روش های اندازه گیری و برآورد تولید :
بهترین روش سنجش تولید هر اکوسیستم ، سنجش جریان انرژی در آن است.
ولی چون خیلی مشکل است بیشتر اندازه گیری ها بطور غیر مستقیم انجام می شوند. به لحاظ این که عمل تولید ،یک فرآیند بیوشیمیایی است که واکنش های مختلف شیمیایی در آن صورت می گیرد تا عملاً تولیدات حاصل شود. به طبع در انجام یک واکنش ، نسبت های مشخصی از مواد باید با هم ترکیب شوند تا نسبت های معینی سنتز شوند.
به لحاظ ثابت بودن این نسبتها می توان ماده مصرف شده در یک طرف واکنش را حساب کرده ؛ میزان تولید را در طرف دیگر واکنش حساب کرد. در برآورد تولید روشهای متفاوتی وجود دارد که یکی از آنها برآورد مقدار محصول است.
این روش در اکوسیستم های زراعی بیشتر قابل استفاده است بدلیل اینکه در اینگونه اکوسیستم ها ، تغذیه هتروتروف ها به حداقل می رسد و در قالب کنترل شده ای تولیدات حفاظت می شود.
1) روش برداشت : با وجود محدودیت های موجود در روش برداشت ، همه جا برای محاسبه ی NAR و RGR از این روش استفاده می شود که کل تولید اعم از اندام های هوایی و زیرزمینی برداشت می شود و مقدار برداشت به واحد انرژی تبدیل می شود که آنرا می توانیم بعنوان میزان تولید خالص تلقی کنیم.
اگر در این نوع اکوسیستم ها ، هتروتروفهایی مثل جانوران و یا حشرات وجود داشته باشند می توانیم مقدار آن را به مقدار تولید محاسبه شده اضافه کنیم که این رقم عملاً تولید خالص را نشان می دهد.
در اکوسیستم هایی که مقداری از تولیدات توسط مصرف کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد ، در این روش می توان نسبت تولید را در سطح مصرف کننده مشخص کرده ارزش کالری آن را به رقمی که تحت عنوان تولید مفید یا باقیمانده تولید اولیه ذکر کرده ایم اضافه کنیم تا در مجموع تولید اولیه خالص بدست آید. این روش موقعی استفاده می شود که هتروتروف ها اهمیتی ندارند و حالت تعادل هرگز فرا نمی رسد. این روش تولید اولیه خالص را می سنجد.
2) تعیین مقدار O2 : اکسیین یکی از عناصر اصلی است که در پدیده تنفس و فتوسنتز نقش دارد. در این روش می توان با تعیین مقدار O2 وارد شده به محیط ، عملاً تولید را برآورد کرد. تولید O2 برخی از اکوسیستم های آبی را می توان با روش منحنی روزانه تغییرات O2 اندازه گیری کرد .
این روش بیشتر در اکوسیستم های آبی قابل اجراست ، به طبع در عمل تولید ، مقادیری O2 آزاد می شود و به موازات آن در تنفس مصرف می شود. در این روش مشکلی که وجود دارد تبادل اکسیژن با هوا است که ممکن است نتایج را خدشه دار کند. در مجموع برای انجام این روش می توان از بطری تاریک و روشن استفاده کرد یعنی دو بطری همشکل از جنس نایلون یا شیشه را انتخاب کرد و یکی از آنها را با استفاده از رنگ یا پوشش دیگر بصورت تاریک درآوریم .
درون بطری ها از آب منطقه مورد مطالع می ریزیم و آنها را در عمق مورد نظر مجدداً قرار می دهیم . به طبع لازم است که مقدار O2 نمونه قبل از قرار دادن آنها در عمق مشخص تعیین شود. پس از یک روز بطری ها را خارج کرده مقدار O2 هر یک را اندازه گیری می کنیم .
