Apuntes de teoría ecología. 2º (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Ecologia de Ecosistemas i Biogeoquímica
Año del apunte 2014
Páginas 67
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 14
Subido por

Vista previa del texto

ECOLOGIA D'ECOSISTEMES I BIOGEOQUÍMICA TEMA 0 Introducció TEMA 1 : PRODUCCIÓ I RESPIRACIÓ EN SISTEMES AQUÀTICS CONTINENTALS Tema 1.1. El cicle del carboni en els sistemes aquàtics continentals. Producció i respiració Tema 1.2. Estructura de les masses d’aigua continentals. Implicacions en el cicle del carboni.
Tema 1.3. Els cicles de nutrients, N i P. El fenomen de l’eutrofització.
Tema 1.4. Els oceans. Relació entre estructura i dinàmica oceànica i el cicle del C Els cicles de nutrients en els oceans.
TEMA 2: LA BIOSFERA TERRESTRE Tema 2.1. El cicle del carboni en els sistemes terrestres: la producció primària Tema 2.2 El cicle del carboni en els sistemes terrestres: descomposició i acumulació de 0 carboni al sòl Tema 2.3. El reciclat de nutrients en la biosfera terrestre.
Tema 2.4. Els sistemes de transició: aiguamolls, rius i agrosistemes TEMA 3 Tema 3.1 Cicles globals TEMA 4 Tema 4.1. La producció secundària. Estima i eficiències.
Tema 4.2. Interacció entre estratègies tròfiques i cicles del nutrients.
Tema 4.3. Xarxes tròfiques Tema 4.4. La depredació: característiques i efectes sobre els ecosistemes.
TEMA 0 : INTRODUCCIÓ Conceptes – Compartiment → 1 – Flux → 2 – Ecosfera → 3 – Producció i Respiració → 4 – Producció primària i secundària → 6 – Producció neta i bruta→ 7 – Estructur atròfica: Transferència de matèria i E en relació a l'estructura de l'ecosistema → 5 Ecologia: estudia dels ecosistemes → L'Ecosistema és el conjunt d'organismes que viuen a un lloc determinat i interaccionen entre elles i amb l'entorn. (En general és un conjunt dels éssers vius, les interaccions entre ells – relacionades amb la matèria- i les seves interaccions amb l'entorn, a més de les interaccions del medi entre si, les quals afecten als organismes. ) Punts de vista: • Estructura de l'ecosistema (no ho veurem a aquesta assignatura) • Funcionament de l'ecosistema: dinàmica temporal i ocupació de l'espai → Transferència de matèria i energia: Els organismes i l'entorn abiòtic estan constituïts pel mateix tipus d'àtoms.
1. Compartiments: És la matèria, que té una ubicació en l'espai, amb propietats estructurals i funcionals definides i característiques, i que considerem homogènies.
La seva definició depèn de l'escala a que es treballa o es descriu l'ecosistema. Sempre s'assumeix que el compartiment és homogeni, és a dir, no es consideren les diferències internes. Un cop hem definit els compartiments considerem que allò és homogeni, encara que sigui fals, ja que l'homogeneïtat és una simplificació.
La definició de compartiment és subjectiva, ja que depèn de l'escala en que estem estudiant Per exemple, en el cicle del C representat per tota la Terra → podem definir 3 compartiments (atmosfera, aigua o hidrosfera, i plantes), o en podem podem definir 6 (atmosfera, aigua superficial, aigua profunda, vegetació natural, conreus i vegetació litoral) Les unitats són de massa (grams, (i derivats) , mols) – Total: massa de tot el compartiment (ex: petagrams de carboni (PgC) 10¹⁵g ) – Relativa: ens podem referir a volum, massa / volum pels compartiments aquàtics o a superfície, massa/superfície pels compartiments terrestres (μmolsN/L; gC/m2; tonnesCa/Ha ) 2. Flux: És l'intercanvi de matèria entre compartiments (TRANSFERÈNCIA) Les unitats són de massa/temps (massa en grams i derivats o en mols: temps en dies, anys, etc...) – Total: massa de tot el compartiment/temps (ex PgC 10¹⁵g/any) – Relativa: massa / volum · temps ; massa / superfície · temps ( μmolsN/L · dia ; gC/m2 · any; tonnesCa/Ha · any ) Els moviments de materials són processos biològics i químics alhora (i també físics i geològics), per tant els definim conjuntament com a processos biogeoquímics (en la realitat estan lligats i no són independents) Exemple del cicle del C representat per tota la Terra (compartiments en blau i fluxos en vermell) 3. Ecosfera: La biomassa és una massa de matèria viva en un ecosistema determinat (compartiment) Biosfera: conjunt de tota la matèria viva existent sobre la Terra (compartiment planetari) La biosfera és el que diferencia la Terra dels altres planetes: amb la biosfera afegim més fluxos entre els compartiments i per tant modifiquem els intercanvis entre els processo.
Sistema: els éssers vius modifica l'entorn, i l'entorn modifica els éssers vius A escala planetària considerem que la Terra és una ecosfera (ja que funciona tot com un conjunt), però en el temari ho separem en ecosistemes per entendre-ho.
4. Processos: Respiració • Entorn: Molècules oxidades, simples CO2, NH4, PO4 • Éssers vius: Molècules reduïdes, complexes. Proteïnes, àcids nucleics.
El manteniment de l'estructura biològica requereix energia (segon principi termodinàmic) Què diferencia la biosfera de la resta de compartiments? El tipus de matèria, la matèria orgànica (molècules molt complexes, com proteïnes i àcids nucleics, i reduïdes en general) Les molècules complexes termodinàmicament són inestables Un sistema només es pot mantenir complexi si li afegim energia constantment.
Respiració: Acceptor d’electrons + Corgànic → CO2 + Acceptor reduït O2 energia H2O NO3 NH4, N2 SO4 S CO2 CH4 L'acceptor d'electrons normalment és O2, i per tant en forma reduïda serà H 20. Però aquest també pot ser NO3, que es redueix a NH4 o a N2 ; SO4, que es redueix a S; o CO2, el qual es redueix a CH4 El procés de respiració va ser el primer procés biogeoquímic que va sorgir (abans que el de les plantes) si parlem en termes d'escala del temps.
Perquè un organisme pugui viure necessita C orgànic per cremar (oxidar) → d'on el treu? Obtenció del Carboni Orgànic • Opció 1: a partir de C inorgànic: productors primaris Els productors primaris són les plantes, i són els que a partir del C inorgànic formen el C orgànic en primer lloc (encara que no van ser els primers a fer-ho) • Opció 2: a partir de C orgànic: productors secundaris Els productors secundaris són els que no poden sintetitzar C orgànic per ells mateixos i l'han d'ingerir.
◦ Matèria orgànica viva (font de C = ésser viu) : herbívors carnívors → BIOMASSA ◦ Matèria orgànica morta: detritívors descomponedors → NECROMASA No tota la matèria orgànica és consumida pels herbívors i carnívors Estructura tròfica El CO2, NH3 i PO4 entren a la biosfera a partir dels productors primaris.
Una part dels carnívors, herbívors i plantes (productors primaris) es mor i passa a la Necromassa.
Sempre tenim una pèrdua de CO2 Si els organismes descomponedors no existissin,, el cicle no renovaria ni NH3 ni PO4, i per tant, al no tancar-se, s'acabaria trenant.
5. Producció primària i secundària: La síntesi de C orgànic ha quedat restringida en uns organismes (els productors primaris), els quals fan la FOTOSÍNTESI PRODUCCIÓ PRIMÀRIA: Llum 6CO2 + 12H2O → 6O2 + glucosa Per fer la reacció es necessiten 2 elements: • Fotosistemes (I i II): la clorofil·la és necessària, ja que permet el transformació d'energia de la llum en energia química • Rubisco: enzim que catalitza la reducció del CO2 a partir dels e⁻ de la fotosíntesi.
La capacitat per produir matèria orgànica depèn de la quantitat de clorofil·la La fotosíntesi només forma hidrats de carboni, els quals són modificats i incorporats formant tot el contingut de matèria orgànica de l'ésser viu: C orgànic + NO3 (NH4) + PO4 → matèria orgànica El resum de la producció primària és: [ CO2 + NO3 (NH4) + PO4 → matèria orgànica ] Des del punt de vista ecològic, ens interessa ajuntar les dues reaccions (són un conjunt de reaccions que es donen en diferents punts de la cèl·lula) Si considerem un període de temps molt curt, la fotosíntesi i la producció primària poden no produir-se alhora, ja que en un temps curt pot ser que només es produeixi la fotosíntesi.
Des d'un punt de vista ecològic, per la producció primària no és suficient la fotosíntesi, sinó que s'han d'incorporar altres elements per sintetitzar matèria orgànica PRODUCCIÓ SECUNDÀRIA: C orgànic + N orgànic + P orgànic → matèria orgànica Requereix la síntesi prèvia de matèria orgànica: la producció primària 6. Producció bruta i neta: aplicable tant a la producció primària com secundària, però més en la primària.
• Producció bruta: carboni incorporat a C orgànic • Respiració (R): CO2 retornat per la respiració Per tant, una part del C orgànic que és sintetitzat, es transforma en CO2 per transpiració • Producció neta: PB – R Conceptes aplicables a la producció primària i secundària • PPB: producció primària bruta → CO2 incorporat a C orgànic • PPN: producció primària neta = PPB - R TEMA 1: PRODUCCIÓ I RESPIRACIÓ EN SISTEMES AQUÀTICS CONTINENTALS TEMA 1.1. EL CICLE DEL CARBONI EN ELS SISTEMES AQUÀTICS CONTINENTALS.
PRODUCCIÓ I RESPIRACIÓ Factors que determinen la producció primària en els sistemes aquàtics.
– Llum: zones fòtica i afòtica – Disponibilitat de C inorgànic – Disponibilitat de nutrients ( el quocient N/P i la producció primària) – Respiració i descomposició en sistemes aquàtics – Relació amb potencial redox – Descomposició anaeròbica (desnitrificació, sulfato-reducció i metanogènesi) Els sistemes aquàtics continentals: Model senzill del que podria ser un llac o un mar com a sistema tancat.
Tenim composició orgànica i inorgànica Estequiometria i requeriments de la fotosíntesi: ( 6CO2 + 12H2O → 6O2 + Glucosa) La producció d'un mol de C orgànic requereix 1 mol de CO2 , i es produeix 1 mol d'O2 com a subproducte.
És una reacció mediada pels fotosistemes (clorofil·la) i els enzims del cicle de Calvin: per tant requereix de llim, de CO2 i de nutrients (com nitrogen i fòsfor) Principals productors primaris en els sistemes aquàtics: Els organismes que fan la reacció són: • Fitoplàncton (els més importants): plàncton equival a organismes que viuen en suspensió en l'aigua (no tenen capacitat de desplaçament i són petits). Ens podem trobar en fitoplàncton (organismes vegetals que contenen clorofil·la) o en zooplàncton (organismes animals).
• Macròfits: plantes superior, antigament terrestres, que han colonitzat el medi aquàtic a posteriori. Tenen una diferenciació cel·lular superior, tenen arrels (però en poden prescindir), viuen anclades sobre el substrat i es comporten com a plantes terrestres.
• Perífiton: recobreixen substrats durs (com roques). Són organismes simples com les algues, per tant tenen poca diferenciació cel·lular. (Poden ser organismes unicel·lulars).
Llum: Coeficient d'extinció de la llum en l'aigua: En els sistemes aquàtics la llum sempre arriba per dalt, el fotons són absorbits per massa d'aigua o substàncies en profunditat L'extinció de la llum en l'aigua sempre és una corba exponencial negativa amb diferent pendent per a cada cas (un pendent suau suposa una extinció suau) Llum incident en una determinada profunditat: La intensitat (I) decreix exponencialment amb profunditat (z) I z = I o e⁻xz – – – – Iz: intensitat a la profunditat Io : intensitat a superfície ( z=0) Z: profunditat x: coeficient d'extinció de la llum Com afecta això a la producció primària? → Requeriments de llum per la fotosíntesi: La fotosíntesi requereix una irradiació mínima (que depèn de les espècies), per sota de la qual la producció neta és negativa (és a dir, la respiració supera a la producció bruta).
Quan més llum, més producció: Arriba un moment que l'ecosistema es satura i, per molt que augmenti la llum, la producció es manté: aquest punt és la PRODUCCIÓ MÀXIMA EN CONDICIONS DE LLUM ÒPTIMA Si no hi ha llum, no hi ha producció i la planta només respira: per tant la producció neta serà negativa (produeix menys del que respira).
La quantitat de carboni que es perd per respiració és constant.
El punt on s'equilibra la producció bruta i la respiració (en el qual la producció neta és 0), és el PUNT DE COMPENSACIÓ LUMÍNICA DE LA PLANTA, el qual és diferent en cada planta.
En general es considera que és necessari (per fer la fotosíntesi) un 1% de la llum incident a superfície → CAPA AFÒTICA. A partir d'un 1% → CAPA FÒTICA En l'exemple: – En x=0,018 → l'1% es troba a 255m : el valor correspon a l'aigua destil·lada pura – En x=0,034 → l'1% es troba a 135m: el valor correspon a l'aigua marina oceànica (són les aigües naturals més transparents – En x=0,34 → l'1% es troba a 13,54m : el valor correspon a un llac (la fotosíntesi només és possible a una capa molt fina, per tant, bona part de la producció primària dels sistemes aquàtics va condicionada per aquest factor.
Mesura de X: Es poden fer dues mesures: la indirecta i la directa • Indirecta: profunditat de visió del disc de Secchi Vas fent baixar el disc en profunditat i el moment en que aquest no es veu correspon al punt de la X (zs = profunditat de visió del disc) x = 1,7 / zs (m) Assumim un coeficient d'extinció constant en profunditat (compartiment homogeni) • Directa: serveix per estudis més detallats Permet mesurar la radiació incident a diferents z. Peremet determinar el coeficient d'extinció (variables en profunditat).
Factors que determinen x (de què depèn el coeficient d'extinció?): Depèn de tot el que estigui a dins de l'aigua. X augmenta amb més presència de: • Partícules sòlides (com argiles i sorres): com més partícules → menys X Al final s'acaben sedimentant • Materials dissolts que proporcionin color a l'aigua (com substàncies húmiques) No sedimenten • Clorofil·la (la qual absorbeix la llum): present en els organismes com el fitoplàncton suspès en l'aigua. Per tant, si hi ha molt fitoplàncton hi haurà menys X, i per tant hi haurà un escàs desenvolupament dels fitobentos per manca de llum (les plantes del fons no tindran llum) * Només trobem macròfits en sistemes aquàtics poc profunds o on no hi hagi fitoplàncton i l'aigua sigui prou transparent.
Si hi ha una dominància del fitoplàncton, hi haurà un escàs desenvolupament del fitobentos per manca de llum.
Requeriments de la producció: CO2 L'atmosfera presenta una quantitat relativament alta de CO2, el qual es va consumint a l'aigua i s'equilibren les pressions parcials entre el CO2 de l'atmosfera i el de l'aigua (tot i que, a curt termini, el pas de l'atmosfera a l'aigua es pot veure afectat degut a que hi ha una barrera química). Per altra banda, el CO2 del Cinorgànic dissolt (com en el bicarbonat) és utilitzat per les plantes de manera indirecta utilitzant l'enzim anhidrassa carbònica.
Cal destacar que sempre hi ha suficient C a l'aigua per fer la fotosíntesi Requeriments de la producció: els nutrients La relació de Redfield: C106N16P Per ajustar (aproximar) les quantitats de la matèria orgànica del fitoplàncton en sistemes aquàtics.
Només és aplicable al fitoplàncton. És a dir, marca la síntesi de matèria orgànica a partir dels productors primaris principals dels sistemes aquàtics (que és el fitoplàncton).
