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文檔簡(jiǎn)介
Lecture3&4:TerrestrialCarbonProcessI.Photosynthesisandrespiration(revisit)II.CarbonStocksandFluxesinTerrestrialEcosystemsIII.TerrestrialEcosystems
A.EcosystemConcept
B.EcosystemCarbonBalance(GPP,NPP,NEP,NBP)
VI.Missingcarbonsinks?Lecture3:PhotosynthesisandRespiration1.WhatisthePhotosynthesis?2.
WherethePhotosynthesisOccurs?3.HowPhotosynthesisworks?–KeyProcesses
4.AlternativePhotosynthesisPathwayPhotosynthesisOverview1.WhatisthePhotosynthesis?Photosynthesis
isthebiogeochemicalprocessbywhichPlantscoveratmosphericCO2tocarbonproductionsthatresultsinplantgrowth
istheconversionoflight-energytochemical-energyviathechloroplasts
generates170billionmetrictonsofsugarannually,whichentersourbiosphereWeexpressthiscombinedknowledgeasthephotosyntheticequation:6CO2+12H2O+lightenergy--->C6H12O6+6O2+6H2O(orCO2+2H2O+lightenergy--->CH2O+O2+H2O)Photosynthesistakesplacewithinleaf(orgreenstem)cellscontainingchloroplastse.g.eachcellcontains40to50chloroplastsachloroplasthasdozensofthethylakoidsand
millionsofpigmentmolecules
eachthylakoidcontainsthousandsofphotosystems2.
WherethePhotosynthesisOccurs?PhotosyntheticOverviewA.Therearethreebasicstepsinphotosynthesis:
(1)LightReactions
-energycapture
(2)DarkReactions
-fixationofcarbon
(3)
PigmentRegenerationelectronreplacementfromthesplittingofH2Oinoxygenicphotosynthesis.3.HowPhotosynthesisworks?–keyprocesses
C3photosynthesis(three-carbonsugars)–C3plant(2)CrassulaceanAcidMetabolism(CAM)
(1)C4Photosynthesis
4.AlternativePhotosyntheticPathwaysSomeplants(e.g.,corn,sugarcane,andmanytropicalgrass)beginthephotosyntheticprocessbyproducingafour-carboncompounds.PlantsofthistypearecalledC4plants(e.g.liveinhotanddryenvironmentsandareabletophotosynthesizeatlowCO2concentration)LikeC4plant,CAMisanadaptationtohotdryenvironmentsCAMplatsutilizeboththeC3andtheC4pathwaysofphotosynthesisCO2isfixedbyPEP(phosphhoenolpyruvate)carboxylaseatnighttoformmalicacidwhichisthenisstoredinthevacuoleofthecell. RespirationOverview1.AutotrophicRespiration(PlantRespiration)
A.MaintenanceRespiration
B.GrowthRespiration
2.HeterotrophicRespiration(SoilRespiration)1.AutotrophicRespiration(Ra)RainvolvestheoxidationoforganicsubstancestoCO2andwater: CH2O+O2--->CO2+2H2O+energyTotalautotrophicrespiration(Ra)consistsoftwomajorcomponents:(1)MaintenanceRespiration(Rm)(2)GrowthRespiration(Rs)MaintenanceRespiration:thebasalrateofmetabolism,includestheenergyexpended
onionuptakeandtransferwithinplants.
(a)Thetemperatureismostimportantenvironmentalfactoraffectingmaintenancerespiration
Proteinsynthesisratesincreaseexponentiallywithincreasingtemperature(T)(b)TheTdependenceofRmisexpressedintermoftheQ10,orchangeinratewitha10oCriseintemperature:
Rm(T)=R0Q10
[(T-T0)/10]Where:R0
isthebasalrespirationrateatT=0oC(orref.T)
Q10representsthechangeintherateofrespirationfor10oCchange inT(about2.0-2.3)(c)usingplantnitrogencontentMichealRyan(1991)derivedanempiricalrelationshipbasedonawidevarietyofspeciesandplanttissues:
Rm=0.0106NWhereRmismaintenancerespiration(molesCperhour),andNisplantnitrogeninmolesofN.(seeRyan1991,EcologicalApplications,1:157-167).MostoftheorganicNinplantsisinproteinandabout60%Rmsupportsproteinrepairandreplacement(2)GrowthRespiration(Constructionrespiration)(a)Rgincludesthecarboncostofsynthesizingnewtissuefromglucoseandminerals.(b)Rgforvarioustissuesdiffer,dependingonthebiochemicalpathwaysinvolved.e.g.:1gligninrequires2.5gofglucose
1gneedlesrequire1.28gofglucose1grootsrequire1.2gofglucose
(C)Growthrespirationcanbeestimatedbasedonconstructioncost
EstimatingGrowthrespiration(Rg)GrowthrespirationisgenerallyconsideredtobeindependentoftemperatureandisproportionaltoGPP:Whererg,iisagrowthrespirationcoefficientforplantcomponenti,andra,iisthecarbonallocationfractionforplantcomponenti.Ryan(1991)used25%foroverallandrootgrowthrespirationcoefficient.IntheTEM(Melliloetal.1993),20%ofGPPisappliedtogrowthrespiration.