مثلاٌ اگر در آغاز آزمایش مقدار O2 نمونه 4 گرم باشد و در پایان مقدار O2 بطری روش 7 گرم و تاریک 2 گرم باشد ، در نتیجه تولید اولیه خالص برابر است با gr 3 = 4-7 . مقدار انرژی که صرف تنفس شده است gr 2 = 2-4 و میزان تولید اولیه ناخالص gr 5 = 3+2 می باشد. مقدار O2 را می توان با روشهای مختلف تعیین کرد :
یکی استفاده از ترکیبات مانند پتاس است و دیگری ترکیباتی مثل اسید سولفوریک و سولفات منیزیم که محلول ید دار را می توان اضافه کرد و بر حسب ید اضافه شده می توان مقدار O2 را تعیین کرد.
3) تعیین Co2 : از اتاقک تاریک و روشن در این روش استفاده می کنیم. Co2 نیز مانند O2 در پدیده تنفس و فتوسنتز نقش تعیین کننده ای دارد.
می توان بعنوان یکی از پارامترهای تولید مورد بررسی قرار داد. اساس این روش بدین صورت است که سطح معینی از اکوسیستم را محصور کرده و در آن تغییرات Co2 را اندازه گیری می کنیم. معمولاً این سطح توسط دیواره شیشه ای و یا نایلونی از محیط اطراف جدا می شود.
مشکلی که وجود دارد این است که به دلیل خاصیت گلخانه ای حرارت منطقه محصور شده بیشتر از حرارت محیط اطراف می شود که لازم است با بکارگیری مستقیم سرد کننده درجه حرارت گیاه با محیط طبیعی همگن شود.
لازم است سیستم مانند هواکش تعبیه شود. میزان تغییرات Co2 عملاً برآوردی از تولید را نتیجه می دهد که این تولید عملاً تولید اولیه خالص است که در طول مدت شبانه روز ثبت می شود. در بعضی از اکوسیستمهایی که پوشش دارای طبقات مختلف است ، می توان الکترود ها را در ارتفاعات مختلف مستقر کرد و در نتیجه تولید را برآورد کرد. روش سنجش Co2 در خاک عملی تر از روش سنجش O2 است.
افزایش Co2 محیط بدلیل اثر گلخانه ای موجبات افزایش سرتاسری گرمای کره زمین را باعث می شود.
4) اندازه گیری PH : زمانی که در اثر فرآیند فتوسنتز و تنفس تغییر در مقدار Co2 بوجود می آید ، در اکوسیستم های آبی این تغییر موجب تغییر در PH آب هم می شود. بنابراین عمل تولید و تنفس را می توان با بررسی تغییرات PH تخمین زد.
وقتی Co2 به محیط اضافه می شود PH کاهش می یابد و برعکس. معمولاً در سطوح آژمایشی و آزمایشگاهی استفاده می شود. روش دیگر اندازه گیری PH ، استفاده از منحنی استاندارد است به لحاظ این که آب دارای املاح مختلف است. این املاح می توانند مانند یک تامپون کرده که گرایش به ثبات PH دارد. برای رفع این اشکال مقادیر مختلف و معین Co2 را به آب اضافه کرده ، تغییرات PH را در آن منطقه مشخص می کنند.
حال اگر یکبار اندازه گیری کرده ، PH مورد نظر مثلاً A باشد بنابراین دقیقاً می توان مقدار Co2 وارد و خارج شده از اکوسیستم را تعیین کرد. البته این منحنی فقط برای منطقه مورد مطالعه کاربرد دارد و در سایر مناطق باید منحنی خاص خودش را استفاده کرد. روش تعیین PH برای اکوسیستم های خرد آزمایشگاهی مفید است که تولید ناخالص تعیین می شود.
5) اندازه گیری مواد خام : با استفاده از این روش هم می توان تولید را برآورد کرد که لازمه آن تعیین مقدار مواد کانی است که از محیط جذب شده است. بعضی از این مواد وارد چرخه زیستی می شود و معمولاً در فصول مشخصی که عمل تولید صورت می گیرد اینها کاهش پیدا می کنند و بعضی از این مواد بصورت فصلی وارد نشده بلکه در طول سال به صورت فعال هستند.