106CO2 + 16NO3 (NH4) + 1PO4 → Matèria orgànica + 106 O2 (1 mol de C incorporat → 1 mol d'oxigen) El N es pot presentar en forma d'NO3 o d'NH4. Les plantes poden utilitzar un o l'altre depenent de les condicions: – Utilitzen NO3 perquè no hi hagi una descomposició de càrregues – Utilitzen NH4 perquè _ _ ?¿?¿? Factor limitant: els factors que poden limitar la producció són la llum, el C (rarament ho serà perquè hi ha molt CO2) i els nutrients com el N i el P. Per tant podrem establir el quocient N/P en relació a la producció • Si la disponibilitat de N (NO3 + NH4) / P < 16 → Producció limitada per N (per tant el N és el factor limitant).
• Si la disponibilitat N (NO3 + NH4) / P > 16 → Producció limitada per P (per tant el P és el factor limitant).
Descomposició de la matèria orgànica: Bona part dels nutrients provenen de la descomposició, que és la regeneració o degradació de la matèria orgànica per part de bacteris i fongs, els quals retornen CO2 i nutrients inorgànics. És l'equació inversa a la fotosíntesi.
→ Fotosíntesi → Descomposició → Descomposició En la descomposició sempre es mantenen les proporcions de 106CO2, 16 NH4, 1PO4. El N sempre es trobarà en forma d'amoni (NH4).
L'oxigen oxidarà la matèria orgànica i es reduirà a aigua.
• Capa fòtica: arriba la llum i per tant predomina la fotosíntesi (producció primària) per sobre de la descomposició. El balanç net d'on arriba la llum és la síntesi de matèria orgànica • Capa afòtica: només es produeix la descomposició. Arribarà un moment en que l'oxigen s'acabarà, i el proces continuarà per la seqüència de les vies metabòliques en funció de l'EH.
Seqüència de les vies metabòliques en funció de l'EH.
El potencial redox (EH) és la tendència del medi per acceptar o donar electrons • EH positiu i elevat: tendència a captar e⁻ (MEDI OXIDANT) • EH negatiu i elevat: tendència a donar e⁻ (MEDI REDUCTOR) L'oxigen presenta una gran tendència a captar electrons (per tan l'EH de medis amb oxigen serà elevat) Redox 812mV C106N16P + 106O2 → 106CO2 +16 NH4+ + PO4 + 106H20 Seqüència de les vies de descomposició en funció del EH.
• Descomposició aeròbica: la matèria orgànica es degrada utilitzant l'oxigen com a últim acceptor d'electrons. Mentre hi hagi oxigen al medi és la que es produeix , ja que com més alt és el potencial redox, més energia obtindrem. Així doncs, la descomposició aeròbica és la que proporciona més energia.
• Desnitrificació: no hi ha oxigen per captar e⁻, el nitrat serà el que passarà a captar els electrons, ja que és la segona molècula amb més tendència a capturar-los. Es produirà la formació de N molecular (N2).
• Reducció del ferro: teòricament, quan s'acaba el nitrat s'utilitza ferro en forma de Fe(OH)3, però els organismes no poden utilitzar formes sòlides i per tant a la pràctica no es factible.
(Totes les altres formes són formes dissoltes) • Reducció de sulfats (sulfato-reducció): quan s'acaben els nitrats s'utilitza S en forma de SO4²⁻ com a últim acceptor d'electrons.
• Metanogènesis: és del propi CO2 com a acceptor d'electrons.
Cal destacar que LA DESCOMPOSICIÓ DE LA MATÈRIA ORGÀNICA SEMPRE ÉS LA MATEIXA Producció vs Descomposició: La gravetat fa que tota la matèria orgànica baixi en profunditat en els sistemes aquàtics (SEDIMENTACIÓ): una part d'aquesta matèria orgànica és enterrada (enterrament burial) i queda fora del cicle biogeoquímic (formarà el petroli).
Un cop extrets els nutrients de la matèria orgànica en la zona afòtica, com pugen aquests a la zona fòtica? És degut a dos factors – Mecanismes de barreja – Estructura de les masses d'aigua.
TEMA 1.2. ESTRUCTURA DE LES MASES D'AIGUA → Estructura de les masses d'aigua. Implicacions en el cicle del carboni – Barreja i estratificació – El cicle tèrmic dels llacs – Epilimnion, hipolimnion i termoclina – Relació entre el cicle del carboni i l'estructura de les masses d'aigua.
Estructura de les masses d'aigua: barreja i estratificació: • Barreja: concentració homogènia en tota la massa d'aigua (les molècules dissoltes es mouen per tot el volum) • Estratificació: concentració diferent de substàncies dissoltes segons la profunditat (heterogeneïtat) De que depenen la barreja o l'estratificació? – Aport d'energia externa (vent), és una energia mecànica) – Morfometria: serà necessària una energia diferent depenent de la forma: relació superfície/volum.
– – Per exemple, una llacuna molt ampla per la superfície però que es vagi aprimant en profunditat tindrà una relació de superfície/volum molt baixa i per tant estarà fortament estratificada. En canvi una albufera poc profunda i molt ampla presentarà una relació de superfície/volum elevada i estarà permanentment barrejada.
La diferent densitat de les masses d'aigua originada pels canvis de temperatura: com més gran sigui la diferència de densitat, necessitarem més energia per barrejar-ho.
– De què depèn la densitat de l'aigua? Depèn de dos factors: de la concentració de sals (com més alta sigui la concentració en sals, més densitat hi haurà) i de la temperatura (l'aigua calenta és menys densa; a 4ºC trobem el punt de màxima densitat, per això el gel és menys dens que l'aigua).
– Com afecta a l'estructura de la massa d'aigua? → cicle tèrmic anual Cicle tèrmic anual: exemple d'un llac • A l'hivern la temperatura exterior és baixa i tota la columna d'aigua presenta la mateixa temperatura (en aquest cas d'entre 4 i 6 ºC). Per tant, la densitat serà homogènia i així doncs, amb poca energia procedent del vent, l'aigua es podrà barrejar amb facilitat. → barreja • A la primavera la temperatura exterior comença a pujar i la calor i es transmet a l'aigua de la superfície. L'aigua de la part superior s'escalfa, però la profunda no perquè el calor no es condueix be a través de l'aigua. Per tant, l'aigua superior és menys densa que la profunda, i encara costarà més que aquestes es barregin. → estratificació • A l'estiu la temperatura externa encara és més alta i la capa superior calenta tendeix a escalfar-se encara més (uns 23 ºC en aquest cas). Així doncs, queden ben diferenciades una capa d'aigua calenta i poc densa i una capa d'aigua freda amb més densitat. → estratificació • A la tardor la temperatura exterior disminueix i el llac cedirà calor a l'atmosfera i aquest es va refredant fins que tota l'aigua sigui homogènia. → barreja Estructura d'un llac tèrmic estratificat (juny): → EPILIMNION: massa d'aigua superior càlida (dels 0 als 4m; 22ºC) → TERMOCILNA: → HIPOLIMNION: massa d'aigua profunda i freda (dels 6 als 15 m; 6ºC) La termoclina és una regió o zona de canvi brusc de temperatura, normalment la tmperatura disminueix 1ºC per cada metre, en la termoclina sempre disminueix més d'1ºC (en l'exemple, la temperatura baixa 10ºC en 2m ). Pot ser més o menys ampla. Actua com a una barrera física que impedeix el pas de partícules (nomes poden passar les partícules sòlides o les partícules pel proces de difusió, el qual és un procés lent. Separa l'Epilímnion i l'Hipolímnion .
A l'Hipolímnion es va gastant oxigen, i la termoclina barra el seu pas, per tant al juny s'acaba l'oxigen a les capes profundes del llac.
El pic d'oxigen situat a la termoclina és degut a dos factors: – Fitoplàncton: mai està situat just a la superfície, ja que l'excés de llum degrada la clorofil·la – Termoclina: frena les partícules (disminueix la seva velocitat de sedimentació), per tant, també condiciona a que s'acumuli el fitoplàncton en aquesta zona (perquè hi ha més partícules) i la producció d'oxigen augmenta i s'acumula perquè no pot baixar a capes inferiors degut a la barrera física de la termoclina.
Tipus de llacs segons el cicle tèrmic anual: • Monomíctics: un període d'estratificació anual a l'estiu (només es barregen una vegada). A l'estiu estan estratificats i a l'hivern barrejats.
• Dimíctics: dos períodes d'estratificació (a l'estiu i a l'hivern). Es barregen a la primavera i a la tardor.
• Polimíctics: més de dos períodes d'estratificació anual. Afecta sobretot a llacs tropicals i equatorials de poca fondària, els quals es barregen molt fàcilment (depenen més del règim de pluja, el qual condiciona el vent, més que del règim de temperatura.
• Meromíctics: són llacs permanentment estratificats (barreja ocasional). Afecta a llacs estrictament tropicals, els quals tenen unes condicions de pluja i temperatura constants, o a llacs amb aigua salina en profunditat.
Estratificació i capa fòtica No hem de confondre els termes Epilimnion i Hipolimnion (els quals es basen en la temperatura) dels de capa fòtica i afòtica (els quals es basen en l'entrada de llum).
– En un llac estratificat, almenys una part de l'epilímnion rep llum – Amb freqüència, una part de l'hipolímnion és afòtic. No hi ha transport de fons a superfície.
– L'hipolímnion serà més pobre en oxigen (més anòxic) quan més gran sigui la producció a superfície: – Per reducció de la capa fòtica – Perquè augmenta la matèria orgànica i per tant la respiració (si augmenta la producció, hi haurà més matèria que sedimenta).
Com més gran sigui la producció a la superfície, menys oxigen hi haurà en profunditat.
• La llum no es pot barrejar • En un sistema estratificat, el que hi hagi al fons no pot pujar en superfície • Es sedimenten les partícules (com el N orgànic), no es sedimenta el N o el P ! El cicle del carboni: repassar l'equilibri químic del cicle del carboni (química de sistemes aquàtics) Predomina la fotosíntesi (llum i disponibilitat de nutrients) • El CO2 utilitza els electrons de l'aigua • L'excés d'oxigen dissolt en l'aigua difón: LA PRESSIÓ PARCIAL A L'ATMOSFERA HA DE SER IGUAL A LA DE L'AIGUA . Si la P.parcial és superior a l'atmosfera, la reacció tendeix a anar en direcció a l'aigua, i si és superior a l'aigua, aquesta tendeix a anar cap a l'atmosfera.
• L'HCO3⁻ fa de sistema tampó: ◦ primera reacció de dissociació del sistema (HCO3⁻ → CO2) ◦ segona reacció de dissociació del sistema (HCO3⁻ → CO3²⁻) • El CaCO3 és la fase sòlida (calcita o aragonita) • Alcalinitat (ALK): només hi contribueixen les formes dissociades (HCO3⁻+ 2CO3²⁻)(meq/L) És la quantitat d'àcid feble (en general són bicarbonat o carbonat) equilibrats en l'aigua.
És una mesura de reactivitat del sistema (el que compten són les càrregues, per tat el carbonat (CO3²⁻) serà el doble que el bicarbonat (HCO3⁻) • Carboni inorgànic dissolt (CID):contribueixen totes les formes del carboni (CO 2aq + HCO3⁻ + CO3²⁻ ) (mmol/L).
Equilibri del sistema carbònic – carbonats: a) Constant d'hidratació b) Primera constant de dissociació c) Segona constant de dissociació Fent els logaritmes obtenim 3 reaccions, li afegim la reacció de l'ALK.
En l'exemple tenim 6 variables, hem de conèixer com a minim dues per resoldre el sistema d'equacions. (Ho farem a pràctiques) La proporció o concentració de les formes de carboni inorgànic depèn exclusivament del pH.
Per tant, per un pH fixe podrem determinar els valors de les concentracions.
Les aigües naturals, en general, mantenen un pH d'entre 6 i 10. Per tant, la forma més habitual del carboni dissolt en aigua és el bicarbonat (HCO3⁻) – Si coneixem l'ALK i el pH, sabem la quantitat CO2, HCO3⁻, CO3²⁻ i CID: – Si coneixem la concentració de carbonat i la concentració de Ca podem estimar la precipitació / dissolució de CaCO3 [CO3²⁻] x [ Ca²⁺] = Kscarb. (constant de solubilitat del carbonat de calci) – Si Kscarb. és més gran → precipitació de CaCO3 – Si Kscarb. és més petita → es dissol el CaCO3 Equilibri del sistema carbònic-carbonats quan predomina la fotosíntesi ( EPILIMNION): El CO2 de l'aigua es transforma en C orgànic, i per tant disminueix la pressió parcial del CO2 en l'aigua i hi ha una transferència de CO2 des de l'atmosfera (perquè la pressió parcial en l'atmosfera i en l'aigua ha de ser la mateixa). En aquesta transferència, el CO2 ha de travessar una barrera física (tensió superficial), i per tant depèn de que hi hagi vent (el qual barreja homogeneïtzant el sistema i facilita l'entrada de CO2 a l'aigua) Disminueix la concentració de CID [ CO2 + H20 ← HCO3⁻ + H⁺ ] El CO2 està desapareixent i per tant el sentit de la reacció és cap a l'esquerra (el bicarbonat capta H⁺ i passa a CO 2 per compensar la pèrdua d'aquest.
[ HCO3⁻ → CO3²⁻ + H⁺ ] Per cada molècula de bicarbonat que capta un protó i passa a CO 2 (en l'anterior reacció), una altra molècula de bicarbonat passa a CO 3²⁻ per compensar les càrregues dels protons: El que hem d'equilibrar són els H⁺ (com que gastem H ⁺ a la primera reacció, els hem de regenerar a la segona), ja que el sistema és un SISTEMA TAMPÓ. !!! Si només tinguéssim en compte el sistema del C en la fotosíntesi, aquesta no alteraria el seu pH i es trobaria en equilibri, però mentre hi hagi fotosíntesi activa el sistema no estarà en equilibri, ja que també es capten altres elements com el N que l'alteren. → Augmenta el pH de l'aigua (és més alcalí) degut al consum d'H⁺, resultat de la fotosíntesi.
– Quant més bicarbonat hi hagi a l'aigua, menys pujarà el pH – En aigües calcàries el canvi de pH és petit, en canvi en aigües síliques és molt gran – Si no hi ha calci, l'ALK disminueix molt poc o es manté estable ( PERDEM DUES MOLÈCULES DE BICARBONAT I GUANYEM UNA MOLÈCULA DE CAROBANT : el carbonat contribueix el doble en l'ALK) Si no hi ha Ca (“retirada” de C del sistema), si que desapareix el carbonat (la forma sòlida no contribueix en l'ALK) i per tant, l'ALK baixa.
– Si hi ha calci, es precipita carbonat càlcic i la reserva alcalina disminueix.
En resum, la fotosíntesi va associada a la precipitació de CaCO3. La reacció no gasta energia.
Equilibri del sistema carbònic-carbonats quan predomina la descomposició (HIPOLIMNION): A l'hipolímnion no hi toca la llum, per tant no hi ha fotosíntesi i hi predomina la respiració.
Augmenta la concentració de CID.
El CO2, degut a la termoclina, no pot ascendir i la pressió parcial del CO2 de l'aigua augmenta molt. Per tant, [ CO2 ← C orgànic ].
Per altra banda, [ CO2 + H2O → HCO3⁻ + H⁺ ] s'alliberen protons i els hem de fer desaparèixer en la següent reacció [ HCO3⁻ ← CO3²⁻ + H⁺ ] En resum, es generen 2 bicarbonats (-2) i es perd un carbonat ( +2), per tant l'ALK és estable.
La respiració no només afecta al cicle del carboni, encara que el sistema Carbònic- Carbonat no modifique el pH, com que paral·lelament hi han alliberacions d'altres H⁺, el sistema tendeix a acidificar-se → Disminueix el pH de l'aigua.
– Si no hi ha calci, l'alcalinitat augmenta molt poc (és a dir, si hi ha una reserva alcalina el canvi de pH és molt petit) – Si hi ha calcita, es dissol i la reserva alcalina augmenta (canvi gran de pH) [CO3²⁻ + Ca ← CaCO3 ] el CaCO3 (que abans s'havia format per activitat dels organismes) tendeix a dissoldre's també per activitat dels organismes.
