Der Einfluss der Tiefe auf die Nettoprimärproduktion in aquatischen Ökosystemen

Die Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen Wassertiefe und Nettoprimärproduktion (=PR). Ich möchte wissen, warum die Produktion (P) zunächst mit der Wassertiefe in der Nähe der Oberfläche zunimmt? Ich habe ähnliche Beziehungen aus anderen Quellen gesehen, aber nie eine klare Erklärung gesehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bezieht sich die Zahl auf die Bruttoprimärproduktion oder die Primärproduktion pro Kopf?
Lehrbücher geben keine Details. Zuerst dachte ich, das Muster der Produktivität korreliert mit der Fülle an Phytoplankton. Aber da die Atemfrequenz konstant ist, denke ich jetzt, dass es der Pro-Kopf-Effekt ist. Wenn es nicht der Pro-Kopf-Effekt ist, würde ich gerne wissen, warum die Gesamtatmung konstant ist.
Aber die Texte in der Abbildung (und anderen ähnlichen Zahlen aus verschiedenen Quellen) implizieren, dass die Abbildung NPP = P - R zeigt. Ich denke also, dass es wahrscheinlich nicht der Pro-Kopf-Effekt ist. Aber diese Abbildung ( jochemnet.de/fiu/Ink1.jpg ) zeigt, dass das Muster nicht aus Unterschieden in der Konzentration von Phytoplankton entsteht.
Ok, etwas schwer zu beantworten, wenn unklar ist, ob es sich um einen Effekt pro Kopf oder um die Gesamtproduktivität handelt. Für Experten auf diesem Gebiet vermute ich jedoch, dass es offensichtlich ist (ich bin kein Wasserökologe). Meine anfängliche Vermutung war jedoch, dass das Diagramm die gesamte Primärproduktivität (für das gesamte "Ökosystem") zeigte und dass die Neigung zur Oberfläche mit der Dichte der Primärproduzenten zusammenhängt. Eine geringere Dichte an der Oberfläche könnte dann sowohl mit Turbulenzen (Wellen) als auch mit der Vermeidung von Raubtieren (unter anderem) zusammenhängen.
Es sieht so aus, als ob das Ergebnis wie das in der Abbildung gezeigte auf einem kontrollierten Experiment mit der Dark/Like-Bottle-Methode basiert ( jochemnet.de/fiu/Ink1.jpg ). Da die Dichte des Phytoplanktons in jeder Flasche kontrolliert wird, können wir das Ergebnis auch qualitativ als Pro-Kopf-Effekt interpretieren. Aus diesem Grund sollte die Wirkung ausschließlich auf physikalischen Faktoren beruhen (z. B. keine Fressfeinde in den Flaschen). Dennoch können Turbulenzen die Flaschen beeinflussen.
Aus welchem ​​​​Buch stammt die Abbildung in der Frage und die Abbildung, auf die Sie in den Kommentaren verlinken? Dies wäre nützlich zu wissen, damit die Leute selbst lesen und einen Kontext bekommen können.

Antworten (3)

Nach einem kurzen Blick in das Buch „ Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystems “ von Kirk (2010) denke ich, dass die Ursache für den Produktivitätsabfall zur Oberfläche teilweise in der Photoinhibition aufgrund hoher Lichtintensitäten an der Oberfläche liegt. Hier sind ein paar relevante Zitate aus dem Buch (Google Books: S. 371 ):

In diesem lichtgesättigten Zustand arbeiten die Elektronentransport- und/oder CO2-fixierenden Enzyme (höchstwahrscheinlich letztere) so schnell wie sie können, und daher werden alle zusätzlich absorbierten Quanten überhaupt nicht für die Photosynthese verwendet. Vom Ende des linearen Bereichs bis zum lichtgesättigten Bereich ([ dh oberflächennah, mein Zusatz ]), da die Photosyntheserate nicht proportional zur Bestrahlungsstärke zunimmt (P/Ed nimmt stetig ab, siehe Abb. 10.3) die Quantenausbeute und Konversionseffizienz erfährt zwangsläufig einen fortschreitenden Wertverlust. Dies wird noch verstärkt, wenn bei noch höheren Lichtintensitäten eine Photoinhibition einsetzt. Wenn die Zellen photoprotektive Carotinoide enthalten, bei denen absorbierte Lichtenergie als Wärme abgeführt wird, anstatt auf das Reaktionszentrum übertragen zu werden ...

