Et økosystem inkluderer dyr, planter, mikrober og ikke-levende habitatkomponenter omkring dem, såsom vand, luft og jord. Hver levende organisme kræver en bestemt form for energiproduktion. Alle dyr har brug for åndedræt, udveksling af ilt til kuldioxid for at holde sig i live. Planter kræver også åndedræt og ilt, men de fikserer eller fjerner også kulstof fra miljøet og producerer livgivende ilt brugt af dyr, drevet af solenergi, de høster ved hjælp af specialiserede organeller kaldet kloroplaster. Netto økosystemudveksling beregnes ved hjælp af en formel, der viser, hvor meget kulstof der tilføres miljøet i forhold til hvor meget der fjernes. Net økosystem udveksling kaldes også undertiden "netto økosystem produktion."
Kulstofcyklussen
For at opretholde livet på jorden, som det er nu, skal kulstof i atmosfæren og kulstof fast i biologiske organismer afbalanceres. Hvis ikke, vil klimaforandringer medføre. Dyr og mennesker tilføjer mere kulstof til økosystemet ved simpelthen at trække vejret. Atmosfærisk kulstof produceres også ved henfald, da døde dyr og plantemateriale frigiver kulstof, der er lagret i deres væv, og ved forbrænding af træer, planter og fossile brændstoffer, såsom:
- olie
- kul
For at modvirke disse effekter omtales levende planter som "kulstofdræn", fordi de fjerner kuldioxid fra miljøet og omdanner det til ilt og madenergi.
Nøglefaktorer og vilkår
Flere faktorer er nødvendige for at bestemme nettoøkosystemudvekslingen. Den første er primær nettoproduktion, hvilket er nettomængden af organisk kulstof, der fjernes fra økosystemet af planter. Planter er autotrofer, hvilket betyder, at de er i stand til at danne næringsstoffer og energi fra uorganiske stoffer og sollys under en proces kaldet fotosyntese. Den samlede mængde fast kulstof - fjernet fra økosystemet - under fotosyntese kaldes bruttoprimærproduktion. Imidlertid afgiver planter også kulstof under respiration. Derfor beregnes nettoprimærproduktion ved at trække den mængde kulstof, der afgives af planter under respiration, fra den mængde kulstof, der er fastlagt under den primære bruttoproduktion.
Bestemmelse af Net Ecosystem Exchange
Mens planter er autotrofer, er mennesker og dyr heterotrofer, hvilket betyder, at de kræver organiske næringsstoffer - mad - fra miljøet og skal bruge ilt til at producere energi fra fordøjet mad. Heterotrof åndedræt producerer store mængder kulstof, der sættes i økosystemet. Derfor bestemmes netto-økosystemudveksling ved at trække mængden af kulstof produceret ved heterotrof åndedræt fra nettoprimærproduktionen.
Egenskaber ved økosystemer
Kulstofbalance er en grundlæggende egenskab, der sikrer, at økosystemer er bæredygtige og sunde. Netto økosystemudveksling hjælper med at måle balancen i kulstofcyklussen. Da det beregnes ved at trække hvor meget kulstofplanter, der fikser eller fjerner, fra hvor meget kulstof der sættes i økosystemet, ville det bedste resultat være en negativ værdi. For eksempel viste data fra 1992 til 2000, at skove i det østlige USA havde netto-økosystemudvekslinger fra -84 til -740. Dette indikerer, at der fjernes mere kulstof end der frigives. Hvis kulstof ikke fjernes effektivt, vil kvaliteten af luft - og liv - i et økosystem lide. Andre faktorer, der skal overvejes for kulstofbalance i et økosystem, er forurening fra fabrikker og køretøjer, mens havene også fjerner kulstof fra atmosfæren.