Produzione: produttività primaria

2) PRODUZIONE PRIMARIA NETTA (NPP)

= QUANTITÀ DI ENERGIA CATTURATA DAGLI AUTOTROFI CHE SI TRADUCE IN UN AUMENTO DI MATERIA VEGETALE VIVENTE (BIOMASSA)

L'UOMO UTILIZZA SOLO IL 4% DELLA NPP ANNUALE TERRESTRE

• BILANCIO FRA GPP E RESPIRAZIONE AUTOTROFA : NPP = GPP - (AR + HR)
• ENERGIA DISPONIBILE PER LA CRESCITA, LA RIPRODUZIONE E PER IL CONSUMO DA PARTE DEGLI ETEROTROFI
• IL GUADAGNO NETTO DI CARBONIO DELLA PIANTA È INFLUENZATO DALL'ALLOCAZIONE DI CARBONIO: SE IL CARBONIO È DEPOSITATO NEI TESSUTI FOTOSINTETICI IL GUADAGNO AUMENTA, SE INVECE SI IMMETTE NEI TESSUTI NON FOTOSINTETICI IL GUADAGNO DIMINUISCE. IN BASE AI FABBISOGNI DELLA PIANTA E PER MANTENERE L'APPROVVIGIONAMENTO DI H2O, C E NUTRIENTI L'ALLOCAZIONE DELLA NPP PER LO SVILUPPO DI RADICI, FUSTO E FOGLIE È BILANCIATA E PUÒ VARIARE AD ESEMPIO A SECONDA DELLA DIVERSA DISPONIBILITÀ DI ACQUA
  • PIANTE DESERTICHE → MAGGIORE ALLOCAZIONE DI C NELLE RADICI
  • PIANTE IN COMUNITÀ → MAGGIORE ALLOCAZIONE DI C IN FUSTO E FOGLIE AD ALTA DENSITÀ
• LA NPP VARIA NEL TEMPO E NELLO SPAZIO, LA VARIAZIONE DI ANNO IN ANNO FORNISCE UNA MISURA PER VALUTARE LO STATO DI SALUTE DEGLI ECOSISTEMI PERCHÉ TALE VARIAZIONE PUÒ ESSERE SINTOMO DI STRESS

ESISTONO DIVERSE TECNICHE DI STIMA DELLA NPP

4) NEGLI ECOSISTEMI TERRESTRI

• - MISURAZIONE DELLA VARIAZIONE DELLA BIOMASSA VEGETALE
• NPP = _{BIOMASSA ALLA FINE DEL PERIODO} B₂ - _{BIOMASSA ALL'INIZIO DEL PERIODO DI TEMPO} B₁

• RACCOLTA DEL MATERIALE VEGETALE, MISURAZIONE DELLA BIOMASSA EPIGEA, ESTRAPOLAZIONE DEI RISULTATI OTTENUTI
• - MISURAZIONE DELLA BIOMASSA IPOGEA → SI MISURA L'ALLOCAZIONE DELLA NPP DESTINATA ALLA CRESCITA DELLE RADICI GLI APPARATI RADICALI, LE RADICI POSSONO RILASCIARE NEL SUOLO GRANDI QUANTITÀ DI CARBONIO PERMETTENDO LA VITA DEI MICRORGANISMI. I CAMPIONAMENTI PER LA MISURAZIONE DELLA BIOMASSA DEVONO ESSERE PIÙ FREQUENTI. SI UTILIZZANO DEI TUBI TRASPARENTI DOTATI DI UNA TELECAMERA DETTI MINIRIZOTRONI CHE, INSERITI NEL SUOLO, CONSENTONO AI RICERCATORI DI OSSERVARE LE DINAMICHE DI CRESCITA E MORTE DELLE RADICI
• - METODI BASATI SUL TELERILEVAMENTO: IL T. È UNA TECNICA CHE SFRUTTA LA RIFLESSIONE E L'ASSORBIMENTO DELLA LUCE SOLARE PER RILEVARE
  • È FORNITO INIDICE QUANTITATIVO PIÙ DI UNA MISURA ASSOLUTA DELLA NPP

2) PRODUZIONE PRIMARIA NETTA (NPP)

