... 05.11.2014r
Sprawozdanie 1  Produkcja pierwotna
1. Pomiar tempa produkcji pierwotnej w mezokosmosach.
Wstęp:
Celem ćwiczenia był pomiar tempa produkcji pierwotnej roślin rosnących na glebie w pojemniku
określonym jako mezokosmos.
Materiał i metody badań:
Tempo produkcji pierwotnej obliczono na podstawie pomiarów zmian stężenia CO2 wytwarzanego
przez mezokosmos, który stanowił szczelnie zamknięty pojemnik z glebą i rosnącymi na niej
roślinami. Dokonano dwóch pomiarów: na świetle oraz w ciemności, za pomocą sondy do pomiaru
stężenia CO2 VAISALA GMP343. Każdy pomiar trwał około 10 minut: jeden w mezokosmosie
oświetlonym oraz drugi w mezokosmosie przykrytym czarnym pokrowcem i przy wyłączonym
świetle. Sondę GMP343 oraz termometr elektroniczny podłączono do konwertera RS-USB (srebrna
skrzynka z napisem COM 5 ) za pomocą pomarańczowego kabla. Następnie kablem USB
podłączono konwerter do komputera. Włączono konwerter.
Pomiarów komputerowych dokonano w oprogramowaniu RESPIRO2. Po dokonaniu wszystkich
ustawień związanych z podłączeniem urządzenia pomiarowego do oprogramowania termometr
umieszczono na powierzchni gleby natomiast sondę w odpowiednim otworze pojemnika w którym
znajdował się mezokosmos. Rozpoczęto pomiar stężenia CO2 w ciemności przez 700 sekund. Na
jego podstawie oprogramowanie sporządziło wykres zależności stężenia dwutlenku węgla od czasu
(wykres 1). Przed przystąpieniem do pomiaru oświetlonego mezokosmosu zmierzono natężenie
promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR) którego wartość wynosiła: 45,5 mm*m-2*s-1.
Następnie powtórzono czynność pomiaru CO2 na analogicznie do pomiaru prowadzonego w
ciemności ale przy obecności światła. Uzyskano kolejny wykres zależności stężenia CO2
produkowanego przez mezokosmos w oświetleniu od czasu (wykres 2).Na podstawie otrzymanych
wyników obliczono tempo produkcji pierwotnej ekosystemu.
Wykres 1. Pomiar CO2 w czasie dokonany w ciemności.
Wykres 2. Pomiar zmiany stężenia CO2 w czasie dokonany na świetle.
Następnie sporządzono 2 wykresy (dla pomiaru w ciemności  wykr 3 oraz na świetle  wykr 4)
tylko dla tych punktów które układały się przez dłuższy czas w linii prostej. Dopasowano do tych
punktów proste regresji, sporządzono równanie regresji i współczynnik korelacji które wynoszą
odpowiednio:
1. Pomiar stężenia CO2 na świetle:
- równanie regresji: y=-0,0678x + 749,9
- współczynnik korelacji:R2=0,8625
2. Pomiar stężenia CO2 w ciemności:
- równanie regresji: y=0,15x + 727
- współczynnik korelacji: R2= 0,9571
Wykres 3: prosta regresji dla pomiaru CO2 na świetle.
Wykres 4. Prosta regresji utworzona dla pomiaru CO2 w ciemności.
Współczynnik kierunkowy prostej regresji informuje o ile ppm CO2 zmienia się jego stężenie w
ciągu sekundy. Objętość mezokosmosu ponad glebą wynosi 43,05 dm3 a jego powierzchnia 0,16
m2. Na podstawie tych danych przeliczono tempo zmiany stężenia CO2.
Obliczenia:
Tempo zmiany stężenia CO2 dla mezokosmosu na świetle:
-0,0678 ppm CO  1 s
2
x ppm CO  3600s
2
x= -244,08 ppm CO
2
-244,08 ppm CO2/h  0,16m2
x m CO2/h  1m2
x= -1530 ppm CO x m-2 x h-1
2
1mol CO2  22,4 dm3
x mol CO2  43,05 dm3
x = 1,92 mol CO2
1mol CO2  44g
1,92 mol CO2  x g
x = 84,5 g
Wartość produkcji pierwotnej w oświetlonym mezokosmosie wynosi:
- 1530 ppm CO2 � m-2 � h-1 � 84,5g =-129285 ppm g CO � m-2 � h-1 = -0,129285 gCO � m-2 � h-1
2 2
Tempo zmiany stężenia CO2 dla mezokosmosu w ciemności:
0,157 ppm CO2  1s
x ppm CO2  3600s
x= 540 ppm CO2
540 ppm  0,16m2
x ppm  1m2
x= 3375 ppm CO2
Wartość produkcji dla mezokosmosu w ciemności wynosi:
3375 ppm CO � m-2 � h-1 � 84,5g = 285187 ppm g CO � m-2 � h-1 = 0,285187 g CO � m-2 � h-1
2 2 2
Całkowita produkcja pierwotna dla badanego mezokosmosu wynosi:
0,285187 g CO � m-2 � h-1 - (-0,129285 g CO � m-2 � h-1 ) = 0,4144 g CO � m-2 � h-1
2 2 2
Dyskusja:
Z powyższych pomiarów wynika, że proces respiracji (oddychania) zachodzi nieustannie, bez
względu na oświetlenie, o czym świadczy obecność CO w obu pomiarach. Jednak intensywność
2
tego procesu jest różna w zależności od warunków panujących w danym ekosystemie. Ciągłe
wydzielanie CO jest spowodowane rozkładaniem wyprodukowanego w trakcie fotosyntezy cukru
2
w obecności tlenu. W ten sposób roślina zyskuje niezbędną do życia energię. W czasie oddychania
poza energią powstaje dwutlenek węgla, który jest uwalniany do atmosfery.
Ujemny współczynnik regresji dla mezokosmosu oświetlonego świadczy o tym, że tempo
wydzielania CO jest mniejsze, ponieważ roślina pobiera go do przeprowadzenia procesu
2
fotosyntezy. Natomiast w mezokosmosie pozbawionym dostępu do światła intensywność respiracji
jest wyższa, gdyż proces fotosyntezy jest zahamowany i roślina rozkłada wyprodukowane cukry,
czego produktem jest dwutlenek węgla.
2. Produkcja pierwotna  łąki
Wstęp:
Celem ćwiczenia był pomiar produkcji pierwotnej łąki znajdującej się w okolicach ul.
Gronostajowej, nieopodal Kampusu UJ.
Materiały i metody:
Pomiarów dokonano metodą żniwną na podstawie zebranego materiału na który składały się rośliny
zielne. W tym celu użyto drewnianej ramy o wymiarach 0.5x0.5m i za pomocą sekatora wycięto , a
następnie zebrano materiał roślinny. Dokonano 7 pomiarów w sąsiadujących ze sobą miejscach.
Następnie zważono świeżo zebrany materiał oraz materiał po wysuszeniu. Wyniki zamieszczono w
Tabeli 1.
Drugą częścią zadania był pomiar energii zawartej w materiale roślinnym przy użyciu kalorymetra
PARR 6100. W tym celu zważoną próbkę (peletkę) trawy umieszczono w bombie kalorymetru.
Bombę napełniono tlenem i umieszczono w wiaderku z wodą i założono elektrody zapłonowe.
Dokonano pomiaru trwającego ok 8 min. Czynność powtórzono dokonując pomiaru próbki drewna.
Otrzymano następujące wyniki:
Masa peletki trawy: 0,9859g
Wartość kaloryczna: 24,03 kJ/g
Na podstawie otrzymanych wyników obliczono produkcje pierwotną łąki.
Tabela 1. Masa trawy mokrej i suchej dla danego pomiaru.
Numer pomiaru Masa mokrej trawy (g) Masa suchej trawy (g)
1 119,07 69,59
2 83,69 50,57
3 31,77 31,77
4 72,65 36,88
5 152,37 83,41
6 101,06 57,53
7 53,59 34,35
1. Masa suchej trawy = 69,59+50,57+31,77+36,88+83,41+57,53+34,35= 364,1g
obszar = (0,5x0,5)x7= 1,75 m2
Produkcja pierwotna netto: 364g : (1,75 m2 � 1rok) = 208g � m-2 � rok-1
-2 -2
Produkcja pierwotna netto (wyrażona w kJ) = 24,03 kJ/g � 208g � m � rok-1 = 4998,24 kJ � m � rok-
Biomasa:
1g s.m  5g biomasy
364,1g s.m  x g biomasy
x= 1820 g biomasy
Energia zawarta w biomasie:
1820g x 24,03 kJ/g = 43734 kJ
3. Stan biomasy drzewostanu modrzewiowego.
Wstęp:
Celem ćwiczenia było zbadanie stanu biomasy  lasu modrzewiowego badanego podczas zajęć
terenowych.
