Ekosystemekologi Flashcards
Vad är ett ekosystem?
Ett ekologiskt system innefattande allt
levande och dess livsmiljö (biotisk och abiotisk) inom ett område.
Vad är ekosystemekologi?
Den gren av ekologin som behandlar
ekosystemens uppbyggnad, funktion och reglering.
När man pratar om ekosystemekologi fokuserar man mycker på “the flow of energy and matter”, vad menas med det?
Att det ligger stort fokus på kolet, kvävets och fosforns kretslopp och att ingenting är statiskt: energi kan inte skapas eller förstöras , bara byta form (termodynamikens första lag) så energin i ett ekosystem flödar hela tiden cykliskt (men kan se lite olika ut för olika ämnen).
Om vi vill förstå energiprocesser så behöver vi förstå vad som händer med kol (C). Varför är kol så centralt?
Alla levande organismer behöver oorganiskt kol. Eftersom kol är centralt i fotosyntesen som är den största energitillförseln på vår planet så är det väldigt viktigt.
Solen är vår ultimata energikälla, för varje gram kol som assimileras i fotosyntesen lagras 39kJ energi. Men hur mycket av solens energi utnyttjas egentligen?
Ca 1% av solens energi utnyttjas för fotosyntes, vilket kan se ut som lite men är ändå tillräckligt för att livnära alla organismer på planeten. Det är omöjligt att ta tillvara på all energi från solen, främst för att det mesta reflekteras men också dels för att solen bara är synlig ett visst antal timmar per dag och för att växternas ljusupptagning är begränsad.
Rekord för solceller är 29,52% effektivitet!
Hur många mg C produceras ungefär per kvadratmeder uta per day i en sjö?
31 kJ m-2 d-1, vilket är ca 5% av energin i en ostmacka. Det är alltså inte så mycket, men med tanke på att sjöar har väldigt stor yta kan det ändå ses som en ganska stor lagrad energi. Detta svarar på frågan varför vi inte använder “grön olja” i våra bilar, det kan helt enkelt inte konkurrera med de kommersiella bränsletyperna.
Vi vet alltså att bara ca 1% av solljuset används i fotosyntesen. Lagras all denna energi i ekosystemet? vad händer isåfall med den energi som inte lagras?
Ca 60% procent av energin som tas tillvara på utgår igen under respirationen, alltså i de ljus-oberoende reaktionerna av fotosyntesen (kemisk energi omvandlas till värmeenergi). Detta innebär att endast 40% av energin lagras, alltså går till producentens tillväxt och reproduktion (kemisk energi).
Vad menas med primärproduktion?
Primärproduktion är hastigheten med vilken solenergi eller kemisk energi fångas upp och omvandlas till kemiska bindningar
genom fotosyntes eller kemosyntes. Primärproduktion utgör basen av födoväven i ett ekosystem och avgör hur mycket energi som finns i systemet.
Man brukar dela upp primärproduktion i GPP (gross primary productivity) och NPP (net primary productivity), vad innebär dessa begrepp och hur skiljer dem sig?
- Bruttoprimärproduktion (GPP): den totala energin som assimileras av primärproducenter/autotrofer i ett ekosystem.
- Nettoprimärproduktion (NPP): den energi som assimileras i primärproducenten (går till tillväxt/reproduktion) och som kan föras vidare i konsumentkedjan av ett ekosystem, alltså den totala energin som assimileras minus den energi som går åt till livsuppehållande processer genom respiration.
Hur ser sambandet mellan NPP, GPP och R ut? varför är detta samband relevant?
NPP = GPP (Fotosyntes) - R.
Detta samband är hjälpsamt då det kan vara svårt att mäta alla dessa faktorer, och med sambandet behöver vi bara kunna mäta två variabler för att få ut det tredje.
Vi vet att de största flödena på jorden är biologiska flöden, vad är viktigt att komma ihåg gällande klimat och biologiska flöden?
Klimatet styr biologiska flöden, och biologiska flöden styr klimatet.
Inom ekologin kan man använda så kallade “light-dark” experiment för att mäta NPP, förklara hur detta går till.
Eftersom producenter tar upp CO2 under fotosyntesen och producerar CO2 under andning, kan vi mäta primär produktivitet i terrestra ekosystem genom att kvantifiera växternas upptag och utsläpp av CO2.
