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Presentation Transcript


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Mg C ha-1 yr -1

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Mean Annual Precipitation (mm)

Climate controls over NPP

  • At a global scale, NPP is strongly correlated with ppt and T

  • Water increases plant growth in drier ecosystems. Also increases decomposition and nutrient cycling.

  • In very wet ecosystems, ppt can limit NPP by decreasing light or nutrient availability


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Climate controls over NPP

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Mg C ha-1 yr -1

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Mean Annual Temperature (ºC)

  • Temperature is related to growing season length

  • Temperature stimulates decomposition and nutrient cycling.


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Mg C ha-1 yr -1

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Mean Annual Precipitation (mm)

Mg C ha-1 yr -1

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Mean Annual Temperature (ºC)

Climate controls over NPP

In ecosystems where correlations suggest a strong climatic limitation of NPP, experiments and observations indicate that this is mediated primarily by climatic effects on belowground resources.


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Resource control

  • Proximate control over NPP is availability of resouces

    • Light, CO2,H2O, nutrients (N,P,K,Mg,Ca,…)

  • Many ecosystems increase NPP when N or P fertilizer is added.

  • Some ecosystems increase NPP when CO2 or H2O is added.

  • Where T has been manipulated, NPP doesn’t respond directly.


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Vitousek and Farrington 1997


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Variation in NPP


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Global Potential Net Primary Productivity

Mg C ha -1 yr-1


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Biome Differences in NPP (Terrestrial)

  • Length of the growing season is the major factor that explains biome differences in NPP

  • Differences in leaf area account for most of the variation in biome NPP within a growing season

  • Leaf area, in turn, is determined by soil resources, climate, and time since disturbance

  • Disturbance substantially modifies the relationship between NPP and climate


2000

NEP is the balance between two large fluxes:

GPP and ecosystem respiration


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Ecosystem Carbon Balance

Recosys= Resp. of plants, animals, and soil microbes

Net Ecosystem Production (NEP) =

GPP - Recosys

Net Ecosystem Exchange (NEE) is fairly similar, but…

Remember to check the sign convention!

Sensu Chapin et al. 2006


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Flux to ecosystem

Ecosystem accumulating C-sink

Ecosystem loosing C-source

Flux to atmosphere

Is + NEE accumulation of C in the ecosystem, or in the atmosphere?

Valentini et al. 1998


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Ecosystem Carbon Balance

Net Ecosystem Carbon Balance (NECB) =

Net rate of C accumulation or loss

dC/dt

Sensu Chapin et al. 2006


2000

Ecosystem Carbon Balance

Net Ecosystem Carbon Balance (NECB) =

GPP - Recosys  other C transfers

Recosys= Resp. of plants, animals, and soil microbes

  • NECB = NPP  Flateral

    • Rheterotrophic

    • -Fdisturb

    • -Fleach

    • -Femiss


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Ecosystem Carbon Balance

Steady state = NEP near zero

Inputs = outputs

Ecosystem

+

0

-

NEP

(a very long) time

Atmosphere


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Ecosystem Carbon Balance

  • Positive NECB; GPP > Recosys + other C losses;

    • ecosystem is removing C from the atmosphere = C sink

  • Negative NECB; GPP < Recosys + other C losses;

    • ecosystem is releasing C to the atmosphere = C source

  • Factors that affect GPP and C losses differentially will change NECB

  • Increased CO2 and N deposition have greater direct effect on GPP. Reduction in soil moisture in a wetland may have a greater effect on Rheterotroph and fire


2000

GPP is invariant across latitudes

As a result, NEE decreases with latitude

While Re decreases as latitude (T proxy) increases

Valentini et al. 1998


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Lecture ended here


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Eddy Covariance (NEE)


2000

Eddy Covariance Network


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Net Ecosystem Exchange

Tower network observations show that most ecosystems that have been measured are net sinks for CO2

1. Ecosystems may be typically net sinks of C in between disturbance (no steady state)

2. Recent environmental changes such as increased atm. CO2 or N deposition may be stimulating GPP more than Recosystem

3. C loss through leaching and other transfers may be an important component of regional C balance

4. Mid-successional ecosystems with high NPP may be over represented in the network


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Ecosystem Carbon Balance

+

0

-

NEP

time

Ecosystem

Atmosphere

Net Biome Production (NBP) = NECB, integrated over large spatial scales to include removal of C by fire and harvest

Sensu Schultze et al. 1997


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