一次生産と分解

一次生産は生態系のエネルギー収支を決定し、分解は死んだ物質を分解して栄養素を循環に戻すことで、そのサイクルを完結させます。

Definition

一次生産は独立栄養生物による有機物の合成であり、分解は従属栄養生物によるその分解です。これらは共に、生態系における炭素と栄養素の貯蔵と回転を決定します。

Scope

このトピックでは、生態系の炭素と栄養素を支配する2つの対立する流れについて扱います。すなわち、独立栄養生物による炭素の固定とその制限要因である一次生産、そして腐食動物や微生物による死んだ有機物の分解です。総一次生産と純一次生産、光、水、温度、栄養素による制御、分解速度とリターの質、土壌有機物の形成と回転について論じます。

Core questions

• 異なる生態系において、一次生産の速度を制限するものは何か？
• 総一次生産と純一次生産はどのように異なるのか？
• 死んだ有機物の分解速度を制御するものは何か？
• 生産と分解はどのように連携して炭素と栄養素の貯蔵を調節するのか？

Key theories

生産の資源制限

一次生産は、光、水、温度、特に窒素やリンなどの制限栄養素の供給によって制約されるため、最も制限的な資源が炭素固定の上限を決定します。

分解の制御

分解速度は、気候、リターの化学的性質、および分解者群集によって支配され、低温、湛水、または難分解性リターは分解を遅らせ、有機物の蓄積を促進します。

Mechanisms

独立栄養生物は、光捕獲によって設定され、水、温度、栄養素の利用可能性によって制限される速度（総一次生産）で、光合成中に二酸化炭素を有機化合物に固定します。植物の呼吸を差し引くと純一次生産が得られます。死んだ植物や動物の物質は、腐食動物によって断片化され、菌類や細菌によって酵素的に分解され、二酸化炭素を放出し、栄養素を植物が再利用できる形に無機化します。寒冷、無酸素状態、または難分解性リターのために分解が生産に遅れると、有機炭素は土壌有機物または泥炭として蓄積します。

Clinical relevance

生産と分解は、土壌肥沃度、土壌と植生における炭素貯蔵、農業収量、そして土地利用と気候変動に対する炭素循環の応答を支配します。これは教育的な文脈であり、管理上の処方ではありません。

History

一次生産の定量的測定は、1960年代から1970年代にかけて国際生物学事業を通じて拡大し、分解研究はリターの質と栄養循環を結びつけました。その後、衛星リモートセンシングにより、陸域および海洋における純一次生産の地球規模での推定が可能となり、1998年にフィールドらがこれを統合しました。

Key figures

• Eugene Odum
• F. Stuart Chapin
• Peter Vitousek
• Christopher Field

Seminal works

• chapin2011
• field1998
• begon2006

Frequently asked questions

純一次生産とは何ですか？

純一次生産とは、生産者が自身の呼吸で消費するエネルギーを差し引いた後に生成し保持する有機物の量であり、生態系の残りの部分が利用できる新しいバイオマスを表します。

なぜ一部の土壌では有機物が蓄積するのですか？

寒冷、湛水、または質の低いリターなどの条件が分解を生産速度以下に遅らせる場合、死んだ有機物は分解されるよりも速く蓄積し、肥沃な土壌や泥炭を形成します。