Fotosintesi Luce + CO 2 + H 2 O carboidrati + O 2 + H 2 O carboidrati + O 2 + H 2 O H 2 O + CO 2 + calore Respirazione Produzione primaria
A caccia di luce... 1 2 3 5 1. epidermide superiore 2. tessuto a palizzata (cloroplasti) 3. tessuto lacunoso 4. epidermide inferiore (stomi) 5. nervatura della foglia 4 Cloroplasti...attraverso le foglie
Dettagli fogliari stomi 2 funzionamento della cellula di guardia
Quale luce è assorbita?
La fotosintesi 12 H 2 O + 6 CO 2 + energia C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O moli 709 kcal moli
La respirazione C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O 12 H 2 O + 6 CO 2 + calore
La produzione primaria PPL PPN = produzione primaria lorda = energia acquisita con la fotosintesi = produzione primaria netta = PPL - energia persa con la respirazione Conoscere la PPN è importante: come? Piante terrestri Metodi diretti 6 moli di CO 2 = 709 Kcal (72 gc) Metodi indiretti PPN = B + M(t 1, t 2 )
Misurare la produzione primaria Ambienti terrestri: metodi diretti Abete di Douglas
Strumentazione (camere di scambio)
Tecniche micrometeorologiche
Torre micrometeorologica all Altopiano del Renon
Misurare la produzione primaria Ambienti terrestri: metodi indiretti PPN = B + M(t 1, t 2 ) Problema 6.12, pag. 58 di 101 problemi di Ecologia
Measuring the dbh [diameter at breast height] of a Prioria copaifera tree (Fabaceae) at the Barro Colorado tropical forest site, Panama. (Zenith Batista and Eduardo Sierra, field supervisors and botanists, are taking the measurements, while Robin Foster [right] is looking through binoculars at the leaves to identify the species. The tree in the background is a Ceiba pentandra (Bombacaceae), one of the largest individuals in the experimental plot. Photograph taken 1990). LTER scientist measures productivity in the tallgrass prairie.
Raccolta del detrito all Altopiano del Renon
Misurare la produzione primaria Ambienti acquatici Metodo della bottiglia chiara e scura Si guarda all ossigeno disciolto sapendo che vale la relazione 6 moli di O 2 scambiate = 709 Kcal Bottiglia chiara = fotosintesi (con respirazione) = PPN Bottiglia scura = solo respirazione Dunque: 1) La somma delle due è la PPL 2) Precisione (zooplancton e batteri) Problema 6.13, pag. 59 ibidem
Metodo delle bottiglie chiara e scura
Biomi e produzione primaria bioma: un insieme di ecosistemi associati a un particolare clima e caratterizzati dal tipo di vegetazione dominante
PPN nei diversi biomi Gradiente geografico (max all equatore) Oceani, deserti e terreni agricoli PPN (g m -2 anni -1 ) Tipo di vegetazione Biomassa (g m -2 ) Tundra artica 100 500 Tundra a cespugli nani 250 2800 Taiga settentrionale 450 10000 Taiga intermedia 700 26000 Taiga meridionale 850 33000 Faggete 1300 37000 Querceti 900 40000 Steppe temperate 1120 2500 Steppe aride 420 1000 Deserti a cespugli nani 122 430 Deserti subtropicali 250 600 Foreste subtropicali 2450 41000 Savane aride 730 2680 Savane 1200 6660 Foreste pluviali tropicali 3250 50000 Mangrovie 930 12730 Oceano aperto 125 3 Piattaforma continentale 350 10 Terreno agricolo 650 1000
La produzione primaria netta della terra Stime NASA per il 2002
PPN sul pianeta: bilanci globali N.B. kgc ~ 50% kg biomassa secca Bioma Area (10 6 km 2 ) Biomassa totale (PgC) Densità di biomassa (kgc m- 2 ) PPN totale (PgC anno -1 ) PPN media, produttività (gcm -2 anno -1 ) Foreste tropicali 17.5 340 19.4 21.9 1251.4 Foreste 10.4 139 13.4 8.1 778.8 temperate Foreste boreali 13.7 57 4.2 2.6 189.8 Savane tropicali e 27.6 79 2.9 14.9 539.9 praterie Praterie 17.8 23 1.3 7 393.3 temperate e cespuglieti Deserti e 27.7 10 0.4 3.5 126.3 semideserti 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 Totale terraferma Acque 11.0 oligotrofiche Acque 27.4 mesotrofiche 149.3 654 4.4 62.6 419.3 Acque eutrofiche 9.1 Macrofite 1.0 Totale oceano 361 3 0.0083 48.5 134.3 Totale generale 510.3 657 1.29 111.1 217.7 (IPCC 2001, Field et al. 1998)
Figure 1. Global annual NPP (in grams of C per square meter per year) for the biosphere, calculated from the integrated CASA-VGPM model. The land vegetation index from the AVHRR sensors is the average from 1982 to 1990. Global NPP is 104.9 Pg of C year -1 (104.9 10 15 g of C year- 1 ), with 46.2% contributed by the oceans and 53.8% contributed by the land.