Ett sätt att mäta dessa förändringar i CO2 är genom att placera en liten växt eller ett blad i en förseglad behållare med en mycket känslig CO2-sensor.
När behållaren placeras framför ett ljus som simulerar solljus, förbrukar växten CO2 när den bedriver fotosyntes. Växten producerar samtidigt CO2 eftersom den metaboliserar en del av sina kolhydrater genom respiration.
Eftersom CO2-upptaget från fotosyntesen överstiger CO2-utsläppet från respirationen, representerar nettoupptaget av CO2 netto primärproduktivitet. Enheten för detta blir mängd C per volym per tidsenhet.
Ge ett exempel på ett annat sätt än light-dark experiment för att kvantifiera NPP. Finns det några nackdelar med metoden?
Vi kan mäta NPP genom att först mäta biomassan i ett definierat område av ett ekosystem och sedan skörda allt inom områden i slutet av växtsäsongen och jämföra. På så sätt kan vi bestämma producenternas ackumulerade biomassa. Den här tekniken kan användas på liten skala eller i stor skala, till exempel skörd av grödor på ett fält.
Nackdelar med denna metod är att det kan vara svårt att få med den totala biomassan under jord, alltså alla rötter och att det är möjligt att vissa delar av växten har konsumerats av tex herbivorer eller nedbrytare. Om man gör denna typ av mätning i akvatiska miljöer kan saker ha flyttat på sig.
Ett annat sätt är remote sensing, att man med hjälp av satelliter kollar på ljusreflektion av olika våglängder och på så sätt ser vart det är hög fotosyntes.
Vad menas med begreppet “standing crop” och varför skiljer sig detta mycket mellan terresta och akvatiska system?
“standing crop” innebär den totala biomassan som utgörs av producenter i ett system vid en viss tidpunkt. Denna är relativt hög för terrestra system, tex en skog men är låg i akvatiska system som utgörs av alger som har stor omsättning. Detta säger ingenting om hur hög produktiviteten är, eftersom ett akvatiskt system generellt har hög produktivitet men låg standing crop då algerna äts upp hela, så biomassan ackumuleras inte över tid.
Vilka faktorer styr primärproduktion? Baserat på det, hur ser mönstret för NPP ut över jorden?
De huvudsakliga faktorerna som styr NPP är:
- Temperatur: högre temperatur desto snabbare går kemiska reaktioner.
- Näringstillgång (N mer begränsande i terrestra, P mer begränsande i akvatiska)
- Ljus: ökad ljustillgång ökar produktion tills dess att mättnadspunkten nås, då planar kurvan ut eftersom ljusupptaget är begränsat (mer begränsande i akvatiska pga ljus har svårare att penetrera vatten).
- Nederbörd/vattentillgång (terrestra): här gäller också att en initial ökning ger högre produktion, men vid en viss punkt blir det för mycket och produktionen går ner, för mycket vatten kan orsaka yrebrist och syrefria miljöer som kan skada organismer.
Alla dessa faktorer pekar på att det skulle vara högt produktivitet i tropiska miljöer rund ekvatorn, med hög temp, mycket nederbörd, högre näringstillgång och mer ljus, och just så är det! NPP är högst runt ekvatorn och sjunker ju närmre polerna man kommer.
Hur skiljer sig faktorerna som styr NPP mellan akvatiska och terrestra ekosystem?
- Terrestra ekosystems NPP beror mest på latidud/klimat, högre temperatur, mer nederbörd och mer ljus ger ökad NPP, svårare att ta upp näring bundet till partiklar i jorden.
- I akvatiska ekosystem når inte ljuset ner så långt, vilket gör att produktionen är liten på botten, näring som ackumulerats i organismer som dör sjunker till botten så näringen hamnar där, kan bli näringsfattigt vid ytan, näringsämnen löser sig bättre i vatten, buffertkapacitet högre, mer jämn miljö.
Vad menas med ett begränsande ämne? Hur kan vi testa vilket näringsämne som är begränsande i ett system?
Begränsade ämnet: det (oorganiska) ämne det finns minst av i relation till behovet. Alltså minst tillgång och högst efterfrågan.
Vi kan lägga till extra av olika ämnen och se hur det påverkar! Om vi ska göra det för en hel sjö kan vi avgränsa ön och se hur olika delar svarar på tillägget av näringsämnen.
