Respiració del sol
La respiració del sol es referix a la producció de diòxit de carbono quan els organismes del sol respiren. Açò inclou la respiració de les raïls de les plantes, la rizosfera, els microbis i la fauna. Qualsevol respiració que ocórrega baix terra es considera respiració del sol. La respiració del sol és un procés clau del ecosistema i juga un paper important en el cicle global del carbono, aixina com en uns atres cicles de nutrients. La respiració del sol llibera carbono del sol en forma de CO2, aixina com atres nutrients com el nitrogen. El CO2 s'adquirix de l'atmòsfera i es convertix en composts orgànics en el procés de fotosíntesis. Les plantes usen estos composts orgànics per a construir components estructurals o respirar-los per a lliberar energia. Quan la respiració de la planta ocorre baix el sol en les raïls, s'agrega a la respiració del sol. En el temps, els components estructurals de la planta són consumits pels heterótrofos. Este consum heterotrófico llibera CO2 i quan este CO2 es llibera per organismes per baix del sol, es considera com a part de la respiració del sol.
La cantitat de respiració del sol que ocorre en un ecosistema està controlada per varis factors. La temperatura, la humitat, el contingut de nutrients i el nivell d'oxigen en el sol poden produir taxes de respiració extremadament dispars. Estes taxes de respiració es poden medir en una varietat de métodos. Es poden usar atres métodos per a separar els components font, en este cas el tipo de via fotosintética (C3/C4), de les estructures de plantes respirades.
Les taxes de respiració del sol poden vore's afectades en gran mida per l'activitat humana, incloent l'agricultura i les seues activitats associades, com la deforestación i la fertilisació nitrogenada. El canvi climàtic, l'increment dels gasos d'efecte hivernàcul, l'aument de temperatures i els fenomens meteorològics extrems i el canvi en els patrons de precipitació afecten la taxa de respiració global del sol.
La respiració del sol participa dels processos de retroalimentación en el canvi climàtic global, lo que significa que les taxes de respiració del sol es veuen afectades pel canvi climàtic i responen en conseqüència, incrementant els efectes del canvi climàtic en curs.
Existixen molts métodos per a medir la respiració del sol, sent els més comuns la cambra tancada dinàmica i l'utilisació de relació d'isòtops estables.
Regulació de la respiració del sol
[editar | editar còdic]La regulació de la producció de CO2 en el sol es deu a varis factors abióticos o no vius. La temperatura, la humitat del sol i el nitrogen contribuïxen a la taxa de respiració en el sol.
Temperatura
[editar | editar còdic]
La temperatura afecta a casi tots els aspectes dels processos de respiració. La temperatura aumentarà la respiració exponencialment a un màxim, en el punt del qual la respiració disminuirà a zero quan s'interrompa l'activitat enzimàtica. La respiració de la raïl aumenta exponencialment en la temperatura en el seu ranc baix quan la taxa de respiració està llimitada principalment pel cicle del àcit tricarboxílico. A temperatures més altes, el transport de sucres i els productes del metabolisme es convertixen en el factor limitante. A temperatures superiors a Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist., la respiració de la raïl comença a tancar-se per complet.[1] Els microorganismes es dividixen en tres grups de temperatura; criófilos, mesófilos i termófilos. Els criófilos funcionen de manera òptima a temperatures inferiors a Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist., els mesófilos funcionen millor a temperatures entre 20 i Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist. i els termófilos funcionen de manera òptima a més de Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist.. En sols naturals existixen moltes cohortes diferents o grups de microorganismes. Estes cohortes funcionaran millor en diferents condicions, per lo que la respiració pot ocórrer en un ranc molt ampli.[2] Els auments de temperatura conduïxen a majors taxes de respiració del sol fins que els valors alts retarden la funció microbiana, est és el mateix patró que s'observa en els nivells d'humitat del sol.
