FACULTATEA DE ȘTIINȚE

BIOLOGIE

Anul II

TRADUCERE

Trandafir Alexandra Ionela

Conectând ecofiziologia plantelor și funcționarea ecosistemelor

Deoarece multe aspecte ale ecofiziologiei plantelor și ale funcționării ecosistemului sunt complementare (Tabel 1), conectând disciplinele ar putea fi productiv în eforturile descoperirii răspunsurilor complexe ale ecosistemului pădurilor la schimbările globale.

Tabel 1Ecofiziologia plantei Fucționarea ecosistemuluiFotosinteză, respirație, transpirație Schimbul de CO2 și H2O al

ecosistemuluiAlocarea de carbon peste sau sub, competiția, coexistența de specii de pomi dominanți

Partiția fluxurilor ecosistemului

Creștere, senescență Sursele de carbonNutriția minerală, clima, formele de viață, grupa funcționale de plante, ciclurile vieții, succesiunea comunității

Variabilitatea temporală și spațială în ecosisteme

Printr-o căutare pe site-ul Web of Science an Current Contents folosind cuvintele cheie ”covarianță”, ”corelație vârtel” și ”pădure” au rezultat 196 de rezultate (în aprilie 2002). Doar 24 dintre aceste documente, publicate între anii 1992-2002, oferă informații cu privire la parametrii ecofiziologici măsurați. Trei lucrări suplimentare furnizează informații despre biomasă sau creștere estimate din ecosistemele în care fluxul de CO2 și H2O a fost determinat.

Procesele ecofiziologice măsurate cel mai des include schimburile de CO2 (asimilare, respirație) ale frunzei, lăstarilor ori ramurilor (14 din 24), transpirație (5 sin 24) sau fluxul de sevă (8 din 24).

Structura și cantitatea de nutrienți ale ecosistemului au fost rareori investigate. Acest lucru vine în contradicție cu parametrii ecofiziologici tipici folosiți la modelul standard de frunze mari sau cu mai multe straturi.

Cu excepția lui Langrangian și a metodelor de flux scalare, cele mai multe modele de ecosistem folosesc relații empirice bazate pe parametrii biochimici sau ai mediului pentru a estima fluxul de CO2 și H2O în ecosistem. Așadar, variațiile climatice sau meteoroligice, temperatura aerului și a solului, umiditatea relativă sau deficitul presiunii de vapori, umiditatea solului se numără printre cei mai importanți factori de modelare a schimbului de gaze dintr-un ecosistem.

Concentrațiile de azot sunt adesea folosite pentru a ajusta schimbul de gaze, în timp ce structura, în particular indicele suprafeței foliare sunt folosite pentru a intensifica schimbul de gaze scalar al frunzei.

Obiectivele din aceste 24 de studii ce combină măsurători micrometrologice și ecofiziologice, au inclus:

2

- identificarea mecanismelor de reglare a cantității de carbon forestier;- investigarea fluxurilor de apă a ecosistemului;- stabilirea contribuțiilor fluxurilor la totalul ecosistemului;- elaborarea unor norme de scalare pentru validarea fluxurilor nete

ecosistemice prin măsurători independete.Identificarea factorilor de conducere și înțelegerea reglării CO2 al

ecosistemului și fluxului de apă este principalul lucru al studiilor ce utilizează atât abordări micrometerologice cât și ecofiziologice.

Conectând fluxurile nete de CO2 ale ecosistemului la factorii abiotici pentru fotosinteză și respirație, radiații și temperatură este o procedură standard ce oferă o perspectivă asupra fiziologiei ecosistemului.

Perspective viitoare referitoare la schimbul de gaze turbulent cu atmosferapot fi dobândite doar prin măsurători auxilare la diferite scali ale plantelor ori solului, și prin analize ale parametrilorși proceselor suplimentare.

O investigație a respirației ecosistemului pădurii de Oregon ponderosa a arătat faptul că, deși o varietate de factori sunt implicați temperatura aerului și solului sunt factori dominanți. Fluctuațiile sezoniere de CO2 au fost determinate în special de temperatura solului (r2=0.61), arătând poziția dominantă a respirației solului ce contribuie la respirația ecosistemului cu excepția lunii iulie când fotosinteza reduce fluxul de CO2. Nutrienții nu au reprezentat un factor major.

Concentrațiile de azot foliar ar putea explica numai 22% din variația sezonieră a respirației frunzei în timp ce temperatura aerului explica 76% din variabilitatea anuală.

