I processi fondamentali negli ecosistemi: produzione e decomposizione

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Ignazio De Marco
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1 I processi fondamentali negli ecosistemi: produzione e decomposizione

2 La produzione primaria l attività degli organismi fotosintetici è 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 ]

semplici in complesse molecole organiche l energia acquisita e stoccata nella biomassa vegetale prende

3 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 ]

4 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 ]

5 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 ]

CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O Corso di Ecologia

6 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 ]

7 Misurare la produzione primaria ambiente terrestre: metodi indiretti PPN = DB + M(t 1,t 2 ) contenuto di carbonio: ~45-50% della biomassa secca Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 7 ]

8 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 ]

respirazione PPN solo respirazione PPN + respirazione = PPL

9 Biomi e produzione primaria un bioma è un insieme di ecosistemi (su scala geografica), associati a un particolare clima e caratterizzati principalmente dal tipo di vegetazione dominante Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 9 ]

caratterizzati principalmente dal tipo di vegetazione dominante

10 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 Field C.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 ]

3 Deserti e semideserti 27.7 10 0.4 3.5 126.3 Tundra 5.6 2 0.4 0.5 89.3 Terreno agricolo 13.5 4 0.3 4.1 303.7 Ghiaccio 15.5 0 0.0 0.0 0.0 Totale terraferma 149.3 654 4.4 62.6 419.

11 La produzione primaria netta della terra Stime NASA agosto 2011 (fonte: earthobservatory.nasa.gov) Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 11 ]

12 La produzione primaria netta della terra Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 12 ]

13 Quanto è efficiente la produzione primaria? radiazione solare incidente: 342 W/m 2 raggio della terra: 6373 km 1 W = 1 J/s 1 cal = J PPN globale: gc/anno 72 gc = 709 kcal quale frazione dell energia solare è immagazzinata nella biomassa vegetale? Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 13 ]

= 4.1868 J PPN globale: 111 10 15 gc/anno 72 gc = 709 kcal quale frazione dell

14 Quanto è efficiente la produzione primaria? radiazione solare incidente: R = 342 W/m 2 raggio della Terra: r = 6373 km radiazione incidente totale: R 4pr 2 /2 = W energia che raggiunge la terra ogni anno: J/anno = kcal/anno PPN globale: gc/anno = kcal/anno solo lo 0.15% dell energia solare è immagazzinato nella biomassa vegetale! Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 14 ]

= 8.73 10 13 W energia che raggiunge la terra ogni anno: 2.75 10 24 J/anno = 6.57 10 20 kcal/anno PPN globale: 1.

15 Il concetto di efficienza Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 15 ]

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.

16 Efficienze negli autotrofi efficienza fotosintetica: e F = PPL / radiazione solare efficienza di produzione netta: e N = PPN / PPL ordini di grandezza: e F ~ oceani e F ~ terraferma e N ~ perché tanta energia persa? non incidente inefficace inutilizzabile (altri fattori limitanti) Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 16 ]

004 terraferma e N ~ 0.4 0.6 perché tanta energia persa?

17 La radiazione fotosinteticamente attiva Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 17 ]

18 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 [ 18 ]

e L = e A e N = PSN / ingestione ordini di grandezza: e A ~ 0.1 0.9 e N ~ 0.

19 Efficienze negli eterotrofi Ricklefs R. (1979) Ecology Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 19 ]

20 La decomposizione l attività degli organismi decompositori consente il ricircolo dell energia e della materia nell ecosistema essi sono in grado di mineralizzare le complesse molecole organiche in composti inorganici semplici, rendendoli nuovamente disponibili ai produttori primari Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 20 ]

molecole organiche in composti inorganici semplici, rendendoli nuovamente disponibili ai

21 La decomposizione Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 21 ]

22 La decomposizione Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 22 ]

23 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 [ 23 ]

24 Produzione vs. decomposizione: stime recenti Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 24 ]

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