Ecologia: Misure di produttività primaria netta

STIME DI BIOMASSA PRODOTTA: METODI NON

DISTRUTTIVI

 Conteggio del numero degli individui associato alle

dimensioni o alla misura del peso secco

 Misure distruttive su parti (per es. rami) ed

estrapolazione dell’individuo in toto

 Calcolo volumetrico insieme al peso specifico

 Misura della clorofilla

 Misura del LAI = leaf area index (superficie fogliare in

grado di intercettare la luce) Un aereo per 300 passeggeri

vs un aereo monoposto

Una giumenta vs un puledro

Un albero maturo vs un giovane

germoglio

Esempi di accrescimento allometrico

Analisi delle dimensioni

Confronto di regressioni tra spessore dei tronchi e produttività

camera della foglia altri registratore

input

camera del tronco sistema di analizzatore interruttori amplificatore

campiona-

scarico diCO a tempo

mento 2

per l’aria scarico nastro

finale

camera ricoprente

il terreno

supplemento compressore

di aria di

compressa refrigerazione

Sistema di piccole camere per misurare gli scambi di CO in una foresta

2

LEAF AREA INDEX

Area fogliare in grado di intercettare la luce =

superficie delle foglie / superficie del terreno

1 m di terreno

2

100 piante, ciascuna con 10 foglie di 0.003 m 2

LAI= 100x10x0.003/1 = 3

PRODUZIONE

Generazione cumulativa di nuova biomassa durante un

intervallo di tempo specificato

Per es produzione annua si ottiene integrando i valori

di produttivita’ durante un anno

MISURE DI PRODUTTIVITA': METODI DIRETTI

Andamento giornaliero

Inverno Estate Flusso di CO 2

Misurazione dei flussi di CO 2

Energia solare catturata dalla pianta/[CO ]scambiata con l’atmosfera

2

Fotosintesi: 6 moli di CO = 709 KCal

2

6(M) x 12 (Pa) = 72 g C

72 g C equivale ad introitare 709 KCal

PRODUTTIVITA’ IN AMBIENTE ACQUATICO:

Metodo della bottiglia chiara/scura Flusso di O 2

PRODUTTIVITA’ IN AMBIENTE ACQUATICO:

Metodo della bottiglia chiara/scura : O 2

Viene misurata la produzione netta di ossigeno in un dato periodo di tempo: si prelevano due campioni

di acqua di mare (o lago) a una data profondita’ contenente plankton e si mettono in due bottiglie

simili, una trasparente e una oscurata in modo da non far passare la luce (per es. dipinta di nero);

Si misura la concentrazione iniziale di ossigeno e si rimettono le due bottiglie in acqua alla stessa

profondita’ del prelievo;

nella bottiglia chiara l’ossigeno verra’ sia prodotto (per fotosintesi ) che consumato (per



respirazione);

 nella bottiglia scura l’ossigeno viene solo consumato

dopo un dato intervallo di tempo si misura nuovamente l’O disciolto (unita’ = millimoli O /litro)

 2 2

Bottiglia chiara Bottiglia scura

bc bs

Iniziale, 6AM 0.288 0.288

Finale, 9AM 0.292 0.282

Differenza -0.006

+0.004

PPN = PPL - R = +0.004 mmoli O /l (bcF-bcI)

2

R = -0.006 mmoli O /l (bsF-bsI)

2

PPL = PPN + R = 0.004 + 0.006 = 0.010 mmoli O /l

2

A quanto corrisponde in unita’ di carbonio?

se si producono 0.010 millimoli di O per litro,

2

in 1 m di acqua (= 1000 litri) verranno prodotte

3

0.010 moli di O 2

ricordando l’equazione

6CO + 6H O = C H O + 6 O

2 2 6 12 6 2

per ogni 6 moli di O vengono consumate 6 moli of CO equivalenti a 6 moli di

2 2

carbonio prodotto.

Quindi vengono prodotte 0.01 moli di C

Il peso atomico del carbonio e’ 12 (12g di carbonio per mole). Il carbonio prodotto

come biomassa nell’esperimento:

12 g/mole x 0.01 moli = 0.12 g di carbonio in 1 m al giorno

3

Per ottenere il valore per unita’ di area, va considerata la distribuzione della

produttivita’ rispetto alla profondita’.

Ad esempio considerando una produttivita’ uniforme dalla superficie a 15 metri di

profondita’, si avra’

0.12 g/m /giorno/ x 15 m (profondita’) = 1.8 g/m /giorno.