همچنین در اندازه گیری ماود خام این مشکل بوجود می آید که در ضمن فعال بودن چرخه تولید ، مقدار زیادی طی فرآیند تجزیه به محیط برگزدانده می شوند که احتمال دارد نتایج را قدری اقرارآمیز کند. با روش ناپدید شدن مواد خام می توان میزان تولید خالص تمامی جامعه را سنجید مثل روش فرآیند معکوس.
6) اندازه گیری از طریق مواد رادیواکتیو : بیشتر در مورد تولید گیاهان آبزی بکار می رود. که در حال حاضر یکی از متداولترین و پیشرفته ترین روشهایی است که در علوم زیستی می توان استفاده کرد با استفاده از این عناصر رادیواکتیو علاوه بر این که نسبتهای مصرفی ، حیات موجود زنده را مختل نمی کنند قابل ردیابی هم هستند.
حتی می توان آنها را در سطوح بعدی تغذیه نیز تعقیب کرد مثلاً یکی از اینها ( C14 ) است. فسفر 32 چون سریع رسوب می کند برای اندازه گیری کوتاه مدت مقدار تولید مناسب نیست که بعنوان یک عنصر رادیواکتیو می توانیم به محیط اضافه کنیم که این وارد چرخه تولید شده و در نهایت با استفاده از روش بطری تاریک و روشن می توان مقدار کربن وارد شده به تولید کننده ها را اندازه گیری کرد که مقدار عملاً تولید خالص را به ما نشان می دهد.
روش کربن رادیواکتیو بر خلاف اکسیژن ، تولید خالص را می سنجد نه ناخالص را مثل روش برداشت و تعیین Co2 .
) اندازه گیری کلروفیل : چون غلظت کلروفیل گیاهان سایه پسند بیشتر است لذا کارائی اکوسیستم هایی که در سایه قرار دارند زیاد ولی عملکرد فتوسنتز و نسبت جذب آنها کم است.
کلروفیل بعنوان ماده مهمی که در تولید نقش دارد می تواند جهت تعیین تولید مورد استفاده قرار گیرد. هرچه میزان نسبت کلروفیل به سایر کاروتنوئید ها بیشتر باشد ، عملاً میزان تولید هم بیشتر می شود.
روشهایی جدید : نصب الکترودها در اعماق مورد مطالعه که میزان تغییرات O2 را در طول شبانه روز حساب کنیم وقتی میزان تغییرات O2 بررسی می شود . به طبع هرچه اکوسیستم های آبی بسمت اعماق پیش می رویم از میزان فتوسنتز کاسته می شود و طبیعتاً میزان O2 نیز کاهش پیدا می کند.
این کم شدن O2 تا مرحله ای ادامه پیدا می کند که عملاً در آن مرحله فتوسنتز و تنفس برابر می شوند که این نقطه را نقطه تعادلی می گوییم که از این نقطه پایین تر ، تنفس بیشتر از فتوسنتز می شود.
از این روش در لایه های عمیق اکوسیستم که عملاً تجزیه کننده ها فعال هستند می توان استفاده کرد که در این حالت مقدار O2 کاهش یافته می تواند بیانگر تحولات زیستی در آن لایه باشد.
9) روش فرآیند معکوس ( Hypolimnetic method ) : در دریاچه های ژرف معتدله ، تولید اکوسیستم را با فرآیند معکوس یعنی سنجش نسبت ناپدید شدن O2 در آبهای عمقی اندازه می گیرند زیرا که در آبهاب مزبور نه O2 تولید می کنند و نه در بخش عمده ای از سال با آبهای بالاتر مخلوط می شوند.
به این شکل هرچه تولید آبهای روشن سطحی ( رو آب ) بیشتر باشد ، مقدار بیشتری یاخته مرده ، مدفوع و سایر مواد آلی به کف آب سرازیر می شوند. پس نسبت تهی شدن محیط از O2 با میزان تولید متناسب است .
چون تجزیه گیاهان و جانوران با صرف O2 همراه است . استفاده از روش ژرفایی ( فرآیند معکوس ) تولید خالص کل جامعه ( اولیه و ثانویه ) رو آب را اندازه می گیرد.