2.HeterotrophicRespiration(Rh)1)ConceptTheformofrespirationbywhichorganicmatterisconvertedbackintoCO2,mainlybysoilmicro-organisms.2)ModelingRhSoilrespiration(totalsoilCO2flux)including:
rootrespirationanddecomposition litterdecomposition soilorganicmatterdecompositionLinear/nonlinearmodelsMoistureandtemperaturecombinedmodelsLi粗ne田ar曉/n例on燙li擋ne率ar收m晨od按elPe把ng罪a頭nd賢A沒pp果s娛(2牌00瘦0)染u囑se霞d論th揭e卵15國0盈si半te歷s酸pu織bl考is救he血d桌by燥R見ai春ch古a品nd享S法ch被le鄉(xiāng)豐si罵ng素er趟(享19單92程)to欣d乳ev千el疾op寧T重PA械ET釘m徐od帆el木s徒fo悉r閱es袖ti塔ma各ti咸ngso冰il房誠r作es給pi牙ra乖ti查on夜(亞SR劈燕)at傍g童lo館ba礦l知sc燭al槐eGr監(jiān)ou籠p液A:瞧M梅aj拾or揉N葬at頭ur習(xí)al營(yíng)E壞co惱sy鴿st方em婚s頂(n疊=1濁17啞)SR潛=馬7芬.6天e懶xp幼(僚0.徒02愁9T親)膠P0.朽17較1AE跟T0.劣42津3(R2=友0.圾70摘)Gr哀ou紅p羽B(yǎng):抹C戒ro笨pl夕an今ds殊(寺n=仇19桶)SR屈=謝0判.6暮6P證+繭0叨.9飛5舊AE者T清–凈7.態(tài)11恒T–桃4旁68榴(R2=疑0.感71剝)Gr覆ou嘆p唉C:怒W悟et卵la育nd宗s首(e代.g滋.濟(jì)bo寬gs赤,瓜mi寬re竿s,作a舍nd柴m可ar胳sh允es道)盈(n累=1導(dǎo)4)SR邪=肚0粉.7闖22采A象ET饒–縮慧0用.0乳23漁P-擊10俱.2鈔41裙T–鄉(xiāng)豐14池0寬(R2=憂0.暗74妄)Wh墨er才e菜T枯is講m錢ea堵n罵an慈nu搏al籍t鐮em遞pe霞ra勺tu秘re砌;桐P主is叮a聽nn版ua許l辱pr疼ec內(nèi)ip棋it纏at擁io亞n;AE恰T殃is鮮a碼ct租ua眨l摸ev仙ap良o(jì)t斯ra奇ns行pi令ra微ti財(cái)on(R要ef追.修Pe疫ng坡,哄C.贏H.獵a罩nd群M才.J滑.賤Ap笑ps閘2袖00嗓0.詳J赤.每of撤E衰nv借ir恭on移me婚nt朋al競(jìng)S歉ci泳en燒ce奇s,董1毛2:身2掙57稈-2畢65偷)Mo苦is崖tu項(xiàng)re結(jié)a草nd析t舌em伏pe悼ra此tu炭re布c登om教bi兄ne贏d兆mo訪de蓬lsIn沉C蟲EN戶TU虜RY亂(播Pa燃rt糧on什e鄭t啟al黎,哨19須93筋),母t蜻h(yuǎn)e賞r街at冶e幸of踩s輪oi卡l援C壟de柄co熔mp屈os置it珍io聰nfo討r盼ea救ch腸p廣oo枯l或(Ri)熄is禮e素xp氣re彼ss肝ed歪a陰s:Ri=努KiCiMdTdWh練er殼eire如fe筋rs虜t揚(yáng)o反di曉ff坦er哥en近t雄ca逐rb犁on雁p壁oo哀ls或,Ciis探t趟he短C罷s信to輛ck缸f儲(chǔ)or絲式a言p桌ar顏ti件cu瀉la迅r患po鬼ol公,Kiis叨t認(rèn)he元m神ax充im投um拜d挺ec圓om閥po焦si腥ti輪on酷r學(xué)at菊e,扎a犁ndMdan號(hào)d提Tdar咱e騾th曉e雹ef丟fe臨ct網(wǎng)s跡of柜s旅oi拆l樓mo鬧is成tu困re居a躍nd蒙t辜em宮pe悶ra眉tu煌re言o繡n秘de逗co執(zhí)mp欄os羅it睡io賀n,wh窩ic里h償ar母e仔ca澡lc蒸ul夾
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