prehrana rastlin

Odgovor rastlin na povečane koncentracije CO 2 Ekofiziologija in mineralna prehrana rastlin Spremembe koncentracije CO 2 v atmosferi merilna postaja Mauna Loa, Hawaii. koncentracija CO 2 [μmol mol -1 ]