• Si predomina fotosíntesi → es forma CaCO3 • Si predomina respiració → es dissol CaCO3 (la reserva alcalina ↑ ) Es pot donar la situació en que la termoclina es trenqui i l'excés de CO 2 acumulat a l'hipolímnion es transfereixi a l'atmosfera. Un cop s'equilibri el sistema, on ara serà d'un únic compartiment, poden passar dues situacions: 1. Si predomina la fotosíntesi: ens trobarem exactament amb la mateixa situació que a l'epilímnion 2. Si predomina la respiració: ens trobarem amb la mateixa situació que a l'hipolímnion però amb la diferència que hi haurà un intercanvi de CO 2 amb l'atmosfera (ja que no tindrem termoclina) i no s'acumulara tanta quantitat (encara que, al tenir una barrera física, el CO 2 si que s'acumula una mica).
TEMA 1.3. CICLES DEL N I P ALS LLACS. EL FENÒME DE L'EUTROFITZCIÓ: – Cicle del N als llacs – Cicle del P – El reciclat intern, paper del sediment en els cicles de nutrients – Els llacs com a sistemes oberts: aportaments – Oligotròfia i eutròfia – Taxes de producció en sistemes lacustres segons l'estat tròfic – Comunitats fitoplanctòniques.
Cicle del N: Primavera: comença el cicle hidrològic, per tant el llac es troba en una situació de barreja, amb unes condicions oxidants (una massa homogènia d'aigua formant un únic compartiment).
→ Zona fòtica: fotosíntesi → Nitrificació → Zona afòtica descomposició • Zona fòtica: predomina la fotosíntesi (perquè hi ha llum solar) C106N16P → 16 NH4⁺(NO3⁻) Les algues poden utilitzar tant NH4⁺com NO3⁻, depenent del que hi hagi poden agafar un o l'altre per síntesi de matèria orgànica.
• Zona afòtica: predomina la descomposició C106N16P + O2 → 16 NH4⁺ En aquest cas la descomposició és aeròbica, ja que el sistema està barrejat en tot el compartiment i, a més a més, l'oxigen és l'acceptor d'e⁻ que dona més energia.
L' NH4⁺ puja cap a la superfície i és utilitzat per les algues perquè puguin sintetitzar matèria orgànica • Nitrificació: el NO3⁻ resultant és utilitzat per les algues a la superfíce NH4⁺ + 2O2 → NO3⁻ + 2H⁺ (resum) NH4⁺ + 2O2 → NO2⁻ + 4H⁺ NO2⁻ + 4H⁺+O2 → NO3⁻ + 2H⁺ +H2O Els organismes que transformen l'NH4⁺ en NO3⁻ sintetitzen matèria orgànica i poden ser: ◦ Nitrosomonas: duen a terme la primera reacció (NH4⁺ + 2O2 → NO2⁻ + 4H⁺) ◦ Nitrobacter: duen a terme la segona reacció (NO2⁻ + 4H⁺+O2 → NO3⁻ + 2H⁺ +H2O ) Són organismes aerobis estrictes, que necessiten amoni per oxidar i que no necessiten llum.
Estiu: (principis estratificació): el llac es va estratificant i apareixen 2 compartiments (epilímnion i hipolímnion). La matèria orgànica és transportada de la superfície cap a la capa més profunda gràcies a la gravetat. Condicions oxidants → Epilímnion → Hipolímnion (aeròbic) • Hipolímnion: no hi ha llum però arriba la matèria orgànica i encara tenim una reserva d'oxigen. El procés continua igual que abans i es forma NH4⁺: C106N16P + O2 → 16 NH4⁺ L' NH4⁺ és oxidat per la nitrificació i és transformat en NO3⁻: NH4⁺ + 2O2 → NO3⁻ + 2H⁺ Així doncs, mentre hi hagi oxigen no s'acumularà NH 4⁺ a l'hipolímnion perquè és oxidat a NO3⁻, que sí que s'acumula.
• Epilímnion: la nitrificació s'anirà frenant perquè s'esgotara l'NH 4⁺ (el consum de N és molt més gran que la seva producció) La fotosíntesi continua perquè va utilitzant el nitrat que s'havia format abans (si seguíssim així, el nitrat acabaria desapareixent també) Depenent de quant temps duri l'estratificació, i depenent de si hi ha molta matèria orgànica per degradar l'oxigen s'esgotarà abans o després fent que l'hipolímnion sigui anòxic a la meitat de l'estratificació. Les condicions que acceleren més l'esgotament de l'oxigen són que l'estratificació duri molt temps i que hi hagi molta matèria orgànica.
Estiu -Tardor (Meitat-final estratificació): no quedarà oxigen i es farà la desnitrificació (procés anaeròbic) a l'hipolímnion, per tant serà anòxic. Les condicions són moderadament reductores Cal destacar que a l'estiu, en general, hi ha menys nutrients.
• Hipolímnion - Desnitrificació : C106N16P+ 84.8NO3⁻ → 16 NH4+ + 42.4 N2 Implica la pèrdua de N molecular ( N 2 ) perquè va cap a l'atmosfera, però no passa gaire i una gran part queda acumulat a l'hipolímnion. A més a més no pot ser utilitzat per les plantes. La desnitrificació comporta la pèrdua de matèria orgànica del sistema.
L' NH4+s'acumula a l'hipolímnion perquè no es pot nitrificar.
• Epilímnion: no tindrem mai amoni ni nitrat, i per tant la fotosíntesi s'atura.
Tardor (final estratificació i fixació del N atmosfèric): Hipolímnion anòxic i condicions molt reductores (característica de finals d'estiu). S'utilitza N molecular com a font de N • Epilímnion: les cianofícies són les encarregades d'utilitzar el N molecular com a font de N.
Per tant, fixen el N amb la síntesi de N orgànic a partir de N2 Són algues procariotes, els cianòfits són els més importants perquè són les fotosintètiques.
Requereixen Energia, P (i per tant ATP), metalls traca com el Fe i el Mo (per això al mar no hi ha fixació del N), enzim NASA en entorn anaeròbic i na relació N/P baixa. Tenen Heterocist, que són unes cèl·lules que-----?¿?¿ La fixació només la fan quan la necessiten realment, perquè depèn de que hi hagi P i per tant energia (en forma d'ATP). Així doncs, a l'estiu només es farà fixació si hi ha fósfor disponible.
Hipolímnion: el nitrat durarà molt poc temps (menys que l'oxigen) i no hi ha cap procés que e regeneri. El següent acceptor d'e⁻ és el S i per tant es produirà el procés de la sulfatoreducció: • C106N16P+ 53SO4²⁻ → 6 NH4⁺ + 53SH2 Es seguirà formant NH4⁺ (cada vegada s'acumula més amoni a l'hipolímnion) Tardor-hivern (trencament de la termclina). Es trenca la termoclina i es produeix la barreja de tardor.
• Superfície: hi ha molt N2 acumulat (resultat de la desnitrificació) que va cap a l'atmosfera (per tant, el sistema perd N) • Profunditat: hi ha molt NH4⁺ acumulat, que es difon en tota la columna d'aigua i entra amb contacte amb l'oxigen, així doncs, es durà a terme el procés de nitrificació: NH4⁺ + 2O2 → NO3⁻ + 2H⁺ Es podrà tornar a produir la síntesi de matèria orgànica.
– La desnitrificació implica una pèrdua de N – La fixació del N implica una incorporació de N a la massa d'aigua – Durant el període de barreja, la fotosíntesi és molt elevada, per tant, a la primavera i a la tardor és quan hi ha més producció en els sistemes aquàtics (llacs).
– Com més llarga sigui l'estació càlida, més temps dura l'estratificació Cicle del P: fotosíntesi, descomposició i reaccions químiques (ja que està associat al Fe) Hivern- Primavera: barreja, condicions oxidants. En condicions aeròbiques la disponibilitat de fòsfor dissolt està limitada per la presència de ferro (o calci) i per l'activitat dels organismes.
→ Epilímnion: fotosíntesi → Complexe adsorvit →Hipolímnion: descomposició • Epilímnion: es consumeix P per fotosíntesi • Hipolímnion: es genera P en forma de PO4 per la descomposició de la matèria orgànica i el PO4 puja a la superfície..
• Complexe adsorvit: el Fe²⁺ present a l'aigua (el qual procedeix de la dissolució de materials de la conca?¿?¿) s'oxida molt ràpidament i dóna lloc al Fe(OH) 3, el qual té tendència a associar-se amb el i PO4 formar el complexe adsorvit P ~ Fe(OH)3.
El P ~ Fe(OH)3 té un enllaç feble (~) per adsorció que es forma i es trenca amb facilitat.
Així doncs, es dona una “competència” entre algunes molècules pel fòsfor. Mentre hi hagi Fe a l'aigua, aquest retira (o reté) una part del P disponible per les algues.
◦ Amb el Ca²⁺ passa el mateix que amb el P ~ Fe(OH) 3, però en aquest cas es forma CaCO3. Aquesta reducció és molt més lenta que la del Fe²⁺ (a escala biològica).
Primavera-Estiu:Primera fases d'estratificació: condicions oxidants o moderadament reductores. Mentre hi hagi oxigen (respiració aeròbica) o nitrat (desnitrificació) l'únic retorn de fosfat es produeix per activitat biològica directe.
• Es forma fosfat per descomposició: és l'únic proces que regenera el P inorgànic i per tant, l'únic que allibera P en condicions oxidants o moderadament reductores Una vegada s'hagi acabat el N (fi de la desnitrificació), el P ~Fe(OH) 3 es desfà perquè es solubilitza a Fe²⁺ (regenerat) i passar a ser l'acceptor d'e⁻ → és la segona font de P (la primera és la descomposició de la matèria orgànica). Si es produeix la barreja tornaríem a la situació inicial.
Estiu-Tardor:A l'epilímnion (aeròbic) ens trobem amb unes condicions oxidants l'hipolímnion (anòxic) amb unes condicions reductores. Estratificació.
i a • El procés es va frenant a mida que no hi ha P en descomposició. La fixació del N atmosferic es dona quan hi ha P disponible, i això limita al P.
• El potencial redox disminueix i el Fe³⁺ passa a Fe²⁺ fent que s'alliberi P per descomposició de la matèria orgànica i per la reacció P ~Fe(OH)3→ PO4 + Fe²⁺ ◦ Una part del P ~Fe(OH)3 pot sedimentar i, per tant, queda fora de la disponibilitat dels organismes.
• A l'hipolímnion es produeix la sulfato-reducció (perquè s'ha acabat el ferro) formant H2S ◦ Una petita part de l'H2S es difon a l'epilímnion.
• El sulfur i el ferro tenen tendència a reaccionar formant pirita (FeS), que és un compost insoluble.
Tardor-hivern: Condicions oxidants. Barreja.
• Quan la columna d'aigua es barreja, la quantitat de PO4 és molt més gran a l'aigua, perquè no hi ha Fe²⁺ ni Fe(OH)3.
• Sistema que reté Fe²⁺: quan hi ha sulfurs, tot el P queda disponible pels organismes. Per tant, quan hi ha sulfato-reducció, tot el P està disponible pels organismes.
Els llacs com a sistemes tancats: ?¿?¿?¿?¿ – Si hi ha barreja, els nutrients resultat de la descomposició poden pujar a la superfície – Si hi ha estratificació: la producció es frena perquè els nutrients no pugen.
La producció primària serà màxima quan coincideixin la disponibilitat de nutrients en la capa fòtica, per tant en condicions de barreja (primavera i tardor) i on l'aportament extern de nutrients és elevat. A més a més també hi haurà una producció màxima quan el reciclat intern procedent del sediment sigui elevat.
La matèria orgànica de l'hipolímnion que no es descompon sedimenta i apareix un altre compartiment: SEDIMENT → una part de la matèria orgànica queda enterrada i per tant, fora del cicle biològic i no es té en compte, tot hi així, el sediment és un dels compartiments més actius.
L'intercanvi entre l'aigua i el sediment és continu: RECICLAT INTERNR (IED). Aquest intercanvi afecta al cicle del C, N i P. Ipot ser, a vegades, més gran que en la mateixa aigua.
Processos que afecten als cicles: zona metabòlica en sediments: 1. Oxigen: • Zona aeròbica: per difusió molecular (procés molt lent) entra oxigen al sediment. A més a més, tots els bacteris que viuen a la superfície (20 cm primers del sediment) també respiren.
En general és d'uns 2 o 3 cm, on hi ha poca matèria orgànica. A uns 5 o 6 mm?¿?¿ hi ha molta matèria orgànica, i l'oxigen es consumeix molt més ràpid.
• Zona anòxica: presència de partícules sòlides amb aigua que no es pot barrejar (és com un hipolímnion molt concentrat) ◦ Amb facilitat, la capa de sediment es torna aeròbica?¿?¿ 2. Nitrat: • Succeeix el mateix que en l'hipolímnion anòxic: • Zona aeròbica: nitrificació → el nitrar augmenta la seva concentració. A més, els bacteris nitrificants oxiden l'amoni a nitrat.
• Zona anòxica: es consumeix el nitrat per desnitrificació quan no hi ha oxigen.
3. Sulfat, sulfur: • En el pic de l'SH2 és quan es produeix la sulfato-reducció, i per tant, es redueixen els sulfats.
4. Metà: • Arriba un moment en que el sulfat s'esgota i es produeix el fenomen de la metanogènesi.
Acumulació del N i P en sediments: La zona biogeoquímica activa és fins als 30 cm. Hem mirat els acceptors d'e⁻ finals de la respiració.
Com a resultat de la descomposició es forma CO 2, NH4⁺ i PO4 (El CO2 es forma com a bicarbonat, per tant hi haurà una alcalinitat alta; i el PO4 es produeix quan no hi ha desnitrificació) Una part de NH4⁺ i PO4 acumulats es difon a l'aigua per difusió molecular. La qual és un procés molt lent que té la tendència d'equilibrar les concentracions a les dues bandes i, per això, els ions pugen cap a la superfície. (Quant el gradient de concentració és petit, el moviment és més lent. En canvi, quan el gradient és gran, el moviment és una mica més ràpid).
En l'hipolímnion i epilímnion, la difusió molecular també te lloc a través de la termoclina, però el gradient és tant petit que el moviment és massa lent i no s'aprecia.
La diferència de concentracions entre l'aigua superficial i la del sediment és molt gran (pot superar una relació de 1/1000). Així doncs, el moviment per difusió és gran però està frenat o alentit perquè és difusió molecular.
Retorn intern de nutrients: !!! Examen Quan la zona aeròbica és molt reduïda o no existeix perquè l'aigua superior és anòxica o perquè hi ha molta matèria orgànica: • Augmenta el gradient entre l'aigua i el sediment (i per tant hi haurà una difusió de N i P cap a l'aigua més gran) • La nitrificació (en sediments) es redueix i la retenció de fosfat (associat a Fe) també.
• Si el sistema té una taxa de reducció de SO4, encara hi ha més fosfats que retornen des del sediment. (El sulfur de Fe allibera sulfur que amb contacte amb l'aigua es transforma a àcid sulfhídric, el qual és tòxic).
Aquest processos seran més importants un un llac poc profund i ample, ja que hi haurà més sediment respecte la columna d'aigua.
Cal recordar que el reciclat intern és una dels factors que determina una major producció primària en els llacs.
Concepte d'Eutròfia i Oligotròfia: (extrema) (extrema) – Oligotròfia: poc aliment – Eutròfia: molt aliment La concentració o disponibilitat de nutrients està relacionada amb la producció. Es podria produir que el llac sigués elevat en nutrients i baix en producció (perquè hi ha poca llum), i per tant seria eutròfic en relació als nutrients i oligotròfic en relació a la producció.
Podríem afegir una altre variable, la fondària : Elevat (s'estratifica amb més facilitat) → Baix (més barreja i per tant més nutrients; relació entre sup. Sediment / sup. volum més gran) Cal destacar que les fletxes indiquen un desenvolupament, amb el temps, dels ecosistemes aquàtics.
