I processi fondamentali negli ecosistemi: produzione e decomposizione

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1 I processi fondamentali negli ecosistemi: produzione e decomposizione La produzione primaria l attività degli organismi fotosinteticiè la porta di ingresso dell energia nell ecosistema essi sono in grado di sfruttare l energia solare per trasformare composti inorganici semplici in complesse molecole organiche l energia acquisita e stoccata nella biomassa vegetale prende il nome di produzione primaria Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 2 ] 1

2 La fotosintesi 12 H 2 O + 6 CO 2 + energia C 6 H 12 O O H 2 O 709 kcal Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 3 ] La respirazione C 6 H 12 O O H 2 O 12 H 2 O + 6 CO 2 + calore 709 kcal Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 4 ] 2

3 La produzione primaria fotosintesi 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O O H 2 O respirazione 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O O H 2 O Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 5 ] Misurare la produzione primaria ambiente terrestre: metodi diretti 6 mol CO 2 = 72 gc = 709 kcal primavera estate Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 6 ] 3

4 Misurare la produzione primaria ambiente terrestre: metodi indiretti PPN= B+ M(t 1,t 2 ) contenuto di carbonio: ~45-50% della biomassa secca Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 7 ] Misurare la produzione primaria ambiente acquatico: bottiglia chiara e scura 6 mol O 2 = 709 kcal fotosintesi e respirazione PPN solo respirazione PPN + respirazione = PPL Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 8 ] 4

5 Biomi e produzione primaria un biomaè una macroregione caratterizzata da un particolare clima e identificata principalmente dal tipo di vegetazione dominante un insieme di ecosistemi (su scala geografica) Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 9 ] PPN nei diversi biomi Bioma Area Biomassa (totale) Biomassa (densità) PPN totale PPN media (10 6 km 2 ) (PgC) (kgc m 2 ) (PgC yr 1 ) (gc m 2 yr 1 ) Foreste tropicali Foreste temperate Foreste boreali Savane tropicali e praterie Praterie temperate e cespuglieti Deserti e semideserti Tundra Terreno agricolo Ghiaccio Totale terraferma Acque oligotrofiche 11.0 Acque mesotrofiche 27.4 Acque eutrofiche 9.1 Macrofite 1.0 Totale oceano Totale generale Houghton J.T. et al.(2001) IPCC Third Assessment Report - Climate Change 2001: The Scientific Basis FieldC.B. et al.(1998) Primary Production of the Biosphere: Integrating Terrestrial and Oceanic Components. Science 281: Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 10] 5

6 La produzione primaria netta della terra Stime NASA settembre 2012 (fonte: earthobservatory.nasa.gov) Corsodi Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 11] Il concetto di efficienza Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 12] 6

7 Efficienze negli autotrofi efficienza fotosintetica: e F = PPL/ radiazione solare efficienza di produzione netta: e N = PPN/ PPL ordini di grandezza: e F ~0.002 oceani e F ~0.004 terraferma e N ~ perché tanta energia persa? non incidente inefficace inutilizzabile (altri fattori limitanti) Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 13] La radiazione fotosinteticamente attiva Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 14] 7

8 Efficienze negli eterotrofi efficienza di assimilazione: e A = PSL/ ingestione efficienza di produzione netta: e N = PSN/ PSL efficienza di produzione lorda: e L = e A e N = PSN/ ingestione ordini di grandezza: e A ~ e N ~ Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 15] Efficienze negli eterotrofi RicklefsR. (1979) Ecology Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 16] 8

9 La decomposizione l attività degli organismi decompositoriconsente il ricircolo dell energia e della materia nell ecosistema essi sono in grado di mineralizzarele complesse molecole organiche in composti inorganici semplici, rendendoli nuovamente disponibili ai produttori primari Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 17] La decomposizione Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 18] 9

10 La decomposizione Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 19] Decomposizione nei diversi biomi Bioma MOM totale MOM media (PgC) (kgc m 2 ) Foreste tropicali Foreste temperate Foreste boreali Boscaglie Savane tropicali Praterie temperate Tundra e pascoli alpini Deserti Deserti estremi, rocce e ghiacci Terreni coltivati Paludi Totale terraferma 1456 Schlesinger W. (1977) Carbon balance in terrestrial detritus. Annual Review of Ecology and Systematics 8: Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 20] 10

11 Produzione vs. decomposizione: stime recenti Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 21] 11