La humitat del sol
[editar | editar còdic]La humitat del sol és un atre factor important que influïx en la respiració del sol. La respiració del sol és baixa en condicions seques i aumenta al màxim a nivells d'humitat intermijos fins que comença a disminuir quan el contingut d'humitat exclou l'oxigen. Açò permet que les condicions anaeròbiques prevalguen i deprimixquen l'activitat microbiana aeròbica. Estudis científics han demostrat que la humitat del sol solament llimita la respiració en les condicions més baixes i més altes, en un gran replanell a nivells intermijos d'humitat del sol per a la majoria dels ecosistemes.[3] Molts microorganismes posseïxen estratègies per al creiximent i la supervivència en condicions de baixa humitat del sol. En condicions d'alta humitat del sol, moltes bactèries absorbixen massa aigua i fan que la seua membrana celular es trenque. Açò pot disminuir la taxa de respiració del sol temporalment, pero la lisis de les bactèries causa un aument en els recursos de moltes atres bactèries. Este ràpit aument dels substrats lábiles disponibles provoca una millor respiració del sol a curt determini. La respiració de les raïls aumentarà en l'aument de la humitat del sol, especialment en ecosistemes secs; no obstant, la resposta de respiració de les raïls de les espècies individuals a la humitat del sol variarà àmpliament d'una espècie a una atra depenent de les traces de l'història de vida. Els nivells superiors d'humitat del sol deprimiran la respiració de les raïls en restringir l'accés a l'oxigen atmosfèric. En l'excepció de les plantes de chapulls, que han desenrollat mecanismes específics per a la aireación de les raïls, la majoria de les plantes no estan adaptades a ambients de sol de chapulls en poc oxigen.[4] L'efecte de amortiguación de la respiració de la humitat elevada del sol s'amplifica quan la respiració del sol també reduïx la reducció-oxidació del sol a través de la bioelectrogénesis.[5]
Nitrogen
[editar | editar còdic]El nitrogen afecta directament la respiració del sol de vàries maneres. El nitrogen deu ser absorbit per les raïls per a promoure el creiximent i la vida de les plantes. La majoria de nitrogen disponible és en forma de NO3-, que costa 0,4 unitats de CO2 per a entrar en la raïl perque l'energia deu ser utilisat per a moure-ho cap a dalt un gradient de concentració. Una volta dins de la raïl de NO3- deu ser reduït a NH3. Este pas requerix més energia, lo que equival a 2 unitats de CO2 per molècula reduïda. En plantes en simbiontes bacterians, que fixen el nitrogen atmosfèric, el cost energètic per a la planta d'adquirir una molècula de NH3 del N2 atmosfèric és 2.36 CO2.[6] És essencial que les plantes absorbixquen nitrogen del sol o confien en simbiontes per a fixar-ho de l'atmòsfera a fi d'assegurar el creiximent, la reproducció i la supervivència a llarc determini.
Una atra forma en que el nitrogen afecta la respiració del sol és a través de la descomposició dels residus vegetals. La fulleram alta en nitrogen es considera d'alta calitat i els microorganismes la descomponen més fàcilment que la fulleram de baixa calitat. La degradació de la celulosa, un compost estructural resistent de la planta, també és un procés llimitat per nitrogen i aumentarà en l'adició de nitrogen al fem.[7]
Métodos de medició
[editar | editar còdic]Existixen diferents métodos per a medir la taxa de respiració del sol i la determinació de les fonts. Els métodos més comuns inclouen l'us de sistemes de fluix de sol independents a llarc determini per a la medició en un lloc en diferents moments; inspeccionar els sistemes de respiració del sol per a medir diferents ubicacions i en diferents moments; i l'us de relacions d'isòtops estables.
Sistemes de fluix de sol independents a llarc determini per a la medició en un lloc a lo llarc del temps
[editar | editar còdic]Estos sistemes medixen el fluix del sol en una ubicació durant llarcs periodos de temps. Ya que solament medixen en una ubicació, és comuna usar múltiples estacions per a reduir l'error de medició causat per la variabilitat del sol en distàncies menudes. La variabilitat del sol pot ser provada en instruments de respiració del sol.
Els instruments a llarc determini estan dissenyats per a expondre el lloc de medició a les condicions ambientals tant com siga possible entre medicions.
Tipos d'instruments independents a llarc determini
[editar | editar còdic]Sistemes de modo tancat
[editar | editar còdic]Els sistemes de modo tancat, per definició, estan tancats sense ventilació. En realisar medicions, els sistemes tancats prenen una medició de CO2 de l'aire ambiente just en acabant de que la cambra de mostra de sol està sagellada. Açò es convertix en la referència de CO2. El sistema continua prenent medicions a intervals regulars durant els pròxims minuts fins que es registra una concentració final de CO2 en un temps de finalisació determinat. Els sistemes tancats tenen la ventaja de que són utilisats per més investigadors i proporcionen resultats a prova del vent. Com no hi ha ventilació, el vent no és un problema. Quan s'utilisa un sistema de modo tancat, és important que el disseny experimental incloga un temps de medició màxim per dos raons. Si el temps de medició és massa llarc, es pot acumular una pressió parcial positiva de CO2 inacceptable en la cambra, lo que llimita la cantitat de CO2 adicional que ingressa a la cambra, causant un problema en la medició. La segona raó és que si una cambra està tancada per molt temps, pot modificar les condicions ambientals i causar artefactes de medició. Trobar el ranc de temps de medició òptim és important. Les proves en el sol en qüestió poden confirmar la millor solució de temps i eliminar l'acumulació parcial de pressió de CO 2 de ser un problema important.