QUANTITÀ DI ENERGIA CATTURATA DAGLI AUTOTROFI CHE SI TRADUCE IN UN AUMENTO DI MASSA TOTALE NEI TESSUTI VEGETALI VIVENTI (BIOMASSA)

• BILANCIO FRA GPP E RESPIRAZIONE AUTOTROFA: NPP = GPP - (AR + HR)↓ RESPIRAZIONE AUTOTROFA / ETEROTROFA

• ENERGIA DISPONIBILE PER LA CRESCITA, LA RIPRODUZIONE E PER IL CONSUMO DA PARTE DEGLI ETEROTROFI

• IL GUADAGNO NETTO DI CARBONIO DELLA PIANTA È INFLUENZATO DALL'ALLOCAZIONE DI CARBONIO: SE IL C È DEPOSITATO NEI TESSUTI FOTOSINTETICI IL GUADAGNO AUMENTA, SE INVECE SI INSEDIA NEI TESSUTI NON FOTOSINTETICI IL GUADAGNO DIMINUISCE. IN BASE AI FABBISOGNI DELLA PIANTA E PER MANTENERE L'APPROVVIGIONAMENTO DI H₂O, C E NUTRIENTI L'ALLOCAZIONE DELLA NPP PER LO SVILUPPO DI RADICI, FUSTO E FOGLIE È BILANCIATA E PUÒ VARIARE AD ESEMPIO A SECONDA DELLA DIVERSA DISPONIBILITÀ D'ACQUA

• PIANTE DESERTICHE → MAGGIORE ALLOCAZIONE DI C NELLE RADICI
• PIANTE IN COMUNITÀ → MAGGIORE ALLOCAZIONE DI C IN FUSTO E FOGLIE AD ALTA DENSITÀ

• LA NPP VARIA NEL TEMPO E NELLO SPAZIO, LA VARIAZIONE DI ANNO IN ANNO FORNISCE UNA MISURA PER VALUTARE LO STATO DI SALUTE DEGLI ECOSISTEMI PERCHÉ TALE VARIAZIONE PUÒ ESSERE SINTOMO DI STRESS ESISTONO DIVERSE TECNICHE DI STIMA DELLA NPP

4) NEGLI ECOSISTEMI TERRESTRI

• MISURAZIONE DELLA VARIAZIONE DELLA BIOMASSA VEGETALE

_{BIOMASSA ALLA FINE DEL PERIODO}NPP = B₂ - B_{1BIOMASSA ALL'INIZIO NEL PERIODO DI TEMPO CONSIDERATO}

RACCOLTA DEL MATERIALE VEGETALE, MISURAZIONE DELLA BIOMASSA EPIGEA, ESTRAPOLAZIONE DEI RISULTATI OTTENUTI A LIVELLO DI ECOSISTEMA

• MISURAZIONE DELLA BIOMASSA IPOGEA → SI MISURA L'ALLOCAZIONE DELLA NPP DESTINATA ALLA CRESCITA DEGLI APPARATI RADICALI. LE RADICI POSSONO RIUSCIRE NEL SUOLO GRANDI QUANTITÀ DI CARBONIO PERDITE. I CAMPIONAMENTI PER LA MISURAZIONE DELLA BIOMASSA DEVONO ESSERE PIÙ FREQUENTI. SI UTILIZZANO DEI TUBI TRASPARENTI DOTATI DI UNA TELECAMERA DETTI MINIRIZOTRONI CHE, INSERITI NEL SUOLO, CONSENTONO AI RICERCATORI DI OSSERVARE LE DINAMICHE DI CRESCITA E MORTE DELLE RADICI

• METODI BASATI SUL TELERILEVAMENTO: IL T. È UNA TECNICA CHE SFRUTTA LA RIFLESSIONE E L'ASSORBIMENTO↓È FORNITO UN INDICE QUANTITATIVO PIÙ CHE UNA MISURA ASSOLUTA DELLA NPP

PRODUTTIVITÀ PRIMARIA

→ quantità di CO₂ convertita in composti organici dagli organismi autotrofi nell’unità di tempo

• È la fonte di energia per tutti gli organismi, dai batteri all’uomo
• Influisce sul clima globale perché comporta un elevato trasferimento di CO₂ tra atmosfera e terra