Die Methoden mit aufgehängten Flaschen, die häufig zur Schätzung dieser Tiefengradienten verwendet werden, könnten jedoch Teil des Problems sein, indem sie die Wirkung der Photoinhibition überschätzen und Plankton zwingen, in derselben Tiefe zu bleiben (S. 358):

Tiefenprofile der Photosynthese von Phytoplankton, wie die in Abb. 10.4, die mit der Suspensionsflaschenmethode bestimmt wurden, überschätzen tendenziell das Ausmaß, in dem die Photoinhibition die Primärproduktion verringerte. In der Natur ist das Phytoplankton nicht gezwungen, über längere Zeiträume in der gleichen Tiefe zu bleiben. Einige, wie Dinoflagellaten und Blaualgen, können in eine Tiefe wandern, in der die Lichtintensität besser geeignet ist. Auch unbewegliche Algen bleiben nur bei eher ruhigen Bedingungen längere Zeit in der gleichen Tiefe.

Ich hoffe, ich habe die Anführungszeichen richtig gemacht (schnelles manuelles Abtippen). Es gibt auch viele weitere relevante Abschnitte in dem Buch, die alle möglichen Aspekte der aquatischen Photosyntheseeffizienz abzudecken scheinen und wie dies eine Funktion der Tiefe sein kann.

Ich denke, es hat damit zu tun, welche Wellenlänge des Lichts in welcher Tiefe von photosynthetischen Organismen absorbiert wird.

Ultraviolettes Licht mit kurzer Wellenlänge wird am nächsten an der Oberfläche absorbiert. Rotes Licht (das für die Photosynthese verantwortlich ist) wird an einem tieferen Punkt in aquatischen Systemen von den Primärproduzenten wie Phytoplankton und Metaphyta absorbiert, was die Produktivität dieser bestimmten Tiefe erhöht.

[Ich werde Zitate, Referenzen und Diagramme hinzufügen, sobald ich genug Zeit finde]

Die Menge an rotem Licht nimmt monoton mit der Tiefe ab. Es erklärt also immer noch nicht das buckelförmige Produktivitätsmuster.

Im Vergleich zur Oberfläche steigt die Verfügbarkeit von Nährstoffen etwas unterhalb der Oberfläche in der Wassersäule, da Winde und Meeresströmungen eine verstärkte Durchmischung von nährstoffreichem Tiefenwasser verursachen. Die photische Zone der Wassersäule verbraucht schnell die Makronährstoffe, die zur Aufrechterhaltung der Primärproduktion erforderlich sind, jedoch wird der Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser zu einem bedeutenden Faktor bei der Bestimmung der Produktion eines Gebiets.

[Ich werde später zitieren. ]

Aber laut dieser Abbildung ( jochemnet.de/fiu/Ink1.jpg ) beruht das Ergebnis auf kontrollierten Experimenten (der Dunkel/Hell-Flaschen-Methode). Daher sind die verfügbaren Nährstoffe entlang der Tiefe gleich (auch wenn sie von Natur aus variabel sind).
Wenn dies das Experiment ist, von dem ich glaube, dass es es ist, dann wurden die Flaschen in unterschiedlichen Tiefen gefüllt und in die gleiche Tiefe zurückgebracht, in der sie gefüllt waren. Dies hätte einen Unterschied in den verfügbaren Makronährstoffen zur Folge. Dieser Artikel über das Experiment beschreibt jedoch auch, dass die Primärproduktion nur tiefer als die Oberfläche zunimmt, denn „Die Primärproduktion wird normalerweise gerade an der Oberfläche unterdrückt, weil das Licht dort zu stark ist, erreicht aber knapp unter der Oberfläche ein Maximum, weil dort das Licht ist Optimum eintritt. Unterhalb des Lichtoptimums nimmt die Produktion mit Licht schnell ab.“
Der Einfluss der Tiefe auf die Nettoprimärproduktion in aquatischen Ökosystemen
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