Eutrofització: És un procés d'enriquiment en nutrients de les aigües naturals que determina una elevada producció fitoplanctònica. Pot ser natural o antropogènic (abans es considerava únicament natural, fins als anys 70 del segle XX) Una producció elevada a la superfície produeix que es sedimenti molta matèria orgànica, i per tant la capa fòtica es redueix. Hi ha un augment de la producció, i per tant de la descomposició també i es creen unes condicions aeròbiques a l'hipolímnion o al sediment. Augmenta la desnitrificació i es produeix la presència de sulfus a l'aigua i l'augment del retorn de P ( RETROALIMENTACIÓ POSITIVA: com més eutròfic → més fàcil de que es mantingui eutròfic) És produeix una pèrdua de la vegetació, ja que disminueix la llum que travessa l'aigua, i per tant també es produeix una pèrdua dels animals.
Els llacs com a sistemes oberts: Un sistema hauria de ser oligotròfic, que és el que ha fet que es tornes eutròfic? En condicions naturals, un lac rep aportacions de la conca, i per tant hi ha una aportació de nutrients La producció no es frenarà perquè li arribin nutrients des de la conca.
Factors que determinen la producció primària en els llacs: Com ja s'ha dit, en els períodes de barreja, quan hi han aportaments externs de nutrients i quan el reciclat intern és elevat es produeix una producció primària més gran.
A més a més, l'eutrofització cultural o antropogènica també determina aquest augment de la producció primària.
L'aportament extern de nutrients determina la productiu nova. La producció reciclada és la que es dona a partir dels nutrients reciclats a la massa d'aigua.
– Aportaments puntuals (rius abocaments, canals): són fàcils de controlar – Aportaments difusos (escorrentia de la conca): difícils de controlar Les conques poden ser: • Naturals (conques forestades, poca activitat humana: ◦ Baix aportament de nutrients (no es perden ni per escorrentia ni pels canals, se'ls queda la vegetació, etc...
◦ Aportaments de COD (carboni orgànic dissolt) refractari (→ li costa descompondre's) • Amb activitat humana (deforestades) ◦ Pèrdues per escorrentia.
◦ Elevat aportament de nutrients dissolts o particulats.
◦ Si predomina l'activitat agrícola → pèrdua de N del sòl, el qual va a parar al llac.
◦ Si predomina l'activitat urbana → pèrdua de P (detergents...).
El P com a nutrient limitant de la producció de les aigües continentals “El paradigma del P” → en aigües continentals el problema és més a causa del P i no del N: el P retroalimenta l'eutròfia si hi ha N.
Quan hi ha molt P i poc N, hi ha fixació de N atmosfèric i per tant el N no serà limitant encara que l'eutrofització augmenti la nitrificació.
Les cianofícies fan uns blooms a la superfície (llum, Natm i P) i creixen molt: generen cianotoxines (hi han mes de 50 diferents) que poden afectar al fetge, pell, ronyons..., per tant són BLOOMS TÒXICS. A més a més, eliminar les cianofícies de l'aigua és molt car.
El model de Vollenweider: TEMA 1.4. ELS OCEANS: – Estructura dels oceans – Circulació termohalina i geostròfica – Patrons globals de circulació – Interacció amb el cicle del carboni – Producció primària oceànica – Els cicles dels nutrients en els oceans Estructura de les masses d'aigua: Els processos en un oceà funcionen molt diferent que en un llac, ja que ens movem a una escala molt més gran.
Tots els oceans es comporten d'una manera molt similar, sobretot en les seves aigües profundes.
L'aigua profunda té una Tº de 5ºC, presenta una salinitat homogènia que pot variar del 36 al 38 ‰ i una densitat d'1.128 g/cc.
L'aigua superficial sí que és més variable, en general la Tº és més alta que la de l'aigua profunda, per tant aquesta massa d'aigua superficial serà menys densa. A més a més, també és menys salada perquè l'aigua de la pluja o la dels rius dilueixen la superficial (els valors de salinitat estarien al voltant de 35,7‰ o com a molt 34‰).
• La TERMOCLINA és la capa que separa masses d'aigua de diferent temperatura.
• La HALOCLINA és la capa que separa masses d'aigua de diferent salinitat.
• La PICNOLCLINA és la capa que separa masses d'aigua de diferent densitat. La comunicació entre Tº i salinitat determina on estarà situada l'aigua, i per tant la densitat.
Així doncs, la densitat depèn de la Tº i de la salinitat.
Temps de residència de l'aigua oceànica: Fondària mitja oceànica: 3500m Capa fòtica: 200m (com a màxim) Temps mig de residència = Massa del compartiment / aportaments Té sentit quan el sistema està en estat estacionari (és a dir, que el que entra i el que surt és constant i, per tant, la massa no varia: així doncs, els aportaments són igual que les sortides) “Per entendre bé el concepte, imaginant que l'oceà està buit, el temps de residencia seria el temps que trigaríem per omplir-lo amb els mateixos aportaments actuals considerant que no hi han sortides”.
TMR Global = Volum oceànic / Volum fluvial anual = 34.000 anys TMR Superficial (entre 0 i 500m) = aigua oceànica superficial / volum fluvial per any = 17.000 anys Per tant, podem deduir que el paper dels continents és insignificant Cicles del C, N i P en l'oceà: Els aportaments fluvials i procedents dels sediments tenen molt poca influència. En canvi si que depenen de dos factors determinants per entendre l'oceà: – La interacció amb l'atmosfera.
– Gran influència de la circulació (no barreja) oceànica.
Circulació oceànica: • Circulació termohalina: produïda per les diferències de densitat generades per diferències de Tº i salinitat (de tota la Terra, des dels pols a l'equador) → han de ser fonts d'energia a gran escala • Circulació geostròfica: produïda per la interacció amb la rotació de la Terra.
Circulació termohalina: L'aigua superficial oceànica cedeix calor a l'atmosfera.
Quan cedeix aquest calor es refreda i augmenta la seva densitat.
Com a conseqüència d'aquest augment tendeix a descendir cap a la massa d'aigua més profunda Com que l'aigua és cohesiva, aquest espai que ha provocat en descendir, és ocupat per l'aigua dels costats (en la superfície oceànica).
En la fondària oceànica passa justament al contrari, l'aigua penetra en aquesta capa i obliga a desplaçar horitzontalment l'aigua que hi havia en el lloc que ha ocupat.
Per acabar de tancar el cicle, arriba un moment que l'aigua que s'ha desplaçat horitzontalment a la capa profunda ascendeix en el buit que ha deixat l'aigua de la capa superficial, al desplaçar-se, també horitzontalment, en sentit contrari.
Aquest petit esquema anterior és un resum del que passa a escala planetària: CIRCULACIÓ GLOBAL El punt més important l'Atlàntic Nord (aigua poc salada), on l'aigua es refreda molt ràpidament i s'enfonsa. A partir d'aquest enfonsament, l'aigua circula en profunditat. Cal destacar que en l'Antàrtic (aigua salada) també es produeix un enfonsament i per tant, també es forma aigua profunda, però el punt més important és el de l'Atlàntic Nord.
Podem considerar la circulació global com una gran cinta transportadora marina, com si fos una única cel·la de circulació.
• Un cop s'ha format aigua freda en l'Atlàntic Nord i s'ha enfonsat formant aigua profunda, aquesta circula dirigint-se cap al Sud pel vessant oriental de l'Atlàntic fins arribar a l'Antàrtida (on també es forma aigua freda, la qual s'enfonsa i s'ajunta amb la que ja circulava en profunditat procedent de l'Atlàntic Nord).
• L'aigua profunda freda es trenca en 2 meitats, una es dirigeix cap a l'Índic i l'altra cap al Pacífic.
• Les dues meitats, quan arribin a la zona tropical de l'Índic i del Pacífic, respectivament, l'aigua es calenta i ascendeix cap a la superfície.
• Aquestes dues meitats d'aigua calenta superficial s'uneixen i circulen pel Sud d'Àfrica, travessen l'Atlàntic fins a tornar a començar el cicle a l'Atlàntic Nord.
Importància de la cinta transportadora de calor: La cinta transportadora de calor té una gran importància, sobretot en la formació d'aigua profunda que té lloc a l'Atlàntic Nord i, en segon lloc, a l'Antàrtic. Tot depèn d'aquesta formació d'aigua profunda, ja que cada segon s'enfonsa un volum equivalent a dues torres Agbar (13-17 Suerdup = m³/s ) Distribució de calor en el planeta (menor diferència tèrmica latitudinal → determina els climes): per exemple, arriba calor a les zones més septentrionals gràcies a la calor transportada amb l'aigua.
Un resultat de l'escalfament actual pot provocar un refredament de les zones situades més al Nord, ja que impediria que l'aigua de l'Atlàntic Nord s'enfonsés, es frenaria la cinta transportadora de calor i hi hauria una pitjor distribució de les temperatures en el planeta.
Temps de residència de l'aigua profunda = volum aigua profunda / formació anual d'aigua freda = 275 – 510 anys És important conèixer aquesta dada, perquè l'aigua que està en contacte amb l'atmosfera pot passarse entre 275 i 510 anys circulant abans de tornar a sortir a l'atmosfera.
Transport d'oxigen i carboni (circulació termohalina): L'aigua profunda transporta CO2 i O2.
L'aigua superficial està 100% saturada en CO2 i O2, quan descendeix en profunditat aporta CO2 i O2 a les aigües profundes. Per tant, a 3.000m de profunditat hi podria haver O 2, gràcies a la circulació (moviment horitzontal) o cinta transportadora que quan s'enfonsa conté O2. !!!! La mínima concentració d'oxigen la trobem abans d'emergir a la zona de l'Índic i Pacífic, que és on l'aigua profunda marina és més vella i s'ha anat consumint per efecte dels organismes. En canvi, en aquestes zones és on hi ha una concentració màxima de CO 2, ja que aquest ha augmentat com a conseqüència de la respiració.
Així doncs: – Quan hi hagi una Tº freda hi haurà una major solubilitat dels gasos i l'aigua contindrà CO 2 i O2 – Quan hi hagi una Tº càlida, hi haurà una menor solubilitat dels gasos i l'aigua només contindrà CO2.
Conseqüències dels patrons de circulació global: Els valors positius indiquen una emissió a l'atmosfera de CO2. Es dona entre els dos tròpics (àrees equatorials) → prové de l'aigua profunda (la qual té uns 500 anys) una concentració de CO2 més baixa, i com a conseqüència la temperatura és més càlida. Així doncs, hi ha una emissió de CO 2 atmosfèric a latituds baixes En canvi els valors negatius indiquen una captació de CO2 per part de l'atmosfera. Es dóna a temperatures més altes, i com a conseqüència la temperatura és més freda.
Així doncs, hi ha una captació de CO2 atmosfèric a latituds altes.
A més de la temperatura, també hem d'afegir el factor organismes: On arriba llum, es fa la fotosíntesi, que requereix CO2, llum, N i P.
La quantitat de matèria orgànica que es forma al mar és baixa. Això és degut a que l'aigua és transparent i, per tant, no hi ha fitoplàncton → falten nutrients El N i P que hi ha a l'aigua del mar pot venir dels rius i de l'erosió, però igualment són molt escassos. Al mar hi ha nutrients gràcies al RECICLAT.
El Fe limita la producció primària al mar.
El 90% de la producció que es dóna a les aigües superficials marines prové del reciclat i es descompon: PRODUCCIÓ RECICLADA, la qual prové dels nutrients del material prèviament format.
El 100% restant es sedimenta, però queda compensat amb els aports extens: PRODUCCIÓ NOVA, la qual depèn dels nutrients externs.
Distribució d'oxigen i nutrients en els oceans: és igual pel N que pel P.
A mida que envelleix l'aigua marina, el consum d'oxigen va disminuint. El màxim d'oxigen es dóna a 500m (zona intermitja), ja que la matèria orgànica sedimenta i es va descomponent → a baixes profunditats no arriba gaire matèria orgànica, i per tant no es consumeix gaire oxigen.
Quan hi ha el mínim d'oxigen és quan es produeix el màxim de PO4. La matèria orgànica que circula es va enriquint amb nutrients Paradoxa: on hi ha fotosíntesi no hi ha nutrients, i on hi ha nutrients no hi ha llum → sistema pobre A on serà més rica l'aigua del mar? → CIRCULACIÓ GEOSTRÓFICA, que depèn de l'efecte combinat del vent i de la rotació terrestre.
Hemisferi Nord: • En àrees de divergència (baixa P atmosfèrica → borrasques i ciclons) l'aigua profunda es troba més a prop de la superfície (capa fòtica). Els nutrients estan a prop de la llum.
Quan l'aire es mou, transmet el moviment a l'aigua La força de CORIOLIS desplaça el moviment cap a la dreta a l'hemisferi nord i cap a l'esquerra a l'hemisferi sud.
La força fa que l'aigua profunda estigui més aprop de la superfície i arriben els nutrients a la superfície!! • En àrees de convergència (alta P atmosfèrica → anticiclons) l'aigua profunda es troba lluny de la superfície (capa fòtica). Els nutrients estan lluny de la llum.
L'aigua s'acumula al centre i hi ha una P cap abaix que enfonsa l'aigua profunda, fent que encara estigui més lluny → molt pobres en nutrients.
Hemisferi Sud: Cal destacar que a l'hemisferi Sud canvia el sentit dels anticiclons i de les borrasques, però també la desviació de coriolis, i per tant passa el mateix que en l'hemisferi Nord: En zones de divergència hi ha nutrients i les xones de convergència són pobres en nutrients Afloraments (circulació geostròfica): On els vents bufen en paral·lel a la costa oest dels continents, el moviment del vent es transmet a l'aigua de la costa, i aquesta tendeix a allunyar-se de la costa. En conseqüent, l'aigua profunda tendeix a pujar cap a la superfície → Aportament de nutrients Aquest aflorament d'aigua profunda al costat del litoral es dona a la costa oest dels continents pròxims als tròpics (com a efecte dels VENTS ALISI) → zones desèrtiques com la del Sahara, California, Nimibia (Sud-Àfrica) i Perú, les quals tenen una elevada producció marina, per tant una elevada activitat planctònica i, en conseqüent, molts peixos i animals (com els ocells) que es mengen aquests peixos. Són les quatre zones d'alta pesqueria, però ocupen un 0,1% de la superfície total del mar, que és molt poc.
Relació entre circulació i producció primària: El patró és idèntic tant per la concentració superficial de clorofil·la com per la producció primària.
EL mapa indica les mesures indirectes de PPN a traves de de la clorofil·la (imatges de satèl·lit).
En el mar, la relació P/B és molt constant, i per tant, mesurant la biomassa per satèl·lit podem mesurar la producció.
La producció en el mar és d'uns 500gC/m²any: En ell girs oceànics, en les àrees de convergència, aquesta producció és inferior a 60gC/m²any, i en les àrees de divergència (zona tropical) oscil·la entre 180 i 240 gC/m²any A l'Antrtida tenim una zona de HNLC (hight nutrients, low clorofil·la), perquè no hi ha Fe, ja que aquest arriba dels continents en forma de partícules sòlides, i a l'Antàrtida no hi ha continent.
El cicle del carboni als oceans: Valors de la producció primària: Extensió (%del total) Mar obert 90 Mediterrani Producció (gC/m²any) 130 Producció total (*10¹⁵gC/any) 42 50-85 Costes 9.9 250 9 Afloraments 0.1 420 0.15 TEMA 2: LA BIOSFERA TERRESTRE TEMA 2.1. EL CICLE DEL CARBONI EN ELS SISTEMES TERRESTRES: LA PRODUCCIÓ PRIMÀRIA : • Fotosíntesi a nivell d'organismes • Fotosíntesi a nivell d'ecosistema: compartiments implicats • Índex d'àrea foliar (LAI) • Formes d'estimar la producció • Eficiències • Factors que determinen la producció primària La fotosíntesi a nivell d'organisme: Els vegetals terrestres són els principals productors primaris terrestres La reacció de la fotosíntesi s'efectua dins del cloroplast, i és la mateixa que en els sistemes aquàtics.
