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生態系には、動物、植物、微生物、およびそれらの周りの水、空気、土壌などの非生物生息地が含まれます。各生物は、特定の形式のエネルギー生産を必要とします。すべての動物は、生き続けるために呼吸、酸素と二酸化炭素の交換が必要です。植物は呼吸と酸素も必要としますが、環境から炭素を固定または除去し、葉緑体と呼ばれる特殊なオルガネラを使用して収穫する太陽エネルギーを燃料とする動物が使用する生命を与える酸素を生成します。純生態系交換は、除去された量と比較して環境に投入された炭素の量を示す公式によって計算されます。ネット生態系交換は、「ネット生態系生産」とも呼ばれます。
炭素循環
現在の地球の生命を維持するためには、大気中の炭素と生物に固定された炭素のバランスをとる必要があります。そうでない場合、気候変動が発生します。動物と人間は、単に呼吸するだけで、より多くの炭素を生態系に追加します。大気中の炭素は、死んだ動物や植物の物質が組織に貯蔵された炭素を放出する際の腐敗や、樹木、植物、石油や石炭などの化石燃料の燃焼によっても生成されます。これらの影響に対抗するために、生きている植物は環境から二酸化炭素を除去し、それを酸素と食物エネルギーに変換するため、「炭素吸収源」と呼ばれます。
主な要因と用語
正味の生態系交換を決定するには、いくつかの要因が必要です。 1つ目は純一次生産です。これは、植物によって生態系から除去される有機炭素の正味量です。植物は独立栄養生物です。つまり、光合成と呼ばれる過程で、無機物質と日光から栄養分とエネルギーを形成することができます。光合成中に固定された（生態系から除去された）炭素の総量は、総一次生産と呼ばれます。しかし、植物は呼吸中に炭素を放出します。したがって、純一次生産は、総一次生産中に固定された炭素の量から、呼吸中に植物によって放出された炭素の量を引くことによって計算されます。
Net Ecosystem Exchangeの決定
植物は独立栄養生物ですが、人間と動物は従属栄養生物です。つまり、環境からの有機栄養素である食物が必要であり、消化された食物からエネルギーを生成するために酸素を使用する必要があります。従属栄養呼吸は、生態系に投入される大量の炭素を生成します。したがって、正味の一次生産から従属栄養呼吸によって生成される炭素の量を差し引くことにより、正味の生態系交換が決定されます。
生態系の特性
炭素収支は、生態系が持続可能で健全であることを保証する基本的な特性です。純生態系交換は、炭素循環のバランスを測定するのに役立ちます。生態系に投入される炭素の量から、植物が固定または除去する炭素の量を引いて計算されるため、最良の結果は負の値になります。たとえば、1992年から2000年までのデータは、米国東部の森林には-84から-740の範囲の純生態系交換があることを示しました。これは、放出されているよりも多くの炭素が除去されていることを示しています。炭素が効率的に除去されないと、生態系の空気の質、そして生命が損なわれます。生態系の炭素収支について考慮すべき他の要因は、工場や自動車からの汚染であり、海洋も大気から炭素を除去します。