Ekosustav uključuje životinje, biljke, mikrobe i nežive komponente staništa oko njih, poput vode, zraka i tla. Svaki živi organizam zahtijeva određeni oblik proizvodnje energije. Sve životinje trebaju disanje, razmjenu kisika za ugljični dioksid, da bi ostale žive. Biljke također trebaju disanje i kisik, ali također fiksiraju ili uklanjaju ugljik iz okoline i proizvode životvorni kisik koji koriste životinje, a napaja se solarnom energijom koju sakupljaju koristeći specijalizirane organele tzv kloroplasti. Neto razmjena ekosustava izračunava se prema formuli koja pokazuje koliko se ugljika unosi u okoliš u odnosu na količinu uklonjenog. Razmjena neto ekosustava također se ponekad naziva i "neto proizvodnja ekosustava".
Ciklus ugljika
Da bi se održao život na zemlji kakav je sada, treba uravnotežiti ugljik u atmosferi i ugljik fiksiran u biološkim organizmima. Ako ne, rezultirat će klimatskim promjenama. Životinje i ljudi dodaju više ugljika u ekosustav jednostavnim disanjem. Atmosferski ugljik također se stvara raspadanjem, jer mrtve životinje i biljne tvari oslobađaju ugljik uskladišten u njihovim tkivima, te izgaranjem drveća, biljaka i fosilnih goriva, kao što su:
- ulje
- ugljen
Kako bi se suprotstavili tim učincima, žive biljke nazivaju se "umivaonicima ugljika" jer uklanjaju ugljični dioksid iz okoliša i transformiraju ga u kisik i hranu.
Ključni čimbenici i pojmovi
Za određivanje neto razmjene ekosustava potrebno je nekoliko čimbenika. Prva je neto primarna proizvodnja, odnosno neto količina organskog ugljika koje biljke uklanjaju iz ekosustava. Biljke su autotrofi, što znači da su sposobne stvarati hranjive sastojke i energiju iz anorganskih tvari i sunčeve svjetlosti tijekom procesa koji se naziva fotosinteza. Ukupna količina fiksiranog ugljika - uklonjenog iz ekosustava - tijekom fotosinteze naziva se bruto primarnom proizvodnjom. Međutim, biljke također odaju ugljik tijekom disanja. Stoga se neto primarna proizvodnja izračunava oduzimanjem količine ugljika koje biljke daju tijekom disanja od količine ugljika fiksirane tijekom bruto primarne proizvodnje.
Utvrđivanje razmjene neto ekosustava
Dok su biljke autotrofi, ljudi i životinje su heterotrofi, što znači da im trebaju organske hranjive tvari - hrana - iz okoline i moraju koristiti kisik za proizvodnju energije iz probavljene hrane. Heterotrofno disanje stvara velike količine ugljika koji se unosi u ekosustav. Stoga se neto razmjena ekosustava određuje oduzimanjem količine ugljika proizvedenog heterotrofnim disanjem od neto primarne proizvodnje.
Svojstva ekosustava
Ravnoteža ugljika temeljno je svojstvo koje osigurava održivost i zdravlje ekosustava. Neto razmjena ekosustava pomaže u procjeni ravnoteže ugljikovog ciklusa. Kako se izračunava oduzimanjem koliko ugljika biljke popravljaju ili uklanjaju, od toga koliko se ugljika unosi u ekosustav, najbolji rezultat bila bi negativna vrijednost. Primjerice, podaci od 1992. do 2000. pokazuju da su šume na istoku Sjedinjenih Država imale neto razmjenu ekosustava u rasponu od -84 do -740. To ukazuje na to da se uklanja više ugljika nego što se oslobađa. Ako se ugljik ne ukloni učinkovito, patit će kvaliteta zraka - i život - u ekosustavu. Ostali čimbenici koje treba uzeti u obzir za ravnotežu ugljika u ekosustavu su onečišćenja iz tvornica i vozila, dok oceani također uklanjaju ugljik iz atmosfere.