A) PRODUZIONE PRIMARIA LORDA (GPP)

= tasso totale di energia assimilata dagli autotrofi che equivale alla quantità di carbonio fissato

• È controllata da: clima che influenza i tassi fotosintetici
  • Indice di area fogliare (superficie fogliare per unità di superficie di suolo)
  • Con l’incremento del LAI (aggiunta di strati fogliari) aumenta la fotosintesi dell’ecosistema ma il guadagno di carbonio è minore per ogni strato fogliare

Tasso di produzione primaria = velocità alla quale l’energia luminosa viene convertita in energia chimica ossia il tasso di fissazione di C = velocità fotosintetica

RESPIRAZIONE CELLULARE

1. Glicolisi (nel citosol)

   Glucosio → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH

   • Fosforilazione a livello di substrato (4 ATP prodotte, 2 usate → 2 ATP guadagno)

2. Decarbossilazione del piruvato (nella matrice mitocondriale)

   • La piruvato deidrogenasi decarbossila il piruvato producendo CO₂, NADH, acetil CoA

3. Ciclo di Krebs (nella matrice mitocondriale)

   • Il gruppo acetile dell’acetil CoA viene trasferito all’ossalacetato per formare ordine
   • Citrato che viene gradualmente ossidato, sfruttando l’energia di questa ossidazione per produrre trasportatori attivati → 3 NADH + GTP + FADH₂ + 2 CO₂

4. Fosforilazione ossidativa

   • L’energia derivata dal trasporto degli elettroni viene usata per pompare H⁺ attraverso la membrana mitocondriale interna
   • Il gradiente protonico viene utilizzato dalla ATP sintasi per produrre ATP

Complessi enzimatici: NADH deidrogenasi → citocromo c reduttasi → citocromo ossidasi | | | NADH ossidato NAD⁺ → riduce il citocromo c → ossida il citocromo c donandogli suoi elettroni sottraendogli suoi elettroni

ecologi lo impiegano per stimare la NPP sfruttando il modello di riflessione di piante, alghe o batteri contenenti la clorofilla. Se si vuole applicare questa tecnica a grandi scale spaziali si usano sensori satellitari che discriminano le diverse firme spettrali.

• Metodi basati sulla misura diretta delle componenti della NPP ➔ _GPP ➔ respirazione della pianta

Si misura la variazione di concentrazione di CO2 in un sistema chiuso, creato posizionando una camera intorno a fusti e foglie, a singole piante o interi appezzamenti di terreno.

Il cambiamento netto in CO2 nel sistema deriva dal bilancio fra GPP e rilascio respiratorio totale delle piante e degli eterotrofi. Questo scambio netto di CO2 è detto produzione ecosistemica netta (NEE)

1. Negli ecosistemi acquatici

• Metodo della bottiglia chiara e bottiglia scura ➔ PPL = PPN + respirazione

Un campione d'acqua contenente fitoplancton è incubato in due bottiglie, una chiara e una scura; nella bottiglia chiara viene prodotto O2 durante il processo fotosintetico e viene consumato colla respirazione. L'aumento della concentrazione di O2 nella bottiglia chiara rappresenta la produttività primaria netta (differenza fra velocità di produzione e di consumo) nella bottiglia scura si innesca solo il processo respiratorio, perché manca la luce: di conseguenza la quantità di O2 diminuisce. La produttività primaria lorda equivale alla differenza fra l'O2 nella bottiglia chiara e in quella scura ossia alla velocità di produzione di ossigeno dell'intero processo fotosintetico.

• Metodi basati sul telerilevamento = misurazione della concentrazione dei pigmenti fotosintetici

Quali fattori limitano la produzione primaria netta?

1. Negli ecosistemi terrestri

• Fattori climatici ➔ temperatura e precipitazioni ➔ se sono elevate a causa di:

Al suo aumentare ➔ Aumenta la NPP

Se aumentano fino a 2000 mm. la NPP aumenta e poi decresce per i valori superiori

➔ nubi (luminosità solare ridotta)

➔ lisciviazione del suolo

➔ ipossia del suolo

➡ riducono la NPP