Es pot accedir tant a l'informació del ensaig individual com a l'informació de medició de la respiració en CO2 diürna. També és comú que dits sistemes medixquen també la temperatura del sol, la humitat del sol i la radiació fotosintéticamente activa. Estes variables normalment es registren en l'archiu de medició junt en els valors de CO2.
Per a la determinació de la respiració del sol i la pendent de l'aument de CO2, els investigadors han utilisat l'anàlisis de regressió llineal, l'algoritme de Pedersen (2001) i la regressió exponencial. Hi ha més referències publicades per a l'anàlisis de regressió llineal; no obstant, l'algoritme de Pedersen i els métodos d'anàlisis de regressió exponencial també tenen els seus seguidors. Alguns sistemes oferixen una varietat de métodos matemàtics.[8]
Quan s'utilisa la regressió llineal, es grafican múltiples punts de senyes i els punts es poden ajustar en una equació de regressió llineal, que proporcionarà una pendent. Esta pendent pot proporcionar la taxa de respiració del sol en l'equació ___MATH_0___, a on F és la taxa de respiració del sol, b és la pendent, V és el volum de la cambra i A és l'àrea superficial del sol cobert per la cambra.[9] És important que no es permeta que la medició s'eixecute durant un periodo de temps més llarc ya que l'aument en la concentració de CO2 en la cambra també aumentarà la concentració de CO2 en la capa superior porosa del perfil del sol. Este aument en la concentració causarà una subestimación de la taxa de respiració del sol per la CO2 adicional que s'almagasena dins del sol.[10]
Sistemes de modo obert
[editar | editar còdic]Els sistemes de modo obert estan dissenyats per a trobar taxes de fluix del sol quan s'alcança l'equilibri de la cambra de medició. L'aire fluïx a través de la cambra ans que la cambra es tanque i sagelle. Açò porga qualsevol nivell de CO2 no ambiental de la cambra abans de la medició. Despuix de tancar la cambra, es bombeja aire fresc a la cambra a un cabal controlat i programable. Açò es mescla en el CO2 del sol i, despuix d'un temps, s'alcança l'equilibri. L'investigador especifica el punt d'equilibri com la diferència en les medicions de CO2 entre llectures successives, en un temps transcorregut. Durant l'ensaig, la taxa de canvi es reduïx llentament fins que complix en els criteris de la taxa de canvi de l'investigador, o el temps màxim seleccionat per a l'ensaig. El fluix del sol o la taxa de canvi es determinen una volta que s'alcancen les condicions d'equilibri dins de la cambra. Els cabals i temps de la cambra són programables, medits en precisió i utilisats en els càlculs. Estos sistemes tenen respiraders dissenyats per a evitar una possible acumulació inacceptable de pressió parcial de CO2 freqüent en els sistemes de modo tancat. Ya que el moviment de l'aire dins de la cambra pot aumentar la pressió de la cambra, o els vents externs poden produir una pressió reduïda de la cambra, es proporciona un respirader dissenyat per a ser lo més resistent al vent possible.
Els sistemes oberts tampoc són tan sensibles a la variació de l'estructura del sol, ni als problemes de resistència de la capa llímit en la superfície del sol. El fluix d'aire en la cambra en la superfície del sol està dissenyat per a minimisar els fenomens de resistència de la capa llímit.
Sistemes de modo híbrit
[editar | editar còdic]També existix un sistema híbrit. Té un respirader dissenyat per a ser lo més resistent al vent possible i evitar possibles acumulacions parcials de pressió de CO2 inacceptables, pero està dissenyat per a funcionar com un sistema de disseny de modo tancat en atres aspectes.
Sistemes de mostreig de la respiració del sol
[editar | editar còdic]
Estos instruments s'utilisen per a provar la variabilitat de la respiració de CO2 en diferents ubicacions en moments diferents. Són instruments en modo obert o tancat que són portàtils o semi-portàtils. En este tipo d'instrument, els collarines (tubos) de sol que es poden conectar al instrument de medició topogràfic s'inserten en el sol i es permet que el sol s'estabilise durant un periodo de temps. L'inserció del collarín pertorba temporalment el sol, creant artefactes de medició. Per esta raó, és comuna tindre varis collarines de terra insertats en diferents llocs. Els collarines del sol s'inserten lo suficientment llunt com per a llimitar la difusió lateral de CO2. Despuix de l'estabilisació del sol, l'investigador es mou d'un collarín a un atre d'acort en el disseny experimental per a medir la respiració del sol.