3 2

PRODUTTIVITA’ IN AMBIENTE ACQUATICO:

Metodo della bottiglia chiara/scura : C14

Metodo del C14

Nei campioni (bottiglia chiara e scura) vengono iniettate

quantita’ note di Carbonio-14 e si misura la radioattivita’

iniziale. Dopo un dato periodo di tempo si filtra il

campione, si isola il fitoplancton e si misura nuovamente

l’attivita’ C-14 del campione. La radioattivita’ del

campione da’ una misura del carbonio assunto dalle

piante.

Global Patterns in Primary Production

Produzione primaria annuale delle principali regioni della terra

MEDIE TOTALI PER LA BIOSFERA

Prod. primaria Biomassa Area Energia fissata Massa Prod. primaria

Media netta Vegetale media (10 km2- netta vegetale Tot. Totale netta

6

(g /m /anno) (Kg /m ) (10 m ) (10 kcal/ anno) (10 tonn C/ ) (10 tonn C/ a,)

2 2/anno 12 2 15 9 9

Tipo di ecosistema 20 17,0 139 15,3

900

Foresta pluviale tropicale 340

16 7,5 47 5,1

675

Foresta stagionale tropicale 120

16 5,0 31 2,9

585

Foresta sempreverde temperata 80

13,5 7,0 39 3,8

540

Foresta decidua temperata 95

9,0 12,0 46 4,3

360

Foresta boreale 108

2,7 8,0 23 2,2

270

Bosco e Macchia 22

1,8 15,0 42 4,7

315

Savana 27

0,7 9,0 18 2,0

225

Prateria temperata 6,3

0,3 8,0 5 0,5

65

Tundra e Alpino 2,4

0,3 18,0 6 0,6

32

Arbusteto desertico 5,4

0,01 24,0 0,3 0,04

1,5

Roccia, ghiaccio e sabbia 0,2

0,5 14,0 37 4,1

290

Terreno agricolo 7,0

6,8 2,0 20 2,2

1125

Palude ed acquitrinio 13,6

0,01 2,5 6 0,6

Lago e fiume 225 0,02

5,55 149 459 48,3

Totale terraferma 324 827

0,0014 332,0 204 18,9

Oceano aperto 57 0,46

0,01 0,4 1 0,1

Zona di risalita 225 0,004

0,005 26,6 43 4,3

Piattaforma continentale 162 0,13

0,9 0,6 5 0,5

Letto algale e Barriera corallina 900 0,54

0,45 1,4 11 1,1

Estuari 810 0,63

0,0049 361 264 24,9

Totale oceani 69 1,76

1,63 510 723 73,2

Totale per la biosfera 144 829

La biomassa secca è stata convertita in carbonio, assumendo che la biomassa è pari al 45% in C.

La produttività come una funzione delle precipitazioni

Test di correlazione per l’ipotesi che la precipitazione e

la temperatura determinano la produttività La produttività come una funzione della temperatura

Produttività delle regioni degli oceani mondiali

mg C/ m / giorno Tonnellaggio annuale

2

Regione oceanica Media Intervallo % Oceano (10 tonn/anno)

70 <100 40,4 3,79

1. Acque azzurre dei moti circolari subtropicali 140 100-150 22,26 4,22

2. Transizioni 200 150-250 23,6 6,31

3. Divergenze equatoriali e subpolari 340 250-500 10,6 4,80

4. Acque non lontane dalla costa 1000 >500 2,9 3,90

5. Secche poco profonde 23,0

Oceani mondiali totali

1) La produttività in mare aperto sarà più alta dove si verifica una forte circolazione di acque profonde che

raggiungono la superficie;

2) La concentrazione dei nutrienti aumenta con la profondità, sotto la zona eufotica;

3) La produttività sarà alta qualora le circostanze locali consentano la crescita di piante grandi.

Produttività delle regioni degli oceani mondiali

Venti ed effetti di Coriolis muovono l’acqua di superficie con movimenti circolari.

L’acqua è guidata attorno i bacini oceanici, in senso orario nell’emisfero

settentrionale ed in senso antiorario nell’emisfero meridionale

Produttività delle regioni degli oceani mondiali

Concentrazione dei nutrienti in funzione della profondità in tre oceani

Fattori limitanti per la produzione primaria

• Acqua

• Temperatura

• Luce

• Nutrienti

PRODUTTIVITA’: biomi terrestri

Ecosistemi forestali elevata produttività perché sono:

UMIDI E CALDI

Produttività-Evapotraspirazione

PRODUTTIVITA’: biomi acquatici

Ecosistemi acquatici produttività più alta quando sono:

FREDDI

Acqua fredda + ricca di nutrienti:



nutrienti come ad es. il fosforo sono più solubili a basse

temperature;



L’acqua di risalita è + fredda ma ricca di nutrienti.