6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6O2 Al medi terrestre hi han una serie de problemes, el més important és l'aigua. L'aigua tendeix a sortir de la cèl·lula perquè a l'exterior n'hi ha menys, per tant, s'han d'impermeabilitzar les fulles perquè aquestes no es quedin sense aigua. Si les fulles s'impermeabilitzen l'aigua no pot sortir, però a la mateixa vegada, el CO2 tampoc pot entrar, i no es donaria la reacció de la fotosíntesi. La solució és la presència d'ESTOMES a les fulles, la planta els pot regular perquè estiguin més oberts o més tancats i així controlar les pèrdues d'aigua i l'entrada de CO2.
Tot hi tenir els estomes, es produeix una pèrdua d'aigua interna. Des de les arrels, l'aigua puja per capil·laritat a traves de la tija (la planta no gasta energia). Els elements N, P, Ca i Mg (entra altres) són extrets únicament del sòl i ascendeixen de de les arrels, a través de la tija, fins a les fulles. Per tant podem deduir que la producció de les plantes terrestres està molt condicionada per l'aigua.
Les plantes C4 i les CAM són unes espècies que han solucionat la dependència a l'aigua. En el cas de els C4, hi han 2 tipus de cèl·lules fotosintètiques (les del mesòfil i les de la beina).
El cicle de kelvin necessita una alta concentració de CO2, les cèl·lules que estan a l'exterior tenen un sistema en es passa d'una molècula de 3C a una de 4C (acumulació de CO2 en molècules de 4 àtoms de C).
Aquestes molècules es porten a les cèl·lules de la beina per dur a terme el cicle de kelvin Durant el dia tenen els estomes tancats i va utilitzant la reserva de C.
Poden subsistir en condicions de dèficit hídric.
C3: Quan hi ha més CO2 extern, la producció és més alta (perquè no està treballant al màxim rendiment).
C4: Encara que augmenti o disminueixi la concentració de CO2 externa, la producció no varia (ja que sempre està treballant al màxim rendiment).
La fotosíntesi depèn de la llum, per tant la taxa sintètica depèn de la irradiància. Les plantes de llum augmenten gradualment però es saturen molt més tard. En canvi, les plantes d'ombra arriben a la producció màxima molt ràpidament però també es saturen molt ràpid.
La fotosíntesi a nivell d'ecosistema: compartiments implicats: Hi han 3 grans tipus d'ecosistemes terrestres: • Prats • Sabanes • Boscos (seran amb els que ens centrarem) La biomassa presenta 2 compartiments: – Autotròfica: fulles → fotosíntesi – Heterotròfica: troncs i arrels Una part de la biomassa aèria és autotròfica i una altra heterotròfica. → l'any 2008, el clima temperat humit era el que presentava més biomassa, segut del tropical, del temperat semiarid i del boreal semiàrid, del mediterrani i del boreal humit. En tots els casos, la biomassa subterrània presenta unes major quantitats que la aèria.
Les coníferes són les que tenen més biomassa, ja que les seves fulles pesen molt poc i són plantes molt adaptades a la sequera (presenten una alta impermeabilització i tenen les fulles cilíndriques, per tant, perden menys aigua). → l'any 2008 la seguia els arbres de la Pineda d'Osca, la Selva del Brasil, els Eucaliptus d'Austràlia, la Pinededa d'USA i l'Alizinar del Montseny, el Faig-Roure de Xequia i finalment el Miombo del Zaire.
Quan més esclerofil·la, les fulles estan més ben protegides, són més dures, estan més impermeabilitzades i presenten una major resistència a la sequera.
LAI: Índex d'Àrea Foliar: La concentració de clorofil·la per unitat de superfície en les plantes terrestres és molt singular i molt constant. Hem de mirar la superfície de la fulla per unitat de superfície, no el pes. Per tant, el LAI és un valor addimencional que mesura la superfície activa del sistema: LAI = m² fula / m² sòl Com més LAI, més superfície activa.
Al 2008, a la zona on hi havia un LAI més elevat era al temperat humit, seguit del tropical, del boreal humit, del mediterrani, del boreal semiarid i, finalment, del temperat semiàrid.
La fotosíntesi a nivell d'ecosistema: fluxos: – El CO2 atmosfèric entra a través de les fulles: producció bruta (flux) – El CO2 surt a través de les fulles, arrels i tronc/tija: respiració autotròfica (flux), és autotròfica perquè és la de les plantes.
PPB = CO2 incorporat a Corg.
Ra = CO2 retornat epr la respiració de les plantes PPN = PPB - Ra Exemple de l'alzinar de Prades Formes d'estimar la producció: 1. ESTIMES INDIRECTES DE LA PRODUCCIÓ PRIMÀRIA: Detecció remota (satèl·lit): permet mesurar grans àrees de difícil accés i requereix validacions acurades El quocient de reflectància és entre T4 (roig → la vegetació l'absorbeix) i T3 ( infraroig proper → la vegetació el reflexa), i és proporcional al LAI.
El LAI és proporcional a ala PPN del sistema. Així podem estimar la PPN d'àrees de gran extensió i remotes. Els valors prèviament s'han de validar, ja que estem fent l'estimació d'una àrea molt gran.
Quocient T4/T3 i LAI LAI i PPN 2. ESTIMA REAL DE LA PRODUCCIÓ PRIMÀRIA: Mètode de la Collita: s'expesa per anys, ja que els éssers L'increment de biomassa = Bt - Bi vius d'un bosc viuen molt anys.
Tenim la biomassa inicial Bi (arbres, plantes, productors primaris...) que hi ha al bosc. Durant un any es forma una Producció nova PPN (arbres que neixen, fulles que creixen, noves espècies..) que se li ha de sumar a la Bi. Al mateix temps, es produeix un consum per part dels herbívors H (encara que, normalment, en els boscos no arriba ni al 1% ), la mortalitat M dels arbres (biomassa morta) i una fullaraca virosta Det (és a dir, les fulles que perd l'arbre, que són part de la seva biomassa ), que se li han de restar a la Bi.
Per tant, ens queda una fórmula per determinar la Bt, que alhora podem utilitzar per determinar PPN: Bt = Bi – Det – M – H + PPN PPN = Bt – Bi + Det + M + H Si comparem la Bi i la Bt ens adonem que aparentment presenten la mateixa biomassa. La producció nova compensa les pèrdues sistemàtiques com són la de la mortalitat, el consum per part dels herbívors i la fullaraca virosta.
Mesura del DBH: és la mesura del diàmetre del tronc per tal de conèixer la seva alçada. També es pot mesurar la fullaraca i el pes del tronc.
Factors que determinen la producció primària: llum, nutrients i CO2.
En general depèn de 2 factors, la llum i l'aigua que es necessita perquè es estomes estiguin oberts.
LLUM En les selves tropicals (bosc tropical humit) la llum és constant, hi ha poc increment de temperatura i molta aigua.
A mida que ens endinsem (de les copes més altes dels arbres fins al sòl) hi ha una disminució exponencial de la llum.
Això condiciona la morfologia dels arbres, ja que es produeix un desenvolupament en estrats ( arbres molt alts i a mida que ens apropem al sòl, més petits → el sistema que té més estrats en té 5).
En aquests sistemes les fulles presenten una gran superfície, ja que no hi ha limitació hídrica i per tant, no hi ha tanta evaporació. Les fulles de dalt de tot si que són una mica més petites perquè els hi arriba la llum directament i, al tenir els troncs tan alts, l'aigua triga més a pujar. El problema és que hi ha una forta competència per la llum, i per tant han de tenir les fulles més grans i els arbres s'han d'estirar cap amunt.
Per tant: fulles amb gran superfície, alçària de vegetació gran, nombre elevat d'estrats, sotabosc adaptat a una baixa radiació, vegetació herbàcia escassa i LAI moderat/alt Cal destacar, que la disponibilitat de llum i aigua permet un gran desenvolupament de la vegetació amb un LAI elevat. Però degut a que hi ha molta aigua, el sòl és pobre en nutrients i les arrels presenten poc desenvolupament, així doncs els arbres presenten que fan de contrafort per sostenir l'elevada alçaria.
* Bioma: sistema amb la mateixa morfologia, encara que les espècies siguin diferents.
Hi han altres sistemes, els boscos caducifolis temperats, que la llum qui hi incideix és moderada o variable estacionalment. En aquests casos, les fulles tenen una gran superfície i l'alçada de la vegetació és moderada. Per altra banda tenen un nombre petit d'estrats i una vegetació herbàcia estacional. El seu LAI és moderat.
AIGUA Els ambients amb dèficit hídric presenten les fulles petites ( capten menys llum per no perdre l'aigua → evitar evaporació), les fulles impermeables (amb cera o productes derivats de la cel·lulosa ), les fulles amb un alt pes específic ( pes/superfície → degut a les substàncies de permeabilització) i una adaptació a la llum difosa (LAI molt elevat).
Per què un LAI molt elevat? Hi ha una alta competència per la llum, i les fulles tendeixen a estar molt inclinades (si són molt grans els seu grau d'inclinació és molt elevat). Per tant, en fulles petites, quan hi ha dèficit hídric, hi ha un elevat grau de superposició i d'inclinació. Així doncs, la llum arriba molt més abaix. A més a més, les substàncies impermeables reflecteixen la llum i les fulles la capten de diferents direccions (adaptacions a la llum difosa).
(blau → llum ; vermell → humitat atmosfèrica de dins del bosc ; verd → producció) La disponibilitat hídrica va augmentat a mida que ens endinsem al bosc, ja que a baix hi ha una concentració de vapor d'aigua més elevada. Això és degut a que s'impedeix la renovació d'aire i l'evaporació es redueix (augmenta la humitat).
La màxima producció es troba al mig, ja que a la part superior els estomes estan més tancats per no perdre aigua, i a baix l'evaporació és més petita i la producció és mínima.
* Eficiència en l'ús de l'aigua: unitat ecològica que té més sentit → conca (connectada al bosc). Com es mesura l'ET? Entrada (precipitació) Sortida (riu o riera, infiltració..tot hi que hi ha un llit rocós que fa que no hi hagi infiltració al subsòl. Mesurant entrades i sortides sabem ET.
Hi han altres adaptacions al dèficit hídric que es donen a vegades: – De caràcter morfològic: fulles cilíndriques, que perden menys aigua (coníferes) – De caràcter bioquímic: prescindir de les fulles (espines) i fer la fotosíntesi amb el tronc/tija, el qual es fa més ample.
– De caràcter de compartiment: estratègia caducifòlia (als tròpics perden les fulles quan no hi ha aigua, no quan fa fred (boscos monzonics), això és degut a que només es dóna si el període favorable és prou llarg perquè puguin tornar a créixer totes les fulles.
Llum Aigua Biomes i variables primàries: Altres factors que determinen la producció primària són els biomes i les variacions climàtiques.
L'evapotranspiració depèn de que hi hagi aigua, per tant la precipitació i la temperatura es poden combinar en evapotranspiració real. Cal destacar que l'ET és la variable que més es relaciona amb la producció primària.
En funció de la precipitació i de la temperatura podem saber som serà l'ecosistema terrestre (exemple: baixa ET → baixa producció) BIOMASSA PLANETARIA: A ESCALA • Temperatura → esquerra • Evapotransipració → dreta • Precipitació → abaix Eficiències: EUA: eficiència en l'ús de l'aigua • EUA = mols CO2 fixat / mols aigua transpirada • EUA =PPN (mols) / mols aigua transpirada P/B : productivitat • Producció / Biomassa que es produeix. Unitats: temps ⁻¹ Estima com d'actiu és un sistema B/P = TRB : temps de renovació de la biomassa • És el temps que triga la biomassa d'un sistema en fabricar una biomassa equivalent a si mateix. Unitats: temps Energia exosomàtica i endosomàtica: La producció primària terrestre: TEMA 2.2 EL CICLE DEL CARBONI EN ELS SISTEMES TERRESTRES: DESCOMPOSICIÓ I ACUMULACIÓ DE CARBONI AL SÒL: • Producció d'humus i detritus • Cinètica de la descomposició • Factors que regulen la taxa de descomposició • Taxes de descomposició en sistemes terrestres • Producció neta de l'ecosistema La descomposició: La descomposició és l'oxidació de la matèria orgànica, retornant els nutrients (en forma inorgànica) al medi: La respiració de la matèria orgànica de procedència terrestre ( fullaraca, la virosta els troncs morts i les restes d'animals) s'acaba transformant en Necromassa o MOM (matèria orgànica morta). Els organismes descomponedors del medi descomponen la MOM deixant CO 2, H2O, nutrients i humus.
L'humus és la principal diferència amb els sistemes aquàtics, ja que aquests no en produeixen.
Els organismes implicats en la descomposició, en general, són bacteris i fongs (els quals són presents tant en el medi aquàtic com en el terrestre). A més a més, en el medi terrestre existeixen uns altres organismes descomponedors, els anomenats fauna del sòl.
La fauna del sòl són animals detritívors (és a dir, s'alimenten de la MOM i no alliberen nutrients, contribueixen a accelerar la descomposició), es poden distingir 4 grups: – Microfauna: protozous i nemàtodes – Mesofauna: àcars i colèmbols – Macrofauna: crustacis, quiliàpodes i isópodes – Megafauna: oligoquets (cucs de terra).
El material d'origen terrestre es descompon molt ràpid i el d'origen aquàtic, molt lent: cinètica de descomposició (com varia en el tems un sistema determinat). És molt important el factor temps.
Composició MOM: en distingim 3 fraccions 1. Substàncies húmiques (humus), Estructura poc coneguda, Molts grups -OH, -COOH i C=C=C Són substàncies molt refractàries, tenen molta energia però costen molt de trencar perquè químicament són molt complexes, els organismes creixen poc i el material es va acumulant perquè són poc útils enèrgicament i el conjunt d'organismes no el consumeix.
2. Substàncies làbils, Proteïnes, lípids i greixos.
Són unes substàncies molt fàcils de digerir energèticament.
3. Altres, com substàncies de control (ferromones, vitamines..) : Tenen molt poca qualitat. Actuen com a substàncies de control, encara que hi hagi poca quantitat, afecten. Són d'origen natural o antropogènic. La seva presència pot arribar a afectar al procés de descomposició, entre altres.
Distribució de la necromassa: detritus i humus: Detritus cel·lular vegetals, fracció (substàncies refractàries i làbils) → Descomponedors → Matèria orgànica amorfa (substàncies refractàries) El resultat de la descomposició en els sistemes terrestres és l'acumulació d'humus (substàncies refractaries) al sòl.
L'humus representa la major fracció de la matèria orgànica morta al sòl.
Cinètica de la descomposició: Per descriure la cinètica de la descomposició hi han 2 punts de vista, i per tant dues equacions: 1. Taxa instantània de descomposició (Model d'Olson): Segons aquest model, la descomposició té una dinàmica exponencial decreixent descrita per la següent equació: MOMt = MOM0 ℮⁻kt On k és la fracció de la matèria orgànica que es descompon en un instant : taxa de descomposició instantània.
La fracció qua es descompon sempre és constant (cinètica de primer ordre) La quantitat que es descompon depèn de la quantitat de matèria orgànica que hi ha.
2. Taxa finita de descomposició: Entrades anuals → MOM → Sortides anuals (MOM · K' ) Assumeix l'estat estacionari del sistema: la MOM no varia, i per tant Entrades = Sortides, així doncs: E = k’ · MOM La energia és la quantitat (Flux: E sòl = Sortides vegetació) k’= E / MOM de fullaraca que perd el sòl anualment La descomposició és una reacció de primer ordre, és a dir, la quantitat de matèria orgànica que es descompon és una fracció constant ( TAXA FINITA DE DESCOMPOSICIÓ) de la matèria orgànica total (és una proporció). La sortida és la taxa finita (k') · MOM En un sistema caducifoli cau fullaraca de manera puntual.
