Biomassza és produktivitás közti összefüggések
adott NPP-t kisebb biomassza is megtermelhet ha erdőket összehasonlítunk nem-erdei terresztris rendszerekel biomassza kisebb a vízi rendszerekben
P : B arányok erdők: 0.042 egyéb szárazföldi: 0.29 vízi: 17
Okok:
- erdőkben a biomassza jórésze halott anyag
- füves területek: kevesebb, de biomassza akár 50% lehet gyökér
- vízben: nincs szükség tartószövetekre, gyökerekre, nem halmozódnak fel az elpusztult sejtek (valaki mindig megeszi őket). gyors a nemzedékváltás (turnover)
P : B arányok az autogenikus szukcesszióban:
Az a biomassza, amit mi meghatározunk nem igazán reális Reálisabb: élő, fotoszintetizáló szöveteket mérni → valószínű elmosódnának a nagy P : B különbségek és a megmaradó arány sokkal informatívabb lenne! De sajnos...
Primér produkciót limitáló tényezők Terresztris közösségek
Mi az ami kell hozzá? források:
napfény CO2 víz talaj-tápanyagok
feltétel:
hőmérséklet (fotoszintézis rátája)
CO2: - koncentráció nem változik jelentősen az atmoszférában - nincs szerepe az eltérő produktivitásokban, bár a globálisan nő koncentráció
fény földrajzi helytől függően: 0-5 J napenergia bombáz 1 m2 földfelületet percenként ha ebből fotoszintézis révén mind növényi biomassza keletkezne → kb. 2x annyi mint a jelenlegi értékek - napenergia jórésze nem használható a növények számára kb. 44% használható hullámhosszú
PAR (Photosynthetically Active Radiation) és a földfelszín feletti NPP-be való beépítés hatékonysága
- napsugárzás felléphet limitáló tényezőként a közösség produktivitásában ennek vizsgálatához tudnunk kell, hogy a fényintenzitás növelésével nő-e vagy változatlan marad a produktivitás a nap bizonyos szakaszaiban a fényintenzitás a lombkorona szinten történő fotoszintézis optimuma alatt van maximális fény mellett is levelek homályban C4-es növények: napsugárzás telítési intenzitását szinte sosem érik el, így ezek produkcióját limitálhatja a PAR még a legverőfényesebb napokon is
- felhasználható napsugárzás jóval hatékonyabban hasznosulna, ha a többi forrás is bőségesen rendelkezésre állna. Ezt bizonyítja a mezőgazdasági rendszerek magas produktivitása is
víz Erdők: földfelszín feletti NPP és csapadék közti kapcsolat
arid régiók: lineárisan nő az NPP a csapadék növekedésével párásabb légkörű erdők: plató, ami felett már nem nő tovább sok csapadék nem jelent feltétlenül sok - növények számára is elérhető – vizet
hőmérséklet Földfelszín feletti NPP és évi középhőmérséklet
ha hőmérséklet nő, nő a bruttó fotoszintézis is de: légzés a hőmérséklet növekedésével exponenciálisan nő → nettó fotoszintézis maximuma jóval a bruttóé alatt van magasabb hőmérsékleten a transpiráció is nő → gyorsabban fogy a víz
a. – hőmérsékleti optimum egy növény növekedésében, a három kritikus hőmérséklettel b, c – hőmérséklet hatása a bruttó és nettó fotoszintézisre és a légzésre
Potenciális EvapoTranspiráció (PET) = az a maximális ráta, amellyel a víz az atmoszférába párologhat (mm év-1), ha ismerjük a napsugárzás, átlag páradeficit értékét a levegőben, a szélsebességet és hőmérsékletet PET mínusz csapadék = durva index, hogy a növényi növekedés számára elérhető (alkalmas) víz alatta van-e vagy sem annak a szintnek amit az aktívan növekvő növények elpárologtatnak.