Els sistemes de respiració d'alçament del sol també es poden usar per a determinar la cantitat d'instruments temporals independents a llarc determini que es requerixen per a conseguir un nivell acceptable d'error. Diferents ubicacions poden requerir diferents números d'unitats independents a llarc determini per la major o menor variabilitat de la respiració del sol.
Métodos isotòpics
[editar | editar còdic]Les plantes adquirixen CO2 i produïxen composts orgànics en l'us d'una de les tres vies fotosintéticas. Les dos vies més freqüents són els processos C3 i C4. Les plantes C3 s'adapten millor a les condicions fresques i humides, mentres que les plantes C4 funcionen be en ecosistemes càlits i secs. Per les diferents enzimes fotosintéticas entre les dos vies, s'adquirixen preferentment isòtops de carbono diferents. Els isòtops són el mateix element que diferix en la cantitat de neutrons, lo que fa que un isòtop siga més pesat que l'atre. Els dos isòtops de carbono estables són 12C i 13C. La ruta C3 discriminarà més contra l'isòtop més pesat que la ruta C4. Açò farà que les estructures de plantes produïdes a partir de plantes C4 estiguen més enriquides en l'isòtop més pesat i, per lo tant, els exsudats de raïl i el fem d'estes plantes també s'enriquiran més. Quan es respira el carbono en estes estructures, el CO2 mostrarà una relació similar dels dos isòtops. Els investigadors cultivaran una planta C4 en un sol que anteriorment estava ocupat per una planta C3 o viceversa. En realisar medicions de la respiració del sol i analisar les relacions isotòpiques de el CO2, es pot determinar si la respiració del sol és majorment vella front al carbono format recentment. Per eixemple, el dacsa, una planta C4, es va cultivar en un sol a on anteriorment es cultivava blat de primavera, una planta C3. Els resultats varen mostrar la respiració de C3 SOM en els primers 40 dies, en un aument llineal gradual en l'enriquiment d'isòtops pesats fins al dia 70. Els dies posteriors als 70 varen mostrar un enriquiment llent fins a un pico en el dia 100.[11] En analisar les senyes d'isòtops de carbono estables, és possible determinar els components font de el SOM respirat que va ser produït per diferents vies fotosintéticas.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Atkin O, Edwards I, Loveys B. (2000) Response of root respiration to changes in temperature and its relevance to global warming. New Phytologist. 147, 141-154.
- ↑ Mikan C, Schimel J, Doyle A. (2002) Temperature controls of microbial respiration in Arctic tundra soils above and below freezing. Soil Biology and Biochemistry. 34, 1785-1795.
- ↑ Xu L, Baldocchi D, Tang J. (2004) How soil moisture, rain pulses, and growth alter the response of ecosystem respiration and temperature. Global Biogeochemical Cycles. 18.
- ↑ Lambers H, Chapin III F, Pons T. (1998) Plant physiological ecology. Springer-Verlag, New York.
- ↑ Biology.1(2)
- 196–221.doi:10.3390/biology1020196.
- ↑ Pate J, Layzell D. (1990) Energetics and biological costs of nitrogen assimilation. The biochemistry of plants. 1-42.
- ↑ Sinsabaugh R, Carreiro M, Repert D. (2002) Allocation of extracellular enzymatic activity in relation to litter composition, N deposition, and mass loss. Biogeochemistry. 60, 1-24.
- ↑ Wayson C, Randolph J, Hanson P, Grimmond P, Schmid H. (2006) Comparison of soil respiration methods in a mid-latitude deciduous forest. Biogeochemistry. 80, 173-189.
- ↑ Field C, Ball J, Berry J. (1989) Photosynthesis, Principles and field techniques. Plant physiological ecology, field methods and instrumentation. Chapman and Hall, New York.
- ↑ Conen F, and Smith K. (2000) An explanation of linear increases in gas concentration under closed chambers used to measure gas exchange between soil and the atmosphere. European Journal of Soil Science. 51, 111-117.
- ↑ Rochette P, Flanagan L, Gregorich E. (1999) Separating soil respiration into plant and soil components using analysis of natural abundance of carbon-13. Soil Science Society of America Journal. 63, 1207-1213.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Respiración del suelo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.