– Abans de que caiguin les fulles : MOM 1 (any anterior) – Entrada de fulles: MOM0 (inicial) Això és així perquè està en estat estacionari Relació entre les dues equacions (k i k'): Si fem l'equivalència entre les dues equacions (taxa finita de descomposició i taxa instantània de descomposició), obtenim la següent formula, on K' = K quan k tendeix a 0 k' = 1- ℮ ⁻k Temps de descomposició: formes d'expressar-lo És útil per expressar les taxes de descomposició 1. Temps mig de residència: TMR És aplicable a qualsevol relació entre massa i flux TMR = Massa/Flux = Detritus/Sortides Si ens fixem en l'equació de la taxa finita de descomposició, podem deduir: (és la inversa de la taxa de descomposició) TMR = 1/k’ 2. Temps de semidescomposició: t1/2: t1/2 =ln0,5/k = -(-0.693/k) FACTORS QUE DETERMINEN LA TAXA DE DESCOMPOSICIÓ: (de què depèn la taxa de descomposició) • Quantitat de necromassa (depèn de la PPN o de la biomassa que hi ha) Factors propis de la necromassa: composició i estructura • • Composició necromassa: – Composició química del material que es descompon – Relació C/N del material que es descompon (molt important conèixer quina proporció de N hi ha: interacció amb el cicle del N i del C) !!! Estructura (física) de la necromassa: superfície d'atac Com més gran sigui la superfície, més espai hi ha perquè hi accedeixin els bacteris . Al haver-hi més superfície d'atac, queda més quantitat de material exposat. Hi ha na gran relació amb els organismes del sòl, els quals fragmenten el material fent augmentar la superfície d'atac.
Factors externs o climàtics: temperatura i disponibilitat d'aigua → Evapotranspiració Real • Temperatura: • Disponibilitat d'aigua (HUMITAT): els bacteris no són actius en ambients secs. Perquè hi hagi descomposició els bacteris han d'estar actius. [ A més humitat → més descomposició ] Tots aquests factors afecten a la quantitat de material que es descompon. El factor “quantitat de necromassa” és l'únic que no afecta (no fa variar) la taxa de descomposició).
Composició química: • Les substàncies húmiques (fenols, lignines) són molt estables degut als seus forts enllaços (donen resistència a la planta), per tant, als bacteris els hi costa molt de descompondre-els.
En resum: són molt refractàries i difícils de descompondre.
• Les substàncies làbils (sucres, proteïnes, lípids) es descomponen molt ràpid. Els bacteris les utilitzen com a font d'energia En el gràfic es representa l'escala logarítmica i el pendent de les rectes, el qual mostra la taxa de descomposició (cal destacar que és fictici perquè no s'ha fet en el medi natural).
Un material amb molta lignina triga molt més a descompondre's que un material que tingui molts sucres.
Per exemple, l'Alzina es troba en n ambient sec i les seves fulles estan impermeabilitzades, costa molt de descompondre's. En canvi el Faig habita en ambients humits, i es descompon molt més ràpidament.
Relació C/N: Aquesta relació afecta a la taxa de descomposició, ja que els bacteris utilitzen la necromassa com a font d'energia, de N i de C.
Els descomponedors necessiten substrats d'una composició estequiomètrica semblant a la dels seus teixits.
Molts substrats són extremadament pobres en N en relació a la quantitat de C. Les molècules amb més àtoms de N són més fàcils de descompondre.
La relació C/N dels bacteris és igual (o una mica més baixa) que al fitoplàncton: una fulla té molt de material de protecció, en canvi un bacteri tot és biomassa (proteïnes) → al bacteri hi ha més proporció de N, i per tant la relació C/N és més baixa que en les fulles Per exemple, una C/N = 100 seria la de la fulla, i una C/N = 5 seria al del bacteri.
Però el bacteri utilitza matèria orgànica com a font de N, i per tant utilitza matèria orgànica amb una relació C/N baixa (la qual té una proporció de N alta).
Com més ↓ C/N → més ↑ taxa de descomposició Per tant, el primer que es descompon són els materials que els hi proporcionen al bacteris C i N, és a dir, que tinguin una relació baixa de C/N.
Adob: excrements d'animals que contenen molt N → aporten matèria inorgànica i així acceleren la taxa de descomposició per incrementar la relació C/N.
Superfície d'atac: La presència de macrofauna entre la MOM afavoreix la seva taxa de descomposició, ja que ajuda a esmicolar-la, fent augmentar la superfície d'atac bacterià. (+superfície → accelera la taxa de descomposició). Com més gran, més fàcilment colonitzada per bacteris i fongs, que són els descomponedors estrictes.
Temperatura: Els bacteris són molt sensibles a la temperatura. Entre els 0 i els 30/35ºC la velocitat de reacció s'incrementa: hi ha més activitat i, per tant, més taxa de descomposició.
Aquesta relació es pot aplicar a qualsevol procés metabòlic com és la fotosíntesi, la descomposició, la respiració...
La relació entre la temperatura i la velocitat de descomposició no és lineal On Vref és la velocitat de referència i tref, la temperatura de referència.
El valor de Q10 indica quant augmenta la velocitat del procés al augmentar 10ºC la temperatura.
Normalment Q10=2: per tant, cada 10ºC d'augment de temperatura, la velocitat es duplica.
La velocitat de referència d'un procés ha de definir-se a una temperatura determinada (15 o 25ºC) Vt = Vref*Q10 (t-tref)/10 V35 = 1*Q10 (35-25)/10 = 1*2= 2 V30 = 1*Q10 (30-25)/10 = 1*20,5= 1,41 Exercici: Pregunta PPN=150gC/m²·any a 18ºC PPN = 172gC/m²·any a 23ºC Resposta 172 = 150 · Q10 (23-18 / 10) aïllem Q10 → Q10 = Q10 ? Cal tenir en compte que tots els processos com la taxa de descomposició, la producció i la respiració són velocitats! La Q10 normalment és diferent en els processos de síntesi i de respiració: un canvi de temperatura augmentarà la diferència entre la fotosíntesi i la respiració.
Temperatura i disponibilitat d'aigua (humitat): La descomposició requereix humitat i una temperatura elevada. La descomposició es correlaciona positivament amb l'ETR (evapotransipració real) Així doncs, l'ETR és el que millor es correlaciona amb la taxa de descomposició quan mirem sistemes diferents.
PRODUCCIÓ NETA DE L'ECOSISTEMA: PNE = PPN - Rhet La incorporació neta de C – En sistemes joves s'acumula com a biomassa – En sistemes madurs s'acumula com a C al sòl (humus) PPN ~ Caiguda de fullaraca (E) + H L'acumulació de C al sòl és molt lenta A llarga escala temporal, cal incoprporar processos catastròfics (com el foc) TEMA 2.3. EL RECICLAT DE NUTRIENTS EN LA BIOSFERA TERRESTRE: • Fluxos i compartiments implicats en els cicles de N, P i cations en els sistemes terrestres.
• Distribució de nutrients a la biomassa • Fluxos intrasistema: absorció, retorn, reabsorció • Eficiències • Els aports externs • Perquè parlem de reciclat? • La descomposició: la immobilització de nutrients • Particularitats del cicle de N: fixació biològica de N • Transformacions de N als sòls: nitrificació i desnitrificació • Particularitats del cicle del P COMPARTIMENTS I FLUXOS INTRASISTEMA : Les formes dissoltes contenen les substàncies en dissolució que necessita la planta.
Les formes sòlides contenen la matèria orgànica que hi ha en el sòl (ens interessa la matèria orgànica que procedeix de la matèria orgànica vegetal) Compartiments Fluxos Vegetació Biomassa foliar (fotosíntesi + fabrica matèria orgànica) Troncs (connecten les arrels i la b.foliar) Arrels (capten / absorbeixen matèria) Absorció Trascolament Escorrentia cortical Pèrdua de fulles i branques Reabsorció És important saber en quines Sòl quantitats Formes dissoltes (aigua que hi ha en el s'intercanvien tots els nutrients (com sòl) el N,P,Ca,K i Mg) Fullaraca o entre el sòl i la necromassa (forma vegetació sòlida) Absorció: [ flux entre formes dissoltes i arrels ] Material (nutrients en forma inorgànica) que passa de la forma dissolta del sòl cap a l'interior de la vegetació.
El proces es pot fer de 2 formes: 1. Absorció radicular passiva: Per gradient (Ca, Mg i K) La concentració de l'element en l'aigua del sòl és superior i entra per difusió passiva a la planta. La planta no gasta energia.
Es capten Ca i Mg (en general), depèn de la quantitat de Ca o de Mg que hi hagi al sòl.
Amb aquest procediment, un material no desitjat pot entrar a la planta.
2. Absorció radicular activa: Per transport biològic (N i P) la concentració de l'element en l'aigua del sòl és inferior a la de les cèl·lules de la planta, i entra per transport actiu a través la membrana cel·lular, on té uns enzims que mouen els materials en contra de gradient. Si que hi ha un gast d'energia.
La taxa d'absorció depèn del creixement radicular: • Absorció facilitada o afavorida per micorizes: simbiosi amb fongs, els quals no poden sintetitzar C orgànic. La Ppn de la planta destina una part al fong (un 15% aproximadament), i la planta obté l'acidificació del sòl per part del fong i la major absorció de nutrients. La distància a la que pot capturar nutrients es pot arribar a multiplicar per 20.
Afecten a la majoria dels elements, sobretot al P i Ca.
Sense micoriza el nutrient s'ha de trobar com a màxim a 0,1mm de l'arrel, en canvi amb la micoriza l màxima distància es situa a 2mm.
Fluxos de retorn → Trascolament, Escorrentia cortical i Pèrdua de fulles: Trascolament: és la pèrdua de material cel·lular de la vegetació a través de les fulles quan aquestes són rentades per la pluja. No implica la caiguda de la fulla.
Escorrentia cortical: és el mateix procediment que el trascolament però en els troncs.
Pèrdua de fulles: el material surt en forma sòlida → necromassa: no pot ser utilitzada de manera immediata.
Trascolament i Escorrentia cortical Caiguda Virosta i Fullaraca (Desfronde) És menor en les fulles esclerofil·les i velles (perquè estan Molt superior a trascolament i menys impermeabilitzades).
escorrentia Concentració de nutrients més gran en l'escorrentia cortical Màxim en boscos caducifolis que en el trascolament.
Elevat contingut en N, K i Ca (en Volum més gran en e trascolament proporció als troncs) Més elevat pel K (el que es perd + per trascolament: les cèl·lules estomàtiques, que són les que esan a l'exterior, tenen més k), variable pel Ca i Mg i petit pel P i N (ja que són escassos al sòl, la planta té molts mecanismes per evitar-ne la pèrdua).
TRASCOL. TOTAL = TRASCOL. + ESCORRENTIA CORTICAL RETORN = TRASCOL. TOTAL + DESFRONDE (FULLARACA) FLUXOS: BALANÇ : Reabsorció: totes les espècies vegetals, abans de perdre la fulla, fan un mecanisme per recuperar els nutrients i altres components. Un cop recuperats, són transportats fins als òrgans de reserva transitòris, que es fan servir quan s'ha de fer créixer una nova fulla.
Resum: mobilització de nutrients des de les fulles a òrgans de reserva o troncs en els moments previs a la caiguda de la fulla.
Cal destacar que lla absorció es pot dividir en retorn i increment de teixits permanent. Així doncs: Absorció = Retorn + Increment de teixits permanent Requeriment = Retorn + Increment de teixits permanent + Reabsorció EFICIÈNCIES: Per assolir una PP de tants Kg de C, ha hagut d'absorbir ?¿?¿?¿ FLUXOS EXTERNS: Considerem el bosc com un sistema que engloba vegetació i sòl. Les dues entrades que tenen lloc són la deposició atmosfèrica i la meteorització de la roca. Per altra banda l'escorrentia és la sortida del sistema si considerem el bosc en general.
Els elements biogenètics poden provenir de 2 llocs diferents en els primers estadis d'evolució: • Procedència de l'atmosfera: C, N i S • Procedència de la litosfera (roca) : P, Ca, Mg i K Però la vegetació extreu els nutrients bàsicament del sòl. En realitat la dinàmica de nutrients en un sistema terrestre prové dels productors primaris que hi ha al sòl. En els estadis inicials els materials provenen de l'atmosfera i de la litosfera fins que es forma l'equilibri entre els productors primaris i el sòl (el qual recicla els nutrients de la vegetació). → RECICLAT DE NUTRIENTS.
Per tant, en el reciclat de nutrients els nutrients provenen de la vegetació que hi havia abans.
Un sòl lixiviat (sistema vell) i els sistemes molt joves no poden fer el reciclat de nutrients, ja que aquest té un principi i un final.
1. Entrades des de la litosfera: METEORITZACIÓ → dissolució de la roca per processos químics i biològics. Pot ser física (disgregació) o química (dissolució) Ca i Mg: procedents principalment dels carbonats (roques relativament solubles) K: procedents de l'alteració de silicats (poc solubles) P: procedents de l'alteració dels apatits. Les espècies amb micorizes poden obtenir el P amb més facilitat N: gairebé no hi ha roques que continguin N, nomes roques d'origen biològic (ex: fossilització d'excrements animals).
2. Entrades des de l'atmosfera: es pot classificar en 3 formes diferents • Gasosa: afecta al N, C i D • Dissolta → DEPOSICIÓ ATMOSFÈRICA HUMIDA: L'aigua de la pluja conté dissolts materials els quals poden provenir de dues fonts diferents. De procedència natural i de procedència antropogènica – Procedència natural: – Spray marí: afecta al Ca, Mg i K. Són gotes d'aigua del mar en suspenció amb les mateixes composicions que l'aigua del mar. Poden arribar fins a 500 Km del mar i fins a 1g/m²·any – Fixació abiòtica de nitrogen: (N2 → NH3). Es produeix com a conseqüència dels llamps, ja que trenquen la molècula de N 2, que es estable, i reacciona amb l'aigua generant NH3 de forma natural. L'NH3 queda en suspensió en l'aigua de la pluja i quan plou precipita. Pot arribar a generar una quantitat d'entre 0,11 i 0,8 gN/m²·any, que realment és molt.
– Procedència antropogènica: afecta sobretot al N i al S – Activitats industrials: es generen òxids nítrics (NO x, que pot ser NO2 o NO) i SO2, els quals són molt reactius i tenen un cicle molt curt. En presència d'aigua s'hidraten a àcid nítric i àcid sulfúric → PLUJA ÀCIDA.
Substàncies particulades → DEPOSICIÓ SECA: partícules sòlides en suspensió (pols), afecten sobretot al P i al Fe. Es produeix el transport de pols dels deserts (ex: el Sàhara porta sorra amb P) i poden arribar a transportar 0,15gP/m²·any • N P K Ca Mg 18 0 1 4 6 Meteorització 0 1 11 34 37 Reciclat 99 88 62 57 Atmosfèrica 82 Fonts externes més importants en: – Ecosistemes molt joves sense sòl desenvolupats – Ecosistemes molt vells amb sòls molt lixiviats Un ecosistema es considera jove quan té menys de 100 anys de sòl (successió primària) En ecosistemes vells el reciclat disminueix i augmenten la deposició atmosfèrica i la meteorització RESUM: Procedència dels elements biogènics: N. P. S. Ca, Mg i K LA DESCOMPOSICIÓ: EL FENOMEN DE LA IMMOBILITZACIÓ: La necromassa té una relació C/N d'entre 130 i 160, i una relació C/P d'entre 1000 i 3000 Els organismes descomponedors tenen una relació C/N d'entre 6 i 19, i una relació C/P de 100. Per cada àtom de N que incorporen, incorporen (com a mínim) 130 de C, però en requereixen només 10. L'excés del C s'allibera en forma de CO2.
Amb el temps (edat del material que es descompon) la relació C/N vagi disminuint i es va apropant a la dels bacteris. El N no s'allibera (dels bacteris) fins que no baixa la relació C/N (a uns 30).
• Material vegetal: el primer que es descompon és el que té una relació C/N baixa (i queda el que té una C/N alta).
• Al analitzar la necromassa el que estem mirant és el conjunt de nutrients del sòl (MOM + bacteris). E Cl s'elimina amb forma de CO 2 i el N es conserva, per tant cada vegada tenim una C/N més alta.
