ما عاملين يؤثران على إنتاجية التمثيل الضوئي في المنطقة؟

على عكس العناصر الغذائية التي دورة من خلال النظم البيئية ، طاقة يطفو من خلالهم. هذا يعني أن الطاقة يجب أن تدخل النظام البيئي عند نقطة البداية ثم تنتقل من كائن حي إلى آخر حتى يتم استهلاكها وفقدانها تمامًا. بدون تلك الخطوة الأولية التي تسمح للطاقة بالتدفق إلى النظام البيئي ، ستتوقف الحياة على الأرض عن الوجود كما نعرفها.

ما المسؤول عن السماح للطاقة بدخول النظام البيئي أولاً؟ هذه الوظيفة تكمن في المنتجين، المعروف أيضًا باسم التغذية الذاتية. هذه الكائنات الحية قادرة على إنتاج طاقتها الكيميائية الخاصة بها وغالبًا ما تفعل ذلك من خلال عملية التمثيل الضوئي.

تعتمد كائنات التمثيل الضوئي هذه على كل من الوصول إلى ضوء الشمس والمغذيات من أجل إنتاج الطاقة. يمكنك قياس إنتاجية وكفاءة كائنات التمثيل الضوئي. هذا يسمي إنتاجية التمثيل الضوئي (أو الإنتاجية الأولية) ويتأثر مباشرة بما يعتمد عليه المنتجون: ضوء الشمس و العناصر الغذائية.

تُعرف كائنات التمثيل الضوئي مثل النباتات وبعض البكتيريا والطحالب بأنها "بوابة" للطاقة لدخول النظم البيئية. هذا لأنهم يستخدمون ثاني أكسيد الكربون البيئي والمياه والطاقة الشمسية (ويعرف أيضًا باسم ضوء الشمس) لأداء مهامهم

بدون هذه الخطوة ، لن تكون هناك طريقة لدخول الطاقة إلى النظم البيئية للوصول إلى المستويات الغذائية / الكائنات الحية اللاحقة.

إنتاجية التمثيل الضوئي، وتسمى أيضا الإنتاجية الأولية، هو معدل إضافة الطاقة إلى الكائنات الحية ككتلة حيوية في المنتجين في نظام بيئي (كمية المادة التي تتكون منها أجسام الكائنات الحية).

يمكن قياس الإنتاجية لأي نوع من الكائنات الحية والمستوى الغذائي ، ولكن إنتاجية التمثيل الضوئي يقيس على وجه التحديد معدل إضافة الطاقة إلى الكتلة الحيوية لمنتجي التمثيل الضوئي مثل النباتات ، البكتيريا و الطحالب.

تبدو الصيغة والتفاعل الكيميائي لعملية التمثيل الضوئي كما يلي:

6 ح₂O (ماء) + 6CO₂ (ثاني أكسيد الكربون) + ضوء الشمس → ج₆ح₁₂ا₆ (جلوكوز) + 6O₂ (أكسجين)

بالنظر إلى هذه المتطلبات لعملية التمثيل الضوئي ، فمن المنطقي ذلك ضوء الشمس و توافر المغذيات هي العوامل التي تؤثر على الإنتاجية الأولية في النظم البيئية لأن هذه هي العوامل المطلوبة لحدوث التمثيل الضوئي.

ضوء الشمس ، الملقب طاقة شمسية، هو ما يدفع إلى حدوث عملية التمثيل الضوئي. في المناطق التي يوجد فيها القليل من ضوء الشمس المباشر أو لا يوجد بها ضوء مباشر ، ستكون الإنتاجية الإجمالية لعملية التمثيل الضوئي أقل نظرًا لوجود طاقة أقل لتحريك هذا التفاعل.

هذا هو السبب في أن معظم حياة التمثيل الضوئي في النظم البيئية المائية تكون فقط على مستويات سطح الماء (من السطح نزولاً إلى 656 قدمًا أدناه) نظرًا لأن الضوء لا يمكنه حقًا اختراق أي أعمق من ذلك.

وهذا هو سبب ارتفاع إنتاجية التمثيل الضوئي في المناطق القريبة من خط الاستواء (حيث يوجد ضوء الشمس المباشر) وأدنى مستوى في المناطق القطبية. وهذا هو السبب أيضًا في أن المناطق التي لا يوجد بها ضوء على الإطلاق لها معدل إنتاجية أولي يبلغ صفر نظرًا لعدم إمكانية حدوث أي عملية التمثيل الضوئي.

على سبيل المثال ، أ الغابات الاستوائية المطيرة لديها واحد من أعلى معدلات الإنتاجية الأولية بسبب قربها من خط الاستواء. أ المراعي المعتدلة في الولايات المتحدة سيكون لها إنتاجية أقل من الغابات الاستوائية المطيرة على خط الاستواء بسبب كمية أقل من ضوء الشمس المتاح عند خط العرض هذا.

توافر المغذيات هو العامل الثاني الذي يؤثر على إنتاجية التمثيل الضوئي في المنطقة. إلى جانب الوصول إلى الماء وثاني أكسيد الكربون ، تحتاج كائنات التمثيل الضوئي إلى العناصر الغذائية حتى تعمل خلاياها والبلاستيدات الخضراء وأداء تفاعل التمثيل الغذائي.

لقد وجد العلماء أن المغنيسيوم والحديد والكبريت والفوسفور والمركبات النيتروجينية كلها مصانع محدوده لإنتاجية التمثيل الضوئي.

ما يعنيه هذا هو أن هذه العوامل والعناصر الغذائية يمكن أن تحد من مدى إنتاجية التمثيل الضوئي حتى لو كان ضوء الشمس زائدًا. على سبيل المثال، محيط مفتوح تتلقى المياه كميات كبيرة من ضوء الشمس المباشر. ولكن نظرًا لأن هذه المياه لديها القليل من الحياة والوصول إلى العناصر الغذائية ، فإن إنتاجية التمثيل الضوئي منخفضة للغاية.

تتأثر مستويات المغذيات بعدد من العوامل الأخرى ، بما في ذلك:

• هطول الأمطار
• نوع التربة
• الكائنات الحية في النظام البيئي
• المحللات
• البكتيريا المثبتة للنيتروجين
• الأحداث الطبيعية (ثوران بركاني ، حرائق ، كوارث طبيعية ، إلخ)
• تيارات المحيط و / أو الرياح
• مناخ
• موقع جغرافي