Isotopic tracers for net primary productivity for a terrestrial esocystem: A case study of the Volta River basin

Abstract

The coupling effect of vapour release and CO2 uptake during photosynthesis plays an important role in the carbon and hydrologic cycles. The water use efficiency (WUE) for transpiration was used in calculating the net primary productivity (NPP) for terrestrial ecosystem. Three parameters were used in calculating the water and carbon balance of the River Volta watershed. These are 1) stable isotopes of hydrogen and oxygen, 2) long-term data on precipitation and evapotranspiration, and 3) stoichiometric relations of water and carbon. Results indicate that soils in the watershed annually respire 0.199 Pg C, and that the NPP is +0.029 Pg C yr-1. This implies an annual change in CO2 to the atmosphere within the watershed. Annually, River Volta watershed receives about 380 km3 of rainfall; approximately 50 per cent of which is returned to the atmosphere through plant transpiration. Associated with annual transpiration flux is a carbon flux of 0.170 × 1015 g C yr-1 or 428 g C m-2 yr-1 from the terrestrial ecosystem. Modeled estimates of heterotrophic soil respiration exceeds slightly the estimated NPP values, implying that carbon flux to and from the Volta river watershed is close to being in balance. In other words, the watershed releases annually more carbon dioxide to the atmosphere than it takes. Apart from the terrestrial carbon flux, the balance of photosynthesis and respiration in the Volta lake was also examined. The lake was found to release carbon dioxide to the atmosphere although the magnitude of the flux is smaller than that of the terrestrial ecosystem.

Résumé
L'effet de couplage du dégagement de vapeur et d'absorption de CO2 pendant la photosynthèse, joue un rôle important dans les cycles du carbone et du hydrologie. D'après ce couplage, Efficacité d'Utilisation d'Eau (EUE) pour la transpiration était la méthode employée pour le calcul de la productivité de base nette (PBN) pour l'écosystème terrestre. Dans cette méthode, trois paramètres étaient employés pour de calcul de l'équilibre d'eau et du carbone de la ligne de partage des eaux de Fleuve Volta. Ce sont : 1) les isotopes stables de l'hydrogène et l'oxygène. 2) les données sur une longue période de précipitation et d'évap-otranspiration et 3) les rapports stæchiométriques d'eau et du carbone. Les résultats indiquent que les sols dans la ligne de partage des eaux respirent annuellement 0.199 Pg C, et que