El reciclat de N es queda immobilitzat perquè se'l queden els bacteris: s'emporten el N del sòl i no l'alliberen al medi, per tant no queda disponible per la vegetació fins que el sistema no sigui prou vell perquè hagi arribat a una C/N al voltant de 30. Aleshores els bacteris ja podran alliberar N.
Els adobs afegeixen N dissolt per evitar la immobilització del N que es produeix en els primers estadis de desenvolupament per part dels bacteris.
Inicialment s'allibera carboni.
El N i el P queden immobilitzats a la biomassa bacteriana.
Pot existir una captació de formes inorgàniques del sòl.
L'alliberació de nutrients és més ràpida: – Quan la taxa de descomposició és més activa → temperatura i humitat favorable – Quan C/N inicial és més baixa → les fulles es descomponen abans que els troncs) Així doncs, si augmenta la temperatura, augmenta la taxa de descomposició. Si la relació C/N és baixa, també augmentarà la taxa de descomposició.
EL CICLE DEL NITROGEN: El N és pot incorporar des de l'atmosfera: FIXACIÓ DEL NITROGEN (és el mateix procediment que en els sistemes aquàtics). Encara que es capti per l'atmosfera, no es fa a través de les fulles (com ho fa el CO2), sinó que es capta pel sòl i per un procés intermig on el N atmosfèric es dissol amb l'aigua del sòl. En els dos casos el N es capta per les arrels.
Els organismes fixadors del N són les algues cianofícies, els bacteris i alguns fongs. Són els encarregats de transferir el N a les arrels de les plantes superiors.
Cal destacar que a les espècies no els hi compensa fixar N si en el sòl hi ha amoni o nitrat, ja que la fixació de N és un procés que gasta molta energia.
Important sobre la fixació del nitrogen: – És la síntesi de N orgànic a partir d' N2 – Depèn de la relació N/P disponible al sòl [ Si N/P ↑ → Fixació ↓ ].
Tipus de fixació del nitrogen: • FIXACIÓ ASIMBIÒTICA: bacteris i algunes cianofícies La fan organismes que viuen de forma lliure al sòl. En el cas de les cianofícies, viuen en sòls amb una quantitat d'aigua prou elevada i amb llum.
Fixen entre 1 i 5 kg/ha·any • FIXACIÓ SIMBIÒTICA: bacteris i alguns fongs La fan organismes que viuen amb simbiosi amb les plantes superiors. En general es pot dividir en dues formes diferents, les quals es donen en el subsol (arrels).
◦ Rhizobium (bacteris): les lleguminoses són plantes fixadors de N, però no el fixen elles, sinó els bacteris en simbiosi presents en els seus nòduls.
◦ Frankia (fongs): els Alnus o la Casuarina són plantes que fan simbiosi amb aquest gènere de fongs.
La fixació és màxima en alguns conreus com el de soja (lleguminosa).
Fixen entre 20 i 450 kg/ha·any (és molt variable) → dona lloc a una forma tradicional de conreus (alternació de conreus).
TRANSFORMACIONS DEL NITROGEN EN SÒLS: des de la descomposició fins que torna a ser incorporat per les plantes.
La matèria orgànica (N orgànic en forma de restes vegetals i animals), a partir del procés de mineralització, es transforma en NH4⁺.
N orgànic → NH4⁺ La quantitat d'amoni que es forma és una fracció constant de la quantitat de N inicial. Aquesta fracció s'anomena TAXA DE MINERALITZACIÓ.
Si ↑T, ↑humitat i ↓C/N (degut a ↑ activitat bacteriana) → ↑ taxa de mineralització L'amoni (NH4⁺) es volatilitza en el procés de volatilització. Aquest procés només es dona en casos especials: quan hi han pH alcalins o sòls desèrtics. Això succeeix perquè, químicament, una part de l'amoni es troba en forma no dissociada (NH 3), que és un gas i tendeix a passar a l'atmosfera. Cal destacar que és una quantitat molt petita i que no es considera important en aspectes quantitatius, sinó qualitatius, ja que el N surt del sòl (pèrdua de N del sistema).
Per altra banda, l'amoni pot canviar de forma química (aeròbica) en un procés que s'anomena nitrificació. On s'oxida i passa a nitrit (NO2) i després a nitrat (NO3).
Aquest procés el realitzen els organismes que viuen a l'aigua del sòl (Nitrosomonas i Nitrobacter), els quals requereixen oxigen.
La TAXA DE NITRIFICACIÓ : – És més baixa en pH àcid i amb C/N ↑ de la matèria orgànica. (Ja que es forma poc amoni) – Augmenta després de la destrucció de la vegetació. (Ja que el N passa d'amoni a nitrat, no es coneix el motiu. Passa sobretot en els incendis).
– Pot produir N2O (òxid nitrós) com a subproducte. (És rellevant a escala estratosférica, ja que és un dels gasos que accelera la destrucció d'ozó. A la troposfera és estable).
– Determina les presència de NO3 al sòl.(Ja que la nitrificació és el que comporta que hi hagi nitrat al sòl. Això és degut a que és la única font de N: tant les roques, com l'atmosfera i la matèria orgànica no en tenen. Cal destacar que una l'atmosfera si que determina una petita part a partir de la pluja àcida.
Una part del NO3 és captat per les plantes, i una altre part passa a N2 a partir del procés de desnitrificació i escapa a l'atmosfera.
Les plantes capten NO3 i no amoni ja que és més eficient per elles. Això és degut a les càrregues: les plantes tenen tendència a agafar càrregues negatives.
La desnitrificació és un procés anaeròbic en el qual s'utilitza NO 3 com a acceptor final d'electrons.
Les taxes de desnitrificació més altes es donen en arrossars.
El N marxa del sòl i es tanca el cicle.
Cal destacar que aquest procés només es dona en absència d'oxigen (ja que els organismes facultatius requereixen una absència d'oxigen), és estimulat per l'addició d'NO3 , i és màxim en els sòls amb molta matèria orgànica i poc oxigen.
Determina l'eliminació de N del sòl i tanca el cicle del nitrogen entre l'atmosfera i els sistemes terrestres.
• Cal afegir que la nitrificació i la desnitrificació van estrictament associades i que, a més a més, comporten l'emissió d'N2O (gas amb efecte hivernacle).
• Quan plou , sobre un bosc cremat, el nitrat marxa perquè no queda retingut per les argiles (escorrentia), en canvi l'amoni si que queda retingut.
RESUM DEL CICLE DEL NITROGEN: EL CICLE DEL FÒSFOR: Aspectes (o transformacions) geoquímics: Dissolució de les roques (MINERAL PRIMARI)→ genera P dissolt al sòl, que pot reaccionar amb elements de l'aigua com Ca i Al i formar MINERALS SECUNDARIS.
Als minerals secundaris els hi costa de dissoldre's, per tant aquesta formació podria frenar la quantitat de P disponible per la vegetació. Així doncs, en sòls calcaris o rics en Al (selva/sòls tropicals) el P pot quedar inassequible pels organismes.
Aspectes (o transformacions) biogeoquímiques: El P orgànic es dissol en forma de P dissolt (biomassa), que es reté en les partícules del sòl formant P làbil.
Separar la relació entre P dissolt i P làbil és gairebé impossible, ja que estan en equilibri constant.
Les plantes poden utilitzar el P tant en forma dissolta com en forma làbil. En realitat només poden utilitzar el P dissolt, però com que estan en equilibri, a la pràctica és el mateix.
El P orgànic refractari no és utilitzable pels organismes. Són complexes d'estructura química complicada que no es descompon gaire i no pot ser utilitzat per la vegetació. Depèn del pH, de l'estructura orgànica i de les presència de metalls com l'Al. Normalment aquest fenomen es du a terme a les zones tropicals.
TEMA 3 És un resum del que ja hem vist fins ara però ajuntant tema 1 i 2 i exportant-ho a escala planetària.
TEMA 3.1 CICLES GLOBALS: CICLE DEL CARBONI A ESCALAL PLANETARIA Compartiments cicle del carboni: 1. Atmosfera: 2. Ecosistemes terrestres: biomassa terrestre, sòl (que depèn dels organismes:origen biològic) i litosfera (roca).
La litosfera compren 10¹⁵gC (=1GT (giga-tona) 10⁸ gigatones → Carbonats: - 6,5 · 10⁷ Compostos orgànics: 1,56 · 10⁷ Els compostos orgànics són el resultat de la matèria orgànica dels organismes que es pot respirar (consumir). Té el mateix origen que l'oxigen de l'atmosfera.
El conjunt de carboni orgànic forma els combustibles, però bona part es troba en forma difosa (disposat per les roques) i costa molt de treure. Així doncs, bona part no són combustibles fòssils extraibles La biomassa terrestre es troba sobretot en : • Boscos tropicals (156gTC ): molta biomassa i gran extensió a la Terra • Sabanes i estepes (48,8gTC): poca biomassa però tenen una gran extensió El total són 560 gTC acumulades en forma de biomassa terrestre = BIOMASSA O MATÈRIA VIVA (perquè sigui activa necessita nutrients inorgànics que provenen de lla biomassa morta).
El sòl supera la quantitat de C de la biomassa terrestre, el total és de 1456 gTC = BIOMASSA O MATÈRIA MORTA.
3. Oceà: biomassa marina: les diferències entre regions són molt petites (en canvi en els ecosistemes terrestres les diferències entre regions poden ser molt grans).
En la biomassa marina hi ha menys quantitat de C, però és molt més activa.
• Oceans-Atmosfera: El CO2 resultat de l'activitat biològica (productors primaris que incorporen CO2 a través del procés de la fotosíntesi) fa que disminueixi la pressió parcial del CO2 a l'aigua. Per equilibri amb l'atmosfera entra CO2 de l'atmosfera cap a l'aigua (70GT/any).
Aigua carregada amb molt de CO2 → surt per desgasificació marina (70,6 GT/any).
Activitat antròpica: incrementem la pressió parcial fent que entri més CO2 a l'aigua (21,9GT/any). Com que entra més CO2, aquest s'ensorra a les aigües profundes i provoca un lleuger desplaçament del pH, fent trencar l'equilibri → emersió del CO2 (20) • Carboni inorgànic dissolt: El CO2 entra com a CID a partir de dues fonts diferents – 900 GT DIC provinents del CO2 + bicarbonat + carbonat – 15 GT provinents de l'activitat antropogènica • Carboni orgànic particulat (POC): representa 3 GT a l'any i prové dels detritus i de la biomassa viva • Carboni orgànic dissolt altament refractari (DOC): rarament és respirat i s'acumula, per això presenta unes quantitats tan grans (256 GT/any) • Carboni inorgànic particulat (PIC): prové de dues fonts: – A partir del DIC es produeix la formació de CaCO3, fent que es converteixi en PIC.
– A partir del continent, com per exemple des dels rius es transporta C en forma particulada inorgànica (0,2GT/any), orgànica (0,5 GT/any) i en forma inorgànica dissolta en forma de carbonats i bicarbonats(0,4 GT/any) Transport i barreja: de la part superficial oceànica a la zona profunda.
• El DIC és transportat en profunditat (ex: processos de circulació en l'Atlàntic N), ja que si no s'acumularia molt més. Cal destacar que l'increment antropogènic del CO2 a l'atmosfera afecta aquest transport.
Sedimentació: les formes particulades (PIC i POC) sedimenten en les aigües profundes.
L'equilibri es desplaça a favor de la dissolució de calcita i l'aigua profunda s'enriqueix en CO2 (el CaCO3 no és estable i es dissol). Per tant, només s'acumula CaCO3 a les zones costaneres (amb una fondària inferior a 1000m) de l'oceà, ja que en profunditats superiors es dissol.
Reserva de Carboni en els oceans: *Relacionar amb el tema 1.4.
Aigua superficial 915 Aigua profunda 37200 (CID) Biomassa marina 3 PPN marina 50 – Les GT de C en forma de matèria viva (BT + BM) sumen 563 GTC → poca quantitat però és un dels compartiments més actius – En el sòl el C està en forma de necromassa – Als oceans hi ha unes 38000 GT C – A la litosfera és on hi ha més carboni – Resereves de C a l'atmosfera: 750 x 10¹⁵ gTC Fluxos de Carboni: És important conèixer les variacions del C atmosfèric i com aquest s'intercanvia amb la resta de compartiments.
1. Biomassa continental – atmosfera: PPN: 60 GT C/any R. Heterotròfica (bacteris del sòl): 60 GT C(any Queda compensat. Els ecosistemes més rellevants en aquesta dinàmica són: – Boscos tropicals: gran extensió amb vegetació molt activa – Sabanes i Conreus: producció per unitat de superfície no gaire gran, però tenen una gran extensió.
2. Biomassa marina – atmosfera: equilibri de pressions parcials (procés físic) i efecte dels organismes (procés biològic).
Global producció i captació inorgànica (latituds boreals): 92 GT C/any Global respiració i desgasificació marina (latituds tropicals): 90 GT C/any La producció es dona especialment a les latituds més polars perquè són les zones més productives, ja que és on es produeix l'enfonsament d'aigües i perquè al haver-hi unes baixes temperatures la solubilitat del CO2 és més alta.
Aquesta diferència de 2 GT C/any no s'ha resolt. Podria ser degut a que el C que ara surt a la superfície és l'aigua que es va enfonsar fa 500 anys, amb unes concentracions atmosfèriques inferiors. Per tant, la previsió de que aquest balanç sigui així no és del tot cert. L'únic que sabem del cert és que actualment entren 92 i surten 90.
Modificacions antropogèniques: • Destrucció de vegetació: pèrdua d'1GT C/any ◦ Desforestació: pèrdua de biomassa ◦ Incendis forestals: combustió de C orgànic a C=2, però d'una manera molt accelerada.
• Crema de combustibles fòssils: 6GT C/any (Petroli: C refractari) Genera CO2 que va a parar a l'atmosfera. El petroli de forma natural arribari a a l'atmosfera igualment i s'oxidaria, però a una escala de milions d'anys.
El metà a l'atmosfera ha augmentat la seva concentració. Una molècula de CH4 equival a 25 molècules de CO2.
L'òxid nitrós també ha augmentat la seva concentració. Té una capacitat calorífica més alta que el CO2.
Ara ja podem construir el CICLE GLOBAL DEL CARBONI.
IM: incorporació marina DM: desgasificació marina E: enterrament definitiu de matèria orgànica (petit perquè aquesta es descompon).
DF: deforestació CF: crema combustibles fòssils.
de Balanç atmosfèric global: Carboni que entra a l’atmosfera : 60 + 60 + 1 + 6 + 90 = 217 (respiració autotròfica, respiració heterotròfica, incendis, crema combustibles i oceans).
Carboni que surt de l’atmosfera : 120 + 92 = 212 (PPN terrestre i PPN marina i captació) Balanç net atmosfèric: 217 – 212 = + 5 Però l'increment de CO2 atmosfèric mesurat és de 3,2 i no de 5! La diferència (previst-observat) és d'1,8 (gairebé 2 GT C/any). L'atmosfera no està en estat estacionari, però no sabem on estan aquestes 2 GT C /any que falten.
• Causes de els diferències observat – estimat: Major producció neta dels ecosistemes terrestres per reforestació (l'abandonament de conreus promou l'augment de la superfície forestal) i per major taxa fotosintètica (PPN), és a dir, per causes antropogèniques la vegetació està més activa pl propi increment del CO2 (Factor β).
El factor β bé descrit per un augment de la pressió parcial del CO2 exterior, el qual entra amb més facilitat a les cèl·lules sense haver d'utilitzar els estomes. Si augmenta la [CO2], augmenta la producció per la mateixa irradiació (quantitat d'energia en forma lumínica), en plantes C3.
◦ Possibles explicacions del factor β: – Efecte fertilitzador del CO2 atmosfèric – Major durada de l'estació productiva degut a un augment de les temperatures.
