Ökosüsteem hõlmab loomi, taimi, mikroobe ja neid ümbritsevaid elutute elupaikade komponente, nagu vesi, õhk ja pinnas. Iga elus organism vajab teatud tüüpi energiatootmist. Kõik loomad vajavad elus püsimiseks hingamist, hapniku vahetamist süsinikdioksiidi vastu. Taimed vajavad ka hingamist ja hapnikku, kuid need fikseerivad või eemaldavad ka süsinikku keskkonnast ja toodavad loomi kasutav eluandev hapnik, mida toidab päikeseenergia, mida nad koguvad spetsiaalsete organellide abil kloroplastid. Ökosüsteemi netovahetus arvutatakse valemiga, mis näitab, kui palju süsinikku keskkonda viiakse, võrreldes sellega, kui palju eemaldatakse. Ökosüsteemi netovahetust nimetatakse mõnikord ka "ökosüsteemi netotootmiseks".
Süsiniku tsükkel
Et säilitada elu maa peal praegusel kujul, tuleb atmosfääris sisalduv süsinik ja bioloogilistes organismides fikseeritud süsinik tasakaalustada. Kui ei, siis toob see kaasa kliimamuutused. Loomad ja inimesed lisavad ökosüsteemi rohkem süsinikku, lihtsalt hingates. Atmosfääri süsinikku toodetakse ka lagunemisel, kuna surnud loomad ja taimsed ained vabastavad nende kudedesse salvestunud süsinikku ning puude, taimede ja fossiilkütuste põlemisel, näiteks:
- õli
- kivisüsi
Nende mõjude kõrvaldamiseks nimetatakse elusaid taimi "süsiniku neeldajateks", kuna need eemaldavad keskkonnast süsinikdioksiidi ning muudavad selle hapnikuks ja toiduenergiaks.
Põhitegurid ja tingimused
Ökosüsteemi netovahetuse määramiseks on vaja mitmeid tegureid. Esimene on netotootmine, mis on taimede poolt ökosüsteemist eemaldatud orgaanilise süsiniku netokogus. Taimed on autotroofid, mis tähendab, et nad on fotosünteesiks nimetatud protsessi käigus võimelised moodustama anorgaanilistest ainetest ja päikesevalgusest toitaineid ja energiat. Fotosünteesi käigus fikseeritud - ökosüsteemist eemaldatud - süsiniku üldkogust nimetatakse esmase kogutoodanguks. Kuid taimed annavad hingamise ajal ka süsinikku. Seega arvutatakse esmane netotoodang, lahutades taimede hingamise ajal süsiniku koguse esmatootmise käigus fikseeritud süsiniku kogusest.
Ökosüsteemi netovahetuse määramine
Kuigi taimed on autotroofid, on inimesed ja loomad heterotroofid, mis tähendab, et nad vajavad keskkonnast orgaanilisi toitaineid - toitu - ja peavad seeditud toidust energia tootmiseks kasutama hapnikku. Heterotroofne hingamine tekitab suures koguses süsinikku, mis satub ökosüsteemi. Seega määratakse ökosüsteemi netovahetus, lahutades esmasest netotoodangust heterotroofse hingamise teel tekkiva süsiniku koguse.
Ökosüsteemide omadused
Süsiniku tasakaal on põhiline omadus, mis tagab ökosüsteemide jätkusuutlikkuse ja tervise. Ökosüsteemi netovahetus aitab hinnata süsinikuringe tasakaalu. Kuna see arvutatakse lahutades, kui palju süsiniktaimed fikseerivad või eemaldavad, kui palju süsinikku ökosüsteemi pannakse, oleks parim tulemus negatiivne väärtus. Näiteks näitasid 1992. – 2000. Aasta andmed, et Ameerika Ühendriikide idaosas asuvas metsas oli ökosüsteemi netovahetus vahemikus -84 kuni -740. See näitab, et süsinikku eraldub rohkem kui eraldub. Kui süsinikku ei eemaldata tõhusalt, kannatab ökosüsteemi õhu ja elu kvaliteet. Teised tegurid, mida ökosüsteemi süsinikutasakaalu saavutamisel arvestada, on tehaste ja sõidukite saaste, samas kui ookeanid eemaldavad atmosfäärist ka süsiniku.