Een ecosysteem omvat dieren, planten, microben en de niet-levende habitatcomponenten eromheen, zoals water, lucht en bodem. Elk levend organisme heeft een bepaalde vorm van energieproductie nodig. Alle dieren hebben ademhaling nodig, de uitwisseling van zuurstof voor koolstofdioxide, om in leven te blijven. Planten hebben ook ademhaling en zuurstof nodig, maar ze fixeren of verwijderen ook koolstof uit de omgeving en produceren levengevende zuurstof gebruikt door dieren, gevoed door zonne-energie die ze oogsten met behulp van gespecialiseerde organellen genaamd chloroplasten. De netto-uitwisseling van ecosystemen wordt berekend met een formule die laat zien hoeveel koolstof in het milieu wordt gestopt in vergelijking met hoeveel er wordt verwijderd. Netto-ecosysteemuitwisseling wordt ook wel 'netto-ecosysteemproductie' genoemd.
De koolstofcyclus
Om het leven op aarde te behouden zoals het nu is, moeten koolstof in de atmosfeer en koolstof vastgelegd in biologische organismen in evenwicht worden gehouden. Zo niet, dan zal klimaatverandering het gevolg zijn. Dieren en mensen voegen meer koolstof toe aan het ecosysteem door simpelweg te ademen. Atmosferische koolstof wordt ook geproduceerd door verval, aangezien dode dieren en plantaardig materiaal koolstof vrijgeven die is opgeslagen in hun weefsels, en door de verbranding van bomen, planten en fossiele brandstoffen, zoals:
- olie-
- steenkool
Om deze effecten tegen te gaan, worden levende planten "koolstofputten" genoemd omdat ze koolstofdioxide uit de omgeving verwijderen en omzetten in zuurstof en voedselenergie.
Belangrijkste factoren en voorwaarden
Er zijn verschillende factoren nodig om de netto ecosysteemuitwisseling te bepalen. De eerste is de netto primaire productie, de netto hoeveelheid organische koolstof die door planten uit het ecosysteem wordt verwijderd. Planten zijn autotrofen, wat betekent dat ze voedingsstoffen en energie kunnen vormen uit anorganische stoffen en zonlicht tijdens een proces dat fotosynthese wordt genoemd. De totale hoeveelheid koolstof die tijdens de fotosynthese uit het ecosysteem wordt verwijderd, wordt de bruto primaire productie genoemd. Planten geven echter ook koolstof af tijdens de ademhaling. Daarom wordt de netto primaire productie berekend door de hoeveelheid koolstof die door planten wordt afgegeven tijdens de ademhaling af te trekken van de hoeveelheid koolstof die is vastgelegd tijdens de bruto primaire productie.
Netto-ecosysteemuitwisseling bepalen
Terwijl planten autotrofen zijn, zijn mensen en dieren heterotrofen, wat betekent dat ze organische voedingsstoffen - voedsel - uit de omgeving nodig hebben en zuurstof moeten gebruiken om energie te produceren uit verteerd voedsel. Heterotrofe ademhaling produceert grote hoeveelheden koolstof die in het ecosysteem wordt gebracht. Daarom wordt de netto-uitwisseling van ecosystemen bepaald door de hoeveelheid koolstof die wordt geproduceerd door heterotrofe ademhaling af te trekken van de netto primaire productie.
Eigenschappen van ecosystemen
De koolstofbalans is een fundamentele eigenschap die ervoor zorgt dat ecosystemen duurzaam en gezond zijn. Netto-ecosysteemuitwisseling helpt om de balans van de koolstofcyclus te meten. Omdat het wordt berekend door af te trekken hoeveel koolstofplanten fixeren of verwijderen, van hoeveel koolstof in het ecosysteem wordt gestopt, zou het beste resultaat een negatieve waarde zijn. Gegevens van 1992 tot 2000 toonden bijvoorbeeld aan dat bossen in het oosten van de Verenigde Staten netto-ecosysteemuitwisselingen hadden variërend van -84 tot -740. Dit geeft aan dat er meer koolstof wordt verwijderd dan er vrijkomt. Als koolstof niet efficiënt wordt verwijderd, zal de kwaliteit van de lucht - en het leven - in een ecosysteem eronder lijden. Andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden voor de koolstofbalans in een ecosysteem is vervuiling door fabrieken en voertuigen, terwijl oceanen ook koolstof uit de atmosfeer verwijderen.