Importanța dezvoltării și a senescenței frunzei a fost subliniată de Greco și Baldocchi (1996). Cursul sezonier de CO2 al ecosistemului net este urmat de dezvoltarea frunzei, iar ecosistemul este transfomar într-o sursă de CO2 după căderea frunzelor. Un model similar a fost observat la ecosistemului fluxului de apă: crește evotranspirația începând cu expansiunea foliară în perioada de primăvară în timă ce scade în perioada secetei. Efectele secetei asupra ecosistemului net ar putea fi conectate cu potențialul scăzut al apei din frunze, închiderea și deschiderea stomatelor după-amiaza reflectând impactul dominant al vegetației pe fluxuri ecosistemice în comparație cu compartimentul solului.

Wilson și colab. Au concluzionat faptul că vârsta frunzei are un efect important pentru modelul sezonier al schimbului de gaze foliar și pentru ecosistemul net al schimbului de CO2 al pădurilor de foioase mixte și a demonstrat un model biofizic. El a evocat stadii detaliate cu privire la caracteristicile hidraulice ale pomului pentru a oferi detalii realiste pentru modelare fluxurilor în condiții de secetă. Concentrându-se pe limitarea apei Irvine (2002) a comparat 2 standuri de diferite vârste. Răspunsurile foarte contrastante pe timpul zilei la deficitele de apă din sol s-au observat și au putut fi explicate prin măsurători ecofiziologice.

Difrențele potențialului de apă al frunzei, care au fost mai mari, au fost datorate probabil adâncimii mai mari de înrădăcinare și a transpirației care au

3

fost mai mici la copacii mai mari și mai în vârstă, rezultând modele sezoniere similare în comparație cu cele din timpul unei secete la capacii mari (Yoder și colab. 1994, Ryat 2000).

Porționarea NEE în fluxuridin compartimente individuale este un obiectiv major al comunității de cercetare. Diferite abordări sunt disponiile, inclusiv măsurarea unui izotp stabil.

Deșii 11 dintre cele 196 de studii ale pădurii folosite utilizează valori mai mici și mai mari ale sistemului, doar 5 dintre cele 11 studii de măsurători include măsurtori ecofiziologice ale plantei. Prin utilizarea de senzori de curgere SAP Saugier și colab. au fost capabili să măsoare transpirația directă și de a estima evaporarea prin diferență și prin utilizarea ramurilor au obținut informații de comportament ale stomatelor.

O abordare similiară a fost făcută de Wilson și colab. (2001) în sud-estul SUA într-o pădure de foioase, bazată pe 4 tehnici pentru a esstima fluxurile de apă (măsurarea debitului sevei, apa din sol și captarea apei), aceste studii au constatat că estimările de transpirației au fost la jumătatea estimărilor anuale de evotranspirație anuale estimate.

Studiind schimbul de carbon net al unei o păduri de pini în Oregon, co- lucrătorilor independenți au folosit diverse tehnici pentru a estima respirația solului , rădăcii , lemnului și frunzelor separat. Ei au constatat că aproximativ 18% din respirație anuală a ecosistemului își are originea din frunziș , în timp ce aproximativ 6% a fost din lemn și restul de 76 % din sol ( Legea et al . 1999b ) , cu respirația rădăcinii reprezentând aproximativ 53% din totalul fluxurilor de CO2 sol (Legea et colab. 2001b ). Deoarece contribuțiile de flux din diferite compartimente au schimbat tipul de ecosistem și de vârstă, combinarea acestordiferite abordări va ajuta la constrângea modelelor de ecosistem și vor spori intelegerea noastra a proceselor ecosistemului.

Printre cele 24 de studii revizuite , doar câteva au încercat un independent validarea fluxurilor nete de ecosisteme . Lavigne și colab .(1997 ) au constatat doar o corelație slabă pentru fluxuri de noapte de CO2

( r2 între 0,06 și 0,27 ), între respirația ecosistemului ( determinat prin Eddy covarianță ) și măsurătorile scalate de sol , lemn și frunziș (determinate prin tehnici camerale). Respirația ecosistemului a fost în mod constant inferioar scalată față de estimările de camerale ( cu aproximativ 27% , chiar sub și în mare turbulență condiții cu viteza de frecare u * > 0.25 ms - 1 ) , care rezultând o supraestimare din totalul NEE pentru sase site-uri forestiere boreale. Rezultatele de susținere au fost obținute prin Legea et al . ( 1999b ) pentru pădure de pin din Oregon , unde scalate respirația din sol, lemn și foliară au fost de asemenea mai mari decât cele măsurate noaptea . Pe de altă parte, totalul ( ziua și noapte ) respirația ecosistemului ( 988 g C m - 2 - ani 1 ) pentru o fag francez ( Fagussylvatica L. )de pădure estimată a corespuns cu masuratorile camerei scalate asupra respirației frunzei, lemnului și solului (974-1041 g Cm – 2 an 1 ).

