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
La fotosintesi 12 H 2 O + 6 CO 2 + energia C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O 709 kcal Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 3 ] La respirazione C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 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
La produzione primaria fotosintesi 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O respirazione 12 H 2 O + 6 CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 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
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
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 17.5 340 19.4 21.9 1251.4 Foreste temperate 10.4 139 13.4 8.1 778.8 Foreste boreali 13.7 57 4.2 2.6 189.8 Savane tropicali e praterie 27.6 79 2.9 14.9 539.9 Praterie temperate e cespuglieti 17.8 23 1.3 7 393.3 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 62.6 419.3 Acque oligotrofiche 11.0 Acque mesotrofiche 27.4 Acque eutrofiche 9.1 Macrofite 1.0 Totale oceano 361.0 3 0.0083 48.5 134.3 Totale generale 510.3 657 1.3 111.1 217.7 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: 237-240 Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 10] 5
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
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 ~0.4 0.6 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
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 ~0.1 0.9 e N ~0.01 0.4 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
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
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 255 10.4 Foreste temperate 142 11.8 Foreste boreali 179 14.9 Boscaglie 59 6.9 Savane tropicali 56 3.7 Praterie temperate 173 19.2 Tundra e pascoli alpini 173 21.6 Deserti 101 5.6 Deserti estremi, rocce e ghiacci 3 0.1 Terreni coltivati 178 12.7 Paludi 137 68.6 Totale terraferma 1456 Schlesinger W. (1977) Carbon balance in terrestrial detritus. Annual Review of Ecology and Systematics 8: 51-81 Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 20] 10
Produzione vs. decomposizione: stime recenti Corso di Ecologia modulo 9: i processi fondamentali negli ecosistemi [ 21] 11