Un semplice calcolo globale Radiazione che raggiunge la terra ogni anno: 3 10 24 J PPN globale: 111.1 10 15 gc/anno 72 gc = 709 kcal = 4.18 709 10 3 J PPN globale: 4.57 10 21 J/anno Solo lo 0.15% dell energia solare è immagazzinata nella biomassa vegetale
Il concetto di efficienza energia (o materia) entrante [u] dissipazione o perdita/consumo energia (o materia) uscente [y] e = y / u In particolare per i produttori primari si ha e = efficienza fotosintetica = F PPL energia radiazioni solari e N PPN = efficienza produzione netta = PPL
persa respirazione Efficienze negli autotrofi SOLE PPL PPN e F e e F N ordini di grandezza 0.002 oceani 0.004 terraferma 0.4 / 0.6 non incidente Perché tanta energia viene persa? incidente ma inefficace (frequenza) non solo sole (H 2 O e nutrienti)
Photosynthetically Active Radiation
Produzione negli eterotrofi PSL = produzione secondaria lorda = energia assimilata PSN = produzione secondaria netta = PSL perdite (somma di escrezione e respirazione) Ingestione e = efficienza di assimilazione = A PSL Ingestione Egestione Assimilazione e N = efficienza produzione netta = PSN PSL Escrezione Respirazione e = efficienza produzione lorda = e e = L A N PSN Ingestione Produzione (crescita e riproduzione)
Efficienze negli eterotrofi
Efficienze negli eterotrofi SI VEDA TABELLA 4.3 DELLA DISPENSA iso e L
La decomposizione
Decomposizione in diversi ecosistemi
Decomposizione e MOM nei vari biomi E un processo dinamico descrivibile come dmom = M () t δ MOM () t dt La rapidità del processo varia da bioma a bioma δ equatoriale >> δ polare Tipo ecosistema MOM nel suolo media (kg C m-2) Area (10 6 km 2 ) Foresta tropicale 10.4 24.5 255 Foresta temperata 11.8 12 142 Foresta boreale 14.9 12 179 Boscaglia 6.9 8.5 59 Savana tropicale 3.7 15 56 Prateria temperata 19.2 9 173 Tundra e pascoli 21.6 8 173 alpini Deserto 5.6 18 101 Deserto estremo, 0.1 24 3 roccia e ghiaccio Terreno coltivato 12.7 14 178 Palude 68.6 2 137 Totale di 147 1456 MOM nel suolo totale (10 9 tc)
Confronto produzione - decomposizione Bioma Densità di biomassa Biomassa totale (PgC) (kgc m- 2 ) Foreste tropicali 19.4 340 Foreste temperate 13.4 139 Foreste boreali 4.2 57 Savane tropicali e 2.9 79 praterie Praterie temperate e 1.3 23 cespuglieti Deserti e semideserti 0.4 10 Tundra 0.4 2 Terreno agricolo 0.3 4 Ghiaccio 0 0 Totale terraferma 4.4 654 Tipo ecosistema di MOM nel suolo media (kg C m-2) Foresta tropicale 10.4 255 Foresta temperata 11.8 142 Foresta boreale 14.9 179 Boscaglia 6.9 59 Savana tropicale 3.7 56 Prateria temperata 19.2 173 Tundra e pascoli 21.6 173 alpini Deserto 5.6 101 Deserto estremo, 0.1 3 roccia e ghiaccio Terreno coltivato 12.7 178 Palude 68.6 137 Totale 1456 MOM nel suolo totale (10 9 tc)
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