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Presentation Transcript
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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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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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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
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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

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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
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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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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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