4

Problemele de scalare au fost accentul major al unui studiu făcut de Wallin și colab . ( 2001) , care a determinat dacă măsurătorile ale schimbului de gaze CO2 într-o pădure de molid pot fi scalate de la măsurătoarea copacului până la nivelul standard, deși un acord între scale depinde de turbulență de deasupra coronamentului . Când turbulență a fost mare ( frecare viteză u * > 0,5 ms - 1 ) , aceasta și producția primară brută au fost strâns legate ( r2 = 0,94 ).Cu toate acestea , inclusiv condițiile fără vânt de atunci cand cuplare întrevegetația și atmosfera a fost redusă , a existat o relație mai slabă ( r2 = 0,69 ) . Astfel , pentru determinarea unei scalări factor , datele ar trebui să se limiteze la timp cu turbulențe mai mari. Toate aceste studii ilustrează nevoia de mai studii mai detaliate privind scalare de rutină și validare la site-uri de flux , în special pentru fluxuri pe timp de noapte .

Un alt exemplu al eforturilor de cercetare interdisciplinara pe fluxurilor de carbon și de apă , de asemenea, concentrându-se pe validare de scări temporale și spațiale , este cluster CarboEurope ( http : // www.bgc.mpg.de/public/carboeur ) , care depinde în prezent de nouă rețele independente de proiect ( Căutare Google , CarboAge , Greengrass , CarboEuroflux , CarboData , TCOS , Recab , Aerocarb și LBA CarbonSink ; Figura 3 ).

Clusterul a fost proiectat pentru a ajuta la înțelegerea și cuantificari chimice, procese fizice și fiziologice care contribuie la bilanțului de carbon a ecosistemelor forestiere la o gamă largă de spații și scări temporale . Coloana vertebrală a acestui grup este un sistem integrat de abordare , cu validare și predicție între diferite scări , și se bazează pe o varietate de tehnici, variind de la știință clasică și măsurători ecofiziologice ale plantelor, analize de izotopi , masuratori de flux, campanii de aplicații de detecție la distanță și modelare continentală . Integrarea este facilitată de site-uri comune pe teren și protocoale de măsurare . Cele mai multe site-uri au la bază un nivel de proces de pădure( Căutare Google ) sunt de asemenea echipate cu turnuri flux ( CarboEuroflux ,CarboAge ).

Unul dintre rezultatele cele mai importante de până acum a fost cuantificarea respirație autotrofe într-un experiment ecofiziologic în nordul Suediei ( Hogberg et al . 2001) . Prin pini maturi , Hogberg și colegii au demonstrat că aproximativ 54 % din pierderile totale de CO2 provenite de la respirația rădăcinii. Inhibarea carbonului datorată rădăcinii a dus la o pierdere aproape completă a ciuperci mycorrhizal . Astfel, respirația solului , una dintre fluxurilor cheie în schimbul net al ecosistemului de CO2, a fost controlată în principal de fotosinteză. Acest lucru sprijină concluzia că respirația ecosistemului este mai puternic legată de productivitatea ecosistemului primar brut decât temperatura anuală a solului sau a aerului ( Janssens și colab . 2001).

Baze pentru întelegerea răspunsurilor forestiere la schimbările globale

5

În concluzie , procesele ecofiziologice ale plantelor determină în mare măsură NEE . Astfel , ecofiziologia plantelor ar trebui să fie un importan component al studiilor privind răspunsurilor forestiere la schimbările globale. Deși relații funcționale bine cunoscute din ecofiziologia plantelor sunt aplicate în mod obișnuit în studiile micrometeorologice ( de exemplu, pentru decalaj umplere sau modelare ) , ne-am câștigat recent perspective detaliate in NEE din ecosistemele selectate pe baza măsurători ecofiziologice suplimentare .Inițiativa de a include ecofiziologia plantelor în studiile de flux ecosistemice de multe ori provine de la comunitatea de cercetare a fluxurilor, când ”redescoperă " procesele ecofiziologice și caută un expert. Trebuie să consolidăm această legătură între discipline deoarece aceasta va furniza noi informații care ne vor răspunde la întrebările puse.Deși am pus accent pe înțelegerea fluxurilor de CO2 din păduri în creștere în condiții naturale , rațiunea se aplică la fel de bine pentru alte abordări.

Studii interdisciplinare integrate pot furniza beneficii care depășesc costurile suplimentare și oferă informații care altfel ar fi indisponibile . La site-uri de flux , mult ar putea câștiga dacă caracteristicile în sine , cum ar fi vârsta , nutrienți a solului ar fi disponibilr sau istoria site-ulilor ar fi disponibile , sau parametrii ecofiziologici ar fi măsurați.

Aceste măsurători ar oferi o mare parte a informațiile necesare pentru o înțelegere deplină a ecosistemului forestier răspunsurile la schimbările globale . Informații cu privire la vârstă suport , creșteri anuale și ar valida bugetele de carbon din trecut și prezent, în timp ce cele mai multe măsurători ecofiziologice ar oferi perspective ale ecosistemului

6