Een ecosysteem omvat dieren, planten, microben en de niet-levende habitatcomponenten daaromheen, zoals water, lucht en bodem. Elk levend organisme vereist een bepaalde vorm van energieproductie. Alle dieren hebben ademhaling nodig, de uitwisseling van zuurstof voor kooldioxide, om in leven te blijven. Planten hebben ook ademhaling en zuurstof nodig, maar ze fixeren of verwijderen ook koolstof uit de omgeving en produceren levengevende zuurstof die door dieren wordt gebruikt, gevoed door zonne-energie die ze oogsten met behulp van gespecialiseerde organellen die chloroplasten worden genoemd. De netto uitwisseling van ecosystemen wordt berekend door een formule die laat zien hoeveel koolstof in de omgeving wordt gebracht in vergelijking met hoeveel wordt verwijderd. Netuitwisseling van ecosystemen wordt ook wel "netto ecosysteemproductie" genoemd.

De koolstofcyclus

Om het leven op aarde te behouden zoals het nu is, moeten koolstof in de atmosfeer en koolstof die in biologische organismen is gefixeerd, evenwichtig zijn. Zo niet, dan zal klimaatverandering het gevolg zijn. Dieren en mensen voegen meer koolstof toe aan het ecosysteem door simpelweg te ademen. Atmosferische koolstof wordt ook geproduceerd door het verval, omdat dode dieren en plantmateriaal koolstof vrijmaken opgeslagen in hun weefsels en door de verbranding van bomen, planten en fossiele brandstoffen, zoals olie en steenkool. Om deze effecten tegen te gaan, worden levende planten 'koolstofputten' genoemd omdat ze koolstofdioxide uit de omgeving verwijderen en omzetten in zuurstof en voedselenergie.

Belangrijke factoren en voorwaarden

Verschillende factoren zijn nodig om de netto uitwisseling van ecosystemen te bepalen. De eerste is netto primaire productie, wat de netto hoeveelheid organische koolstof is die door planten uit het ecosysteem wordt verwijderd. Planten zijn autotrofen, wat betekent dat ze in staat zijn om voedingsstoffen en energie te vormen uit anorganische stoffen en zonlicht tijdens een proces dat fotosynthese wordt genoemd. De totale hoeveelheid vast koolstof - verwijderd uit het ecosysteem - tijdens fotosynthese wordt de bruto primaire productie genoemd. Planten geven echter ook koolstof af tijdens de ademhaling. Daarom wordt de netto primaire productie berekend door de hoeveelheid koolstof die planten tijdens de ademhaling afscheiden af ​​te trekken van de hoeveelheid koolstof die is vastgezet tijdens de bruto primaire productie.

De netto-ecosysteemuitwisseling vaststellen

Terwijl planten autotrofen zijn , mens en dier zijn heterotrofen, wat betekent dat ze organische voedingsstoffen nodig hebben - voedsel - uit de omgeving en dat ze zuurstof moeten gebruiken om energie te produceren uit verteerd voedsel. Heterotrofe ademhaling produceert grote hoeveelheden koolstof die in het ecosysteem worden gebracht. Daarom wordt de netto-ecosysteemuitwisseling bepaald door de hoeveelheid geproduceerde koolstof af te trekken door heterotrofe ademhaling van de netto primaire productie.

Eigenschappen van ecosystemen

Koolstofbalans is een fundamentele eigenschap die garandeert dat ecosystemen duurzaam zijn en gezond. Netto-ecosysteemuitwisseling helpt de balans van de koolstofcyclus te meten. Omdat het wordt berekend door af te trekken hoeveel koolstofplanten worden gefixeerd of verwijderd, van hoeveel koolstof er in het ecosysteem wordt gestoken, zou het beste resultaat een negatieve waarde zijn. Uit gegevens van 1992 tot 2000 bleek bijvoorbeeld dat bossen in de oostelijke Verenigde Staten netto ecosysteemuitwisselingen hadden variërend van -84 tot -740. Dit geeft aan dat er meer koolstof wordt verwijderd dan wordt vrijgegeven. Als koolstof niet efficiënt wordt verwijderd, zal de kwaliteit van lucht - en het leven - in een ecosysteem eronder lijden. Andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden voor koolstofbalans in een ecosysteem is vervuiling door fabrieken en voertuigen, terwijl oceanen ook koolstof uit de atmosfeer verwijderen.