Època creixent estival: s'ha allargat 15 dies, i per tant hi ha un increment de producció, que afecta a les spp de zones temperades i fredes – Augment de la disponibilitat de nitrogen per deposició atmosfèrica o per un reciclat més ràpid en augmentar la temperatura.
Els factors limitants de la vegetació terrestre són l'aigua i el N. L'activitat industrial promou un augment de N al sòl (en forma àcida) que en sòls calcaris pot significar un increment de producció si hi han unes altes temperatures i una taxa de descomposició alta.
Però tot això també afecta a la Respiració i a la PN de l'ecosistema, per tant no hauria de variar.
[ Evidències experimentals contradictòries ] Si l’augment de producció va associat a un augment de respiració el balanç net (producció neta ecosistèmica) no hauria de variar.
Com pot haver variat la taxa de respiració?: Augmenta per augment de la temperatura? PNE no es modificaria Disminueix per major relació C/N en la matèria orgànica? Major PNE (major acumulació de carboni al sòl) Manca informació sobre els efectes del canvi climàtic (o ∆CO2) sobre les taxes de respiració a nivell ecosistèmic El paper dels oceans: Els oceans són més homogenis que els sistemes terrestres, les variacions són molt petites, i per tant les dades són més “certes”.
Esmorteeixen l'increment de CO2 atmosfèric: 1/3 del CO2 atmosfèric emès per activitat humana és captat pels oceans. Si no hi haguessin oceans el CO2 atmosfèric seria de 450ppm, és a dir, 100ppm menys del que hi haurien sense oceans. Així doncs, si es reduïssin les emissions antropogèniques, els oceans absorbirien la major part del CO2 emès (a llarg termini).
El problema és que els humans desequilibrem els cicles naturals. Les transferències de C de l'atmosfera a l'oceà és molt més lenta que les emissions humanes.
L'altre problema del CO2 és que un increment d'aquest dissolt en l'aigua marina, determina una acidificació de l'oceà. Això comporta uns efectes sobre els organismes i, indirectament, sobre la producció.
CO2 atmosfèric → CO2 dissolt CO2 dissolt + H2O → H2CO3 H2CO3 → HCO3⁻ + H⁺ HCO3⁻ → CO·²⁻ + H⁺ L'acidificació de l'oceà és un dels principals problemes associats a l'increment del CO2 atmosfèric.
Les actuals concentracions d'equilibri són de 375 ppm CO2 atmosfèric, que comporta un pH d'equilibri (de l'aigua) de 8,2.
Si les concentracions augmenten a 780 ppm el pH d'equilibri seria de 7,8. Els organismes de l'aigua estan adaptats a tenir sempre unes condicions molt estables, i per tant, petites variacions de pH poden afectar molt els organismes de l'ecosistema.
Cada vegada tenim més amunt la isoclina. Aquest canvi afecta als organismes que tenen closques calcàries, ja que: ↑ CO2 → ↓ PH → ↑ solubilització carbonats → ↑ dissolució closques Ho podem relacionar amb el fenomen d'eutrofització de les aigües marines: Si augmenta el CO2 atmosfèric es produeix un problema en la temperatura de la superfície de la terra i canvia l'equilibri de les aigües oceàniques. L'acidificació provoca canvis d'habitat i canvis en la població i producció d'espècies.
Quantitativament no podrem saber què passarà, però si que sabem que aquests canvis poden tenir representacions més greus del que s'espera.
El paper de les aigües continentals: Model d'un “tub passiu”, que transporta un excés de producció terrestre que és transferit cap als oceans.
Això ha canviat en els darrers temps. Com més petit és un sistema més actiu és. Encara que al ser petit no es nota, però hi han més llacs petits que llacs grans. Al sumar la superfície dels llacs petits tenim una superfície igual que la dels llacs grans. Per tant, l'activitat dels sistemes continentals és més important del que es creu. Pot ser que una part del processament “del que no sabem on està” estigui aquí.
Durant el transport del continent al mar una part substancial del carboni és retornat a l'atmosfera i/o emmagatzemat en els sediments lacustres Les dades obtingudes indiquen una infraestima de la producció neta ecosistèmica dels sistemes terrestres.
– La matèria orgànica respirada → emissió de CO2 a l'atmosfera (més del que creiem).
– Sedimentació de matèria orgànica (trampa de matèria orgànica) →emmagatzema CO2 , ja que les taxes de sedimentació de les aigües continentals poden explicar la meitat del C que “no sabem on és”. Per tant, la producció terrestre és més alta (el doble) del que hem estimat. Perquè? Efecte fertilitzador CO2 , etc...El C va a parar als rius, és respirat i tornat als rius ( augmenta el CO2 atmosfèric i la PB). Per cada 2 de més que es produeixen, en retorna un i l'altre part s'emmagatzema.
Un dels altres factors que poden explicar aquest procés és l'eutrofització. Si hi han més nutrients, i ha una major producció de les algues, les quals fixen CO2 atmosfèric i el retornen a l'atmosfera per respiració.
En el sediment la diferència entre la PPN i la respiració: – El resultat de la respiració neta és 0,75 – El resultat de la producció neta és 0,23 En l'eutrofització la zona afòtica es fa més gran ( ja que augmenta la zona de respiració i per tant augmenta el consum d'oxigen)i es consumeix molt oxigen: anòxia. La respiració en condicions anòxiques és menor que la producció, s'acumula al sediment abans de que es pugui descompondre's perquè la sedimentació és molt ràpida i queda enterrat (no difon l'oxigen i hi ha poca activitat bacteriana.
L'increment de la producció terrestre provoca un augment de la biomassa terrestre. Una part és transferida a l'atmosfera i l'altre als sediments de les aigües continentals.
Les 2 GT de C → embornal de C: la PN dels sistemes terrestres és 122, no 120. La meitat és transferida en els ecosistemes i l'altre meitat és transferida a les aigües continentals i al sediment.
Estarà així al futur? Doncs depèn del que passi amb l'aigua emergida de la circulació oceànica Ja que bona part el cicle del C està condicionat per aquesta circulació.
RESUM: (només processos relacionats amb el C) • La producció en sistemes terrestres és probablement més alta (efecte fertilitzador del CO2 i major durada de l'estació de calor).
• L'increment de la producció terrestre es reparteix de la següent manera: ◦ Una part al sòl ◦ Una altra part als sistemes aquàtics: ▪ 1/2 atmosfera ▪ 1/2 sediment • Eutrofització: major retenció de C al sediment degut a l'excés de producció que no s'ha respirat.
Balanç global del CH4: N'hi ha poc: 10¹² gCH4/any (quantitats 1000 vegades inferiors que les del CO2 !) El seu efecte hivernacle és molt més gran que el del CO 2. Té una capacitat calorífica 25 vagades superior i, per tant, l'efecte sobre la temperatura és molt més gran.
La quantitat de CH4 a l'atmosfera és equivalent a la del CO2 per desforestació.
Fonts naturals: 160 (>50% procedent d’aiguamolls) Fonts antropogèniques: 375 TOTAL FONTS (ramaderia, conreu d'arròs) 535 Embornals Reacció amb OH 445 (elimina CH4) (major) Metanotrofia (bacteris que utilitzen CH4 pel seu metabolisme) 70 TOTAL EMBORNALS 515 INCREMENT NET CH4 : + 30 TEMA 3.2. CICLES GLOBALS A ESCALA PLANETARIA CICLE DEL NITROGEN Hi ha molta menys informació del N que del C, ja que només s'ha treballat des d'un punt de vista biogeoquímic.
Compartiments: • Atmosfera: 10²¹ gN. La majoria (99,99%) en forma d'N 2, que li costa molt reaccionar (és la molècula més estable del N).
• Sòl: el 95% es troba en forma de matèria orgànica morta i el 5% en forma de matèria inorgànica.
La desnitrificació pot ser molt variable en una mateixa zona, ja que l'heterogeneïtat del sòl (bacteris) és molt gran: grau d'incertesa molt gran.
• Biomassa: terrestre o marina, les dues amb N irgànic.
• Oceans: el 95% es troba en forma d'N2, el 2,5% en forma orgànica i la resta en forma d'NO3 i NH4.
Fluxos associats a la producció primària: Sistemes terrestres: PPN 60*10¹⁵ gC Proporció C/N en la matèria orgànica: 160 (gC/gN) Aquesta proporció és molt mes petita en els teixits més actius (fulles) Proporció C/N de la producció primària: 50 gC/gN (més vàlid perquè la part activa són les fulles i no podem considerar el conjunt Sistemes marins de la planta) Assumit la relació (C:N = 6.6 molC/molN) Absorció de N del sòl estimada: PPN = 50 * 10¹⁵ gC 60*10¹⁵ * 1/50 = 1200*10¹² 50*10¹⁵ gC * 1/12 molC/gC * 1/6.6 molN/molC *14 Reciclat = Absorció (el mateix que gN/molN = 8838*10¹² gN s'absorbeix es descomposa en el sòl i és Reciclat superficial: 7568 * 10¹² gN reciclat) No tota la mat.org. es respira a la superfície oceànica.
Segons aquest model, tot el món està en estat estacion ari Interaccions amb l'atmosfera i litosfera: Fixació abiòtica N (llamps) 5 continents, 15 oceans 20 Fixació biològica N Terrestre (majoritàriament simbiòtica en conreus i sistemes pertorbats) 140 Marina 15 Terrestre (màxima en aiguamolls) 200 Marina (àrees anaeròbiques, afloraments) 110 Desnitrificació Meteorització de les roques 15 Enterrament en sediments oceànics 10 Transport continent-mar a través dels rius 36 Balanç sistemes terrestres Balanç sistemes aquàtics 140 + 5 + 15 – (200 + 36) = - 66 Tg N Aigua superficial 36 + 15 + 7568 + 1189 – 8838 = - 30 Aigua profunda 1309 – (1189 + 10 + 110) = 0 – Els continents exporten N.
– La desnitrificació és superior a la fixació tant en els continents com en es oceans.
– El N hauria de disminuir en els continents i incrementar en els oceans i l'atmosfera Aquest model és el s.XIX, amb algunes modificacions com és el transport del N del continent al mar.
No està equilibrat, falta la interacció amb l'activitat antropogénica.
• El problema amb el N: els humans obtenim els nutrients directament o indirectament de les plantes. La relació C/N és alta (al voltant de 160) i no és adequada al que els humans necessitem. Els vegans els hi falten aminoàcids, els quals tenen molt N, i han de menjar aliments com les llavors (que contenen una reserva de proteïnes molt elevada).
Quan cultivem la vegetació ens la mengem i els nostres excrements van a parar a un altre lloc ( el N va del camp a la ciutat). Fem una extracció preferent de N i P, els retirem i els transportem a un altre sistema El creixement (alimentació) de la població està limitat per la insuficiència de nutrients. El N és un dels factors limitats (l'altre és l'aigua, que es recicla amb la pluja), però el camp es va empobrint en N i no es reciclarà, per tant cada vegada limitarà més la producció.
La producció dels conreus queda limitada a causa de l'extracció de N → Solució: ◦ Alternació de conreus (no gaire efectible) ◦ Adobs artificials: EL PROCÉS HABER-BOSCH.
El procés Haber-Bosch és un procés Efectes antropogènics: en el qual es “reprodueix” la fixació • Fabricació d'adobs nitrogenats a partir de abiòtica de N, fent reaccionar el N2 N2: Procés Haber-Nosch atmosfèric amb l'aigua, finalment es forma amoni. És una manera fàcil i • Increment del transport continent-mar per econòmica (només necessita aire), eutrofització de les aigües continentals i però s'utilitza una gran quantitat per lixiviació dels sòls d'energia.
Permet una forma fàcil d'aconseguir • Emissió d'òxids de N i posterior deposició sals d'amoni que es puguin fer servir humida sobre els continents i el mar.
com a adobs nitrogenats. L'ús dels adobs nitrogenats promou un increment del PP, i en conseqüència un increment de la població humana a escala mundial.
Per altra banda, afegir N al camp té una sèrie de conseqüències. Encara que faci augmentar la PP, també incrementa el N en les aigües d'escorrentia (perquè es renta al sòl), fet que contribueix a augmentar la desnitrificació. Però els bacteris també assimilen el nitrat i creixen més. (L'amoni queda retingut per les argiles del sòl, el nitrat no. Quan plou el nitrat marxa amb les aigües d'escorrentia).
S'aplicaven masses adobs de N i feien augmentar la desnitrificació i els nitrats que marxaven per escorrentia. Hem forçat l'entrada de N (atmosfera → sistemes terrestres). Ha conduit a un transport dels continents cap al mar (ha incrementat molt) a causa de l'activitat humana.
El problema també es veu reflectit en les aigües subterrànies, que no les coneixem tan be com les superficials: La [N] s'ha multiplicat per més de 1000.
Al sistema global hauríem d'afegir una fletxa des de l'atmosfera fins als sistemes terrestres que representi la fixació antropogènica de N, que és de 100. Aquesta fletxa explicaria el desequilibri: si augmentem les entrades i sortides, el balanç ja quedaria equilibrat, ja que si forcem l'entrada, també forcem la sortida.
Balanç del N2O: FONTS Naturals EMBORNALS Oceans 4 Sòls tropicals 4 Sòls temperats 2 TOTAL FONTS NATURALS 10 Antropogèniques Sòls agrícoles 3,5 Crema biomassa 0,5 Industrial 1,3 Ramaderia 0,4 TOTAL FUNTS ANTROPOGÈNIQUES 5,7 TOTAL FONTS 15,7 Destrucció estratosfèrica 12,3 Activitat microbiana ???? TOTAL EMBORNALS 12,3 BALANÇ ATMOSFÉRIC = 15,7 – 12,3 = 3,4 INCREMENT OBSERVAT = 3,9 Unitats: 10¹² gN / any .
L'oxid nitrós es forma per dues vies, la nitrificació i la desnitrificació. És un compost inert i estable a l'atmosfera, però a l'estratosfera interacciona amb l'ozó. Un N2O contribueix 30 vegades més que el CO2 en l'efecte hivernacle, per tant, encara que hi hagi poc el seu paper és molt rellevant.
L'activitat humana ha augmentat un 50% les emissions d'N 2O. Els embornals d'N2O no es coneixen, només sabem que es destrueix a l'estratosfera.
RESUM CICLE GLOBAL NITROGEN: • L’home ha accelerat el transport des de l’atmosfera al mar i probablement això ha comportat una descompensació a favor de la desnitrificació.
• Encara que probablement el N atmosfèric està augmentant, l’augment representa una fracció ínfima del N atmosfèric.
• Tot i així, alguna de les formes de N atmosfèric que estan augmentant clarament (N 2O) tenen efectes indirectes de gran importància.
CICLE DEL FÓSFOR Flux associat a la producció primària: Sistemes terrestres: Sistemes marins PPN 60*10¹⁵ gC Assumit la relació (C:P = 106 molC/molP) i una C/P de la producció primària: 1000 gC/gP PPN = 50 * 10¹⁵ gC Absorció de P del sòl estimada: 50*10¹⁵ gC *1/12 molC/gC * 1/106 molP/molC 60*1015 * 1/1000 = 60*1012 gP *31 gP/molP = 1219*10¹² g Reciclat = Absorció Reciclat superficial: 1110 * 10¹² gP Interacció amb la litosfera i l'atmosfera: Extracció minera 12 Enterrament en sediments oceànic 2 Erosió eòlica 4,2 Deposició seca (3,2 sobre continents i 1 sobre oceans) 4,2 Transport continent mar a través dels rius (1 en forma dissolta i 19 en forma particulada) 20 Sedimentació de partícules en la plataforma costanera Unitats: 10¹² gP / any .
19 Cicle global fòsfor: RESUM CICLE DEL FÒSFOR: • L’home ha accelerat el transport des de la litosfera al mar i s’ha incrementat la sedimentació i precipitació de P tant a les aigües continentals com als sediments costaners.
• Durant el transport dels continents al mar, el increment de P sovint causa l’eutrofització de les aigües continentals.
• El increment de la producció primària aquàtica continental sovint no va associat a un increment paral·lel de la descomposició, i una part del P orgànic s’acumula en els sediments (continentals o costaners) ...