PET és NPP viszonya
vízhiány: limitálja a fotoszintézist, de következménye lesz a sokkal ritkásabb növényzet így a napsugárzás jórésze a csupasz földre esik → ez magyarázza inkább a sivatagok alacsonyabb produktivitását és nem a növények alacsony fotoszintézis rátája növények
vö: épp itt vannak a leghatékonyabb C4-es
Levélfelületre eső biomassza produkció (g g -1 év -1)
ha nem földfelszínre vetítjük a biomassza produkciót hanem levélfelületre:
2,5 2
2,33
2,22 1,64
1,5
1,21
1 0,5 0 Tűlevelű erdő
Lombhullató erdő
Füves területek
Sivatag
LAI (Leaf Area Index) – egységnyi földfelületre eső levélfelület sivatagban kisebb mint erdőben általában: ha újabb levél adódik a lombkoronához, nő a LAI és a produkció de: ha már árnyékba kerülnek légzési ráta egyenlő lehet a fotoszintézis rátával
egyéb lombkorona produktivitást befolyásoló strukturális jellemzők: - a levelek dőlési szöge - a levelek sűrűségének mintázata az alsóbb rétegekben
produktivitás csak abban az év-szakaszban amikor fotoszintetikusan aktív levélkoronát viselnek lombhullatók: limit örökzöldek: vannak időszakok mikor a légzéssel egyenlő vagy annál kisebb a fotoszintézis
Észak-amerikai fenyőerdők és fotoszintézisre alkalmas napok egy É-D gradiens mentén
Kontraszt a lombhullató bükk (Fagus sylvatica) és lucfenyő (Picea abies) között bükk: - nagyobb fotoszintézis ráta, még az árnyékban levő leveleknél is nagyobb mint az egyéves fenyőtűknél - sokat fektet minden évben a biomassza produkcióba (új levelek) fenyő: - hosszabb a növekedési időszak - pozitív CO2 felvétel 260 napon át (vs. 176)
Bükk
Lucfenyő
Kor (év)
100
89
Magasság (m)
27
25.6
széles
tű alakú
Levelek évi produkciója
magasabb
alacsonyabb
Fotoszintetikus teljesítmány per egységnyi száraz levél
magasabb
alacsonyabb
Növekedési időszak (nap)
176
260
Primér produkció (t C ha-1 év-1
8,6
14,9
Levél alakja
Nem számít milyen fényesen süt a nap, milyen gyakran esik eső és milyen megfelelő a hőmérséklet → a produktivitás alacsony marad ha nincs talaj vagy kevés az ásványi tápanyag - geológiai körülmények: talaj kialakulása ill. benne az ásványok mennyiségét és eloszlását mozaikos szerkezetű a közösségek produktivitása
LEGnagyob jelentőségű ásványi anyag: kötött nitrogén minden agrár-rendszer primér produkció növekedéssel válaszol ha N-t adagolnak
Más anyagok: Pl. foszfát és cink Ausztráliában - Pinus radiata ültetvények
Vízi közösségek primér produktivitása a produktivitás limitáló fő tényezők vízi környezetben: - tápanyagok (nitrogén, általában nitrát és foszfor mint foszfát) - fény - legelés intenzitása produktív vízi közösségek általában ott, ahol sok a tápanyag
Tavak tápanyagellátása: bemosódás kőzetekről és talajból esőből emberi tevékenység révén (műtrágyák és szennyvíz) tápanyag elérhetőség nagyon változhat víztestenként
Fitoplankton NPP és állandósult foszfor-tartalom
Óceánok: lokális nagy produktivitású helyek, ahol sok a tápanyag ezek forrása: 1. folyótorkolatok, ahonnan folyamatosan a selfek fölé áramlanak a tápanyagdús vizek
2. feltörő óceáni áramlatok: kontinentális selfek felett a szél a nyílt víz fele sodorja felső rétegeket és feltör alulról a hidegebb, de a szedimentációs folyamatok révén tápanyagokban gazdagabb víz Ahol feltör: algavirágzás - kirobbanó fitoplankton produkció. heterotrofikus szervezetek kihasználják → halban gazdag területek, nagy madárkolóniák
BPP csökken a mélységgel:
- fényt a vízmolekulák és oldott anyagok nyelik el, mélységgel exponenciálisan csökken - felszínhez egészen közel: erős napsütés esetén akár a fotoszintézis fotoinhibícióját is okozhatja
minél több a tápanyag, annál kisebb az eufotikus zóna:
Primér produkció szezonális változása égövek alatt:
