Energie und andere limitierende Faktoren der Primärproduktion der Ökosysteme

MERKE I

Die Menge organischer Substanz, die während eines bestimmten Zeitraums von autotrophen Organismen gebunden wird, bezeichnet man als Primärproduktion.

Die Menge organischer Substanz, die während eines bestimmten Zeitraums von autotrophen Organismen gebunden wird, bezeichnet man als Primärproduktion (engl. primary production) des Ökosystems. Sie stellt die Ausgangsbasis für die Untersuchung aller Energie- und Materieflüsse in Ökosystemen dar.

Energiebilanzen von Ökosystemen

Die meisten Primärproduzenten nutzen die Solarenergie, um energiereiche organische Moleküle zu synthetisieren, die unter anderem auch zur Herstellung von ATP Verwendung finden (siehe Kapitel 10). Die Konsumenten beschaffen sich ihr organisches Material aus „zweiter, dritter oder vierter Hand" über die komplexen Nahrungsnetze, wie sie in Abbildungen 54.9 dargestellt sind. Die Gesamtmenge der Primärproduktion bestimmt die Größe des Energiehaushaltes eines Ökosystems.

Der globale Energiehaushalt Jeden Tag treffen auf die Erdatmosphäre Sonnenstrahlen mit einer Gesamtenergie von rund 1O22 Joule (1 J = 0,238 cal). Diese auf die Außengrenze der Erdatmosphäre auftreffende Solarstrahlung wird als Solarkonstante bezeichnet. Legt man den globalen Durchschnittsverbrauch des Jahres 2006 zugrunde, würde diese Energiemenge den Bedarf der gesamten Erdbevölkerung für ungefähr 25 Jahre decken. Wie in Kapitel 52 dargelegt wurde, ändert sich die Intensität der einfallenden Solarenergie mit der geografischen Breite: Den größten Strahlungsinput erhalten die Tropen, den geringsten die polaren Regionen.

Die Menge an Solarstrahlung, die letztlich die Vegetation (beziehungsweise Erdoberfläche) erreicht, bezeichnet man als Globalstrahlung Diese als Globalstrahlung einfallende Solarstrahlung liegt im kurzwelligen und im langwelligen Bereich. Im Durchschnitt handelt es sich um nur etwa 46 Prozent des Strahlungsbetrags der Solarkonstante, der direkt oder über diffuse Strahlung durch die Troposphäre hindurch (die unterste Atmosphärenschicht von etwa 10 km Höhe) die Erdoberfläche beziehungsweise die Vegetation erreicht. Ein Teil wird bereits an der Oberfläche derTroposphäre in den Weltraum zurückreflektiert, em anderer Teil in der Troposphäre absorbiert. Ein Teil der langwelligen Strahlung wird von der Vegetation, dem vegetationsfreien Erdboden, vom Oberflächengestein oder dem Oberflächenwasser der Meere und Süßgewässer absorbiert. Ein Teil wird zurückreflektiert und an atmosphärischem Staub und an Treibhausgasen in der Atmosphäre absorbiert. Nur ein relativ geringer Anteil wird als kurzwellige Strahlung zurückreflektiert (Albedo), zum Beispiel an Schnee- und Eisflächen; der größte Anteil der kurzwelligen Strahlung, der die Bodenoberfläche erreicht, wird in langwellige Strahlung umgewandelt. Durch diesen Prozess wird die Troposphäre aufgewärmt und den Organismen wird eine für Stoffwechselleistungen günstige Umgebungstemperatur bereitgestellt.

Die Globalstrahlung legt auch die Grenzen für die photosynthetische Effizienz der Ökosysteme fest. Man versteht darunter den Nutzeffekt der Photosynthese bei photoautotrophen Pflanzen und Pflanzenbeständen zwischen der Energiemenge der durch die Photosynthese aufgebauten organischen Substanz und der Energie der lokal einfallenden Strahlung. Nur ein kleiner Anteil der Solarstrahlung, die die Vegetation erreicht, wird für die Photosynthese genutzt. Von der Solarstrahlung, die die photosynthetisch aktiven Organismen erreicht, werden nur bestimmte Wellenlängen durch die Photosynthesepigmente absorbiert, die sogenannte photosynthetisch aktive Strahlung oder kurz PAR (engl. photosynthetically active radiation); der Rest wird weitergegeben, reflektiert oder als Wärme abgestrahlt. Deshalb werden nur ungefähr ein bis fünf Prozent des sichtbaren Lichts, das auf Organismen mit der Fähigkeit zur Photosynthese trifft, auch in chemische Energie umgewandelt. Dennoch erzeugen die Primärproduzenten der Erde zusammen insgesamt über 150 Milliarden Tonnen (150 x 10’2 kg) organisches Material im Jahr.

Brutto- und Nettoprimärproduktion Die gesamte organische Substanz, die im Laufe eines Jahres durch die photoautotrophen Pflanzen über die Photosynthese in einem Ökosystem gebunden wird, bezeichnet man als Bruttoprimärproduktion (BPP, engl. gross primary production, GPP). Dieses organische Material wird jedoch nicht vollständig im Rahmen des Baustoffwechsels in den Primärproduzenten gespeichert. Die Nettoprimärproduktion (NPP, engl. net primary production, NPP) errechnet sich aus der Bruttoprimärproduktion unter Abzug der Energie R, die von den Primärproduzenten zur Atmung im Rahmen des Betriebsstoffwechsels verbraucht wird:

NPP = BPP-R

MERKE I

Die gesamte organische Substanz, die im Laufe eines Jahres durch die photoautotrophen Pflanzen über die Photosynthese in einem Ökosystem gebunden wird, bezeichnet man als Bruttoprimärproduktion (BPP).

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Die Nettoprimärproduktion errechnet sich aus der Bruttoprimärproduktion unter Abzug der Energie R, die von den Primärproduzenten zur Atmung im Rahmen des Betriebsstoffwechsels verbraucht wird.

Die globale Nettoprimärproduktion im Jahr 2002

Abbildung 55.4: Die globale Nettoprimärproduktion im Jahr 2002. Grundlage der Karte sind Daten, zum Beispiel der Chlorophyllaktivität, die von Satelliten aufgenommen wurden. Die höchste Nettoprimärproduktion findet man in den tropischen terrestrischen Regionen (gelb und rot gefärbt).

Gibt diese Karte die Bedeutung sehr produktiver Lebensräume wie Feuchtgebiete, Korallenriffe und Küstenregionen richtig wieder? Begründen Sie Ihre Antwort-

 
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