W przeciwieństwie do składników odżywczych, które cykl poprzez ekosystemy, energia płynie przez nich. Oznacza to, że energia musi wejść do ekosystemu w punkcie wyjścia, a następnie przechodzi z jednego organizmu do drugiego, aż zostanie całkowicie zużyta i utracona. Bez tego początkowego kroku, który umożliwia przepływ energii do ekosystemu, życie na Ziemi przestałoby istnieć, jakie znamy.
Co odpowiada za to, aby energia najpierw weszła do ekosystemu? Ta praca leży w producenci, znany również jako autotrofy. Organizmy te są w stanie tworzyć własną energię chemiczną i najczęściej robią to poprzez fotosyntezę.
Te organizmy fotosyntetyczne potrzebują zarówno dostępu do światła słonecznego, jak i składników odżywczych w celu produkcji energii. Możesz zmierzyć produktywność i wydajność organizmów fotosyntetycznych. To się nazywa wydajność fotosyntezy (lub produktywność pierwotna) i jest bezpośrednio uzależniony od tego, na czym polegają producenci: światło słoneczne i składniki odżywcze.
Przepływ energii w ekosystemie
Organizmy fotosyntetyczne, takie jak rośliny, niektóre bakterie i glony, są znane jako „brama” energii, która wchodzi do ekosystemów. Dzieje się tak, ponieważ do działania wykorzystują środowiskowy dwutlenek węgla, wodę i energię słoneczną (tzw. światło słoneczne) fotosynteza, który przekształca tę energię słoneczną w użyteczną energię chemiczną w postaci glukozy.
Bez tego kroku nie byłoby możliwości, aby energia dostała się do ekosystemów, aby uzyskać dostęp do kolejnych poziomów troficznych/organizmów.
Czym jest produktywność fotosyntezy?
Wydajność fotosyntezy, nazywany również produktywność podstawowa, to tempo, w jakim energia jest dodawana do organizmów jako biomasa u producentów w ekosystemie (ilość materii, która tworzy organizmy).
Wydajność można mierzyć dla dowolnego typu organizmu i poziomu troficznego, ale wydajność fotosyntezythe w szczególności mierzy tempo, w jakim energia jest dodawana do biomasy producentów fotosyntezy, takich jak rośliny, bakterie i glony.
Dwa czynniki wpływające na fotosyntezę i wydajność fotosyntezy
Wzór i reakcja chemiczna fotosyntezy wygląda tak:
6H2O (woda) + 6CO2 (dwutlenek węgla) + światło słoneczne → C6H12O6 (glukoza) + 602 (tlen)
Patrząc na te wymagania dotyczące fotosyntezy, ma sens, że światło słoneczne i dostępność składników odżywczych są czynnikami wpływającymi na produktywność pierwotną w ekosystemach, ponieważ są to czynniki wymagane do zajścia fotosyntezy.
Pierwszy czynnik: światło słoneczne
Światło słoneczne, czyli energia słoneczna, jest tym, co napędza fotosyntezę. W obszarach, w których jest mało bezpośredniego światła słonecznego lub nie ma go wcale, ogólna wydajność fotosyntezy będzie niższa, ponieważ jest mniej energii do napędzania tej reakcji.
Dlatego większość życia fotosyntetycznego w ekosystemach wodnych występuje tylko na powierzchni wody (od powierzchni do 656 stóp poniżej), ponieważ światło nie może wniknąć głębiej.
Dlatego też produktywność fotosyntezy jest wyższa na obszarach położonych bliżej równika (gdzie występuje najwięcej bezpośredniego światła słonecznego), a najniższa na obszarach polarnych. Z tego też powodu na obszarach pozbawionych światła wskaźnik produktywności pierwotnej wynosi zero, ponieważ nie może zajść żadna fotosynteza.
Na przykład Tropikalne lasy deszczowe ma jeden z najwyższych wskaźników produktywności pierwotnej ze względu na bliskość równika. ZA umiarkowane użytki zielone w USA miałby niższą produktywność niż tropikalny las deszczowy na równiku z powodu mniejszej ilości dostępnego światła słonecznego na tej szerokości geograficznej.
Drugi czynnik: składniki odżywcze
Dostępność składników odżywczych to drugi czynnik, który wpływa na produktywność fotosyntezy regionu. Oprócz dostępu do wody i dwutlenku węgla organizmy fotosyntetyczne potrzebują składników odżywczych, aby ich komórki i chloroplasty mogły funkcjonować i przeprowadzać reakcję metaboliczną.
Naukowcy odkryli, że wszystkie związki magnezu, żelaza, siarki, fosforu i azotu są nitrogen czynniki ograniczające dla wydajności fotosyntezy.
Oznacza to, że te czynniki i składniki odżywcze mogą ograniczać produktywność fotosyntezy, nawet przy nadmiarze światła słonecznego. Na przykład, otwarty ocean wody otrzymują duże ilości bezpośredniego światła słonecznego. Ale ponieważ wody te mają tak mało życia i dostępu do składników odżywczych, wydajność fotosyntezy jest bardzo niska.
Na poziom składników odżywczych wpływa szereg innych czynników, w tym:
- Opad deszczu
- Typ gleby
- Organizmy w ekosystemie
- Rozkładniki
- Bakterie wiążące azot
- Zdarzenia naturalne (wybuch wulkanu, pożary, klęski żywiołowe itp.)
- Prądy oceaniczne i/lub wiatrowe
- Klimat
- Położenie geograficzne