Первичная продукция и разложение

Первичная продукция определяет энергетический бюджет экосистемы, в то время как разложение замыкает цикл, расщепляя мертвую материю и возвращая питательные вещества в круговорот.

Definition

Первичная продукция — это синтез органического вещества автотрофами, а разложение — его расщепление гетеротрофами; вместе они определяют накопление и круговорот углерода и питательных веществ в экосистемах.

Scope

Эта тема охватывает два противоположных потока, которые управляют углеродом и питательными веществами в экосистеме: первичную продукцию — фиксацию углерода автотрофами и факторы, ограничивающие ее, а также разложение — расщепление мертвого органического вещества детритофагами и микробами. Рассматриваются валовая и чистая первичная продукция, контроль со стороны света, воды, температуры и питательных веществ, скорости разложения и качество подстилки, а также образование и круговорот органического вещества почвы.

Core questions

• Что ограничивает скорость первичной продукции в различных экосистемах?
• Чем отличаются валовая и чистая первичная продукция?
• Что контролирует скорость разложения мертвого органического вещества?
• Как продукция и разложение вместе регулируют накопление углерода и питательных веществ?

Key theories

Ограничение продукции ресурсами

Первичная продукция ограничивается доступностью света, воды, температуры и особенно лимитирующих питательных веществ, таких как азот и фосфор, так что наиболее лимитирующий ресурс устанавливает верхний предел фиксации углерода.

Контроль разложения

Скорость разложения регулируется климатом, химическим качеством подстилки и сообществом разлагателей, при этом низкая температура, переувлажнение или трудноразлагаемая подстилка замедляют распад и способствуют накоплению органического вещества.

Mechanisms

Автотрофы фиксируют углекислый газ в органические соединения во время фотосинтеза со скоростью (валовая первичная продукция), определяемой поглощением света и ограничиваемой доступностью воды, температуры и питательных веществ; вычитание дыхания растений дает чистую первичную продукцию. Мертвый растительный и животный материал фрагментируется детритофагами и ферментативно расщепляется грибами и бактериями, высвобождая углекислый газ и минерализуя питательные вещества в формы, которые растения могут повторно использовать. Когда разложение отстает от продукции — из-за холода, аноксии или трудноразлагаемой подстилки — органический углерод накапливается в виде органического вещества почвы или торфа.

Clinical relevance

Продукция и разложение регулируют плодородие почв, накопление углерода в почвах и растительности, урожайность сельскохозяйственных культур и реакцию углеродного цикла на землепользование и изменение климата. Это образовательный контекст, а не предписание по управлению.

History

Количественное измерение первичной продукции расширилось благодаря Международной биологической программе в 1960-х и 1970-х годах, а исследования разложения связали качество подстилки с круговоротом питательных веществ. Спутниковое дистанционное зондирование позднее позволило получить глобальные оценки чистой первичной продукции на суше и в океане, как это было обобщено Филдом и коллегами в 1998 году.

Key figures

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

Seminal works

• chapin2011
• field1998
• begon2006

Frequently asked questions

Что такое чистая первичная продукция?

Чистая первичная продукция — это количество органического вещества, которое продуценты создают и сохраняют после вычета энергии, используемой ими в собственном дыхании; она представляет собой новую биомассу, доступную для остальной части экосистемы.

Почему органическое вещество накапливается в некоторых почвах?

Когда такие условия, как холод, переувлажнение или низкое качество подстилки, замедляют разложение ниже скорости продукции, мертвое органическое вещество накапливается быстрее, чем распадается, образуя богатые почвы или торф.