Materiały i metody badań: Za pomocą odpowiednich przyrządów dokonano pomiarów wysokości
oraz wielkości pierśnicy 14 modrzewi. Zmierzono również odległość najbliższych 2 drzew
sąsiadujących z badanym modrzewiem. Wyniki umieszczono w Tabeli 2. Dokonano pomiarów
wartości energetycznych drewna za pomocą kalorymetru PARR 6100. Uzyskano następujące
wyniki: Masa peletki drewna: 1,1002g
Wartość kaloryczna: 21 kJ/g s
Tabela 2. Wyniki pomiarów z zajęć terenowych.
Nr drzewa Wysokość [m] Pierśnica [cm] Odległość od
najbliższego
sąsiada [m]
1 18 29,4 4,81
2 16 31,7 3,61
3 17 36 3,88
4 16 29,5 5,44
5 12 34 3,55
6 10 22 4,78
7 17 29,5 1,9
8 13 20,5 1,96
9 19 30,5 2,15
10 16 41 5,31
11 20 11,26 2,05
12 19 12,24 2,06
13 15 23,9 1,75
14 17 23,7 1,75
Na podstawie powyższych wartości obliczono stan biomasy lasu modrzewiowego według gotowych
wzorów empirycznych opracowanych przez Sulińskiego.
Należy policzyć jaki był stan biomasy  lasu modrzewiowego badanego podczas zajęć terenowych.
Proszę podać także, ile w tej biomasie jest zgromadzone energii wykorzystując dane z pomiarów
kalorymetrycznych. Proszę pamiętać o właściwych jednostkach.
Miąższość (objętość) grubizny wyliczono korzystając ze wzoru:
�v - objętość pni i gałęzi pojedynczego drzewa [m3]; d - pierśnica (średnica pnia na wysokości
1,3 m) [m]; h  wysokość drzewa [m], ą, �, ł  parametry
Rodzaj Współczynniki
ą � ł
Sosna 1,43 1,96 0,6
Modrzew 0,1 1,48 1,27
Świerk 1,1 1,88 0,68
Dąb 1,47 2,09 0,68
Brzoza 0,39 1,95 0,93
Olcha 0,9 2 0,7
Drzewo nr 1: v= 0,1 x 0,29,41,48 x (18-1,3)1,27 =0,531 m3
(pomiary miąższości dla pozostałych drzew wykonano analogicznie do powyższego przykładu)
Suma miąższości wszystkich badanych drzew wynosi: 5,13 m3
Biomasę lub suchą masę obliczono mnożąc odpowiednią objętość przez specyficzny dla gatunku
współczynnik:
Rodzaj drzewa Gęstość drewna świeżego Gęstość drewna suchego
[g/cm3] [g/cm3]
Sosna 0,7 0,42
Świerk 0,75 0,43
Modrzew 0,76 0,45
Dąb 1,08 0,62
Brzoza 0,94 0,61
Olcha 0,69 0,49
Biomasa:
Drzewo 1: 531,9x0,76=404,2 kg
(pomiary dla pozostałych drzew wykonano analogicznie do powyższego przykładu)
Suma biomasy drzew = 4326 kg
Zagęszczenie wyliczono na podstawie tzw. metody najbliższego sąsiada zgodnie ze wzorem:gdzie
m to średni areał drzewa, - średnia odległość od najbliższego sąsiadującego drzewa
r = 3,24
m = (3,24)2/0,36 = 29
Miąższość (objętość) grubizny wszystkich drzew łącznie: 5,13 m3
Biomasa drzewostanu: 4326 kg
Energia zgromadzona w biomasie: 5,13 m3 � 4326000 g/m3 � 24,03 kJ/g =53261712 kJ
Literatura:
Weiner, J., 2003: Życie i ewolucja biosfery. Rozdz. 5.2. Metody pomiaru produkcji pierwotnej.
PWN, Warszawa, 106-113.
Tertil, R. 1987. Produkcja pierwotna drzew. Pomiary biomasy drzew stojących. W: Górecki A.,
Kozłowski J., Gębczyński M. (red.) Ćwiczenia z ekologii. Kraków-Białystok, 237-240.