Rozdział 5 Produkcja pierwotna biosfery
5.1 Energetyka produkcji biomasy
Na metabolizm sumują się dwa duże procesy kształtujące oblicze biosfery: produkcja i dekompozycja. Produkcja realizowana przez rośliny naczyniowe i jednokomórkowe glony. Z całej energii promieniowania pobierają tylko niewielką część widma tzw. Promieniowanie czynne fotosyntetycznie (PAR). Nawet z tej ilości pewna część zostaje odbita lub rozprasza się jako ciepło. Niewielki odsetek zostanie związany w procesie fotosyntezy w postaci wysokoenergetycznych wiązań ATP i cukrów. PAR nie przekracza 44% całkowitej energii promieniowania docierającego do poziomu morza
Produkcja pierwotna netto- przyrost biomasy roślin stanowi różnicę między masą materii organicznej wyprodukowanej podczas fotosyntezy a ilości która zostanie jednocześnie zużyta prezz rośliny.
Respiracja- oddychanie, energia rozproszona w postaci ciepła.
Produkcja pierwotna brutto- netto+ respiracja.
Praca- polega na przekazywaniu energii lub na przemieszczaniu ciał pod działaniem siły wzdłuż jakieś drogi.
Dwa źródła energii:
-energia cieplna zmagazynowana w Ziemi
Ma postać strumienia ciepła która płynie od gorącego jądra ku chłodniejszej powierzchni gdzie rozprasza się w postaci promieniowania podczerwonego. Ale całkowity wypływ energii z wnętrza Ziemi jest niewielki około 80mW/m2
-energia docierająca z kosmosu głównie ze Słońca
Natężenie promieniowania słonecznego: mierzone prostopadle do kierunku promieniowania powyżej atmosfery 1860W/m2. Wartość ta jest stałą słoneczną zmienia się nieznacznie w 11 letnim cyklu aktywności Słońca.
Powierzchnia przekroju kuli jest 4 razy mniejsza od jej całkowitej powierzchni.
Suma energii docierającej do planety wynosi 17,34x1016. Jest to 4000 razy więcej niż z wnętrza ziemi.
Międzynarodowy Program Biologiczny- cel badań to troska do wyżywanie ludności. Pomiar produktywności naturalnych i sztucznych ekosystemów
5.2 Metody pomiaru produktywności produkcji pierwotnej.
1.Metody bezpośrednie (żniwne)
Polegają na zbieraniu i bezpośrednim ważeniu biomasy. Określenie biomasy w 1 wybranym momencie. Trzeba też znać tempo rotacji biomasy.
2. metody fizjologiczne- tempo pochłaniania dwutlenku węgla lub uwalania tlenu.
Metoda jasnych i ciemnych butelek. W Butelce przezroczystej zajdzie fotosynteza i oddychanie a w ciemnej tylko oddychanie. Metoda ta też może polegać na wykorzystaniu izotopów promieniotwórczych lub stabilnych.
3. metody pośrednie- mierzyć ilość chlorofilu w jednostce powierzchni. Od ilości chlorofilu zależy proces wiązania CO2 i w jakim tempie produkowana jest materia.
4. metody wskaźnikowe- biorąc pod uwagę masę lub całkowitą powierzchnie liści w ekosystemie.
Stan : kgxm2
Produkcja kgxm-2xrok-1
1 g suchej masy=4,1 kcal=17,2KJ
Średnie natężenie PAR w okolicy Krakowa: 42,5W/m2
5.3 Od czego zależy tempo produkcji pierwotnej.
- największe wartości produkcji pierwotnej w rejonach równikowych:
Ameryki Południowej
Afryki
Kontynentowi Azji
Wysp Pacyfiku
Oceanu Indyjskiego
-najmniejsze: zwrotniki
Wysokie góry
Strefy polarne
Centra kontynentów
Zależy od:
-dostępność substancji chemicznych
-klimat
-światło, CO2, H20
-sub. mineralne : azot fosfor potas magnez
-cechy fizjologiczne roślin
5.4 Produkcja pierwotna w oceanach
-Fotosynteza tylko w przypowierzchniowej warstwie , tempo zależy od czynników wpływających na jego przezroczystość.
-C02 (0,03%) łatwo się rozpuszcza w wodzie nie brakuje go.
-Czynnikiem limitującym może być azot. Rośliny nie mogą go asymilować. Jedynie sinicie mogą produkować biomasę korzystając z azotu.
-Fosfor pierwiastek deficytowy w pelagicznej warstwie oceanu.
-Strefa afotyczna : światło nie dochodzi , nie ma fotosyntezy a tam gdzie świtało to brak pierwiastków.
Głównym czynnikiem ograniczającym produktywność strefie pelagicznej jest : dostęp pierwiastów odżywczych ------- FOSFOR
Rafy koralowe – ekosystemy płycizn o zamkniętym obiegu pierwiastków.
Wysoka produktywność - obszary podbiegunowe, zachodnie brzegi kontynentów bo specyficzna cyrkulacja prądów morskich.
Głębinowe prądy morskie natrafiają na próg szelfu kontynentalnego i wypychają ku górze żyzne wody przydenne bogate w azot i fosfor . W ten sposób nawożą warstwę wód powierzchniowych gdzie dochodzi jasne światło
Upwellingów- wypychanie wód głębinowych ku powierzchni, tzw. prądy wstępujące
Strefa eufotyczna- warstwa wód powierzchniowych gdzie tempo produkcji jest wyższe niż dekompozycji, bilans biomasy dodatni, jej grubość zależy od przezroczystości w oceanach
5.5 Produkcja pierwotna na lądach
Trudność stanowi dostęp do pier.odżywczych innych niż azot i fosfor ponieważ żadne z nich nie mogą przenikać drogą dyfuzji
Ewapotranspiracja- proces parowania terenowego obejmująca transpiracje( parowanie z komórek roślinnych) oraz ewaporację czyli parowanie z gruntu. Wyróżniamy ewapotranspiracje rzeczywistą gdzie jest stratą pary wodnej przy dostatecznym nawilgoceniu podłoża. I potencjalną która nam mówi jak wysokie mogłoby być parowanie gdyby dostępność wody była wystarczająca, zależy od T i turbulencji powietrza. W Przeciwieństwie rzeczywistą ogranicza dostępność wody.
Czynniki ograniczające: dostępność odżywczych azot i fosfor. Pobieranie fosforu ułatwia symbioza roślin naczyniowych z grzybami ---MIKORYZA. Natomiast w przypadku azotu symbioza roślin z bakteriami które mogą wiązać azot.
Wysoka produktywność ekosystemy sztuczne- Uprawy
FOTOSYNTEZA
| CAM | C3 | C4 |
|---|---|---|
-szparki roślin otwierają się nocą gdy niebezpieczeństwo utraty wody jest mniejsze -gromadzą C02 w cząst. kwasów organicznych a w dzień wykorzystują do fotosyntezy - umożliwia asymilacje w warunkach pustynnych np. u kaktusów |
-dobrze radzą sobie w ciemności -rozrzutne jeśli chodzi o gospodarkę wodną -np. pszenica, żyto, fasola, dąb, sosna |
-duża produktywność przy silniejszym świetle -oszczędzają wodę -wykorzystują C02 przy niższym ciśnieniu parcjalnym - np. kukurydza, trzcina cukrowa, proso, sorgo |
5.6 Bilans bioenergetyczny biosfery
-pustynie produktywność 100g C/m2*rok
-naturalne ekosystemy europejskie maja produktywność rzedu 200-300g C/m2*rok
-największą biomasę produkują lasy i trawy
-zużycie energii przez człowieka
Ludzki organizm w spoczynku zużywa 70-80W przy pracy 350 do 600W. Przeciętni obywatele naszej planety zużywają na wszystkie swoje potrzeby tyle energii ile organizm ssaka tej wielkości zużywa tylko w krótkich momentach maksymalnego wysiłku 2,1W. W krajach rozwiniętych średnie zużycie energii na 1 mieszkańca jest jeszcze większe o rząd wielkości. Innymi słowy zamożna człowiek w ciągu dnia spala taką ilość substratu energetycznego jaka zadowoliłaby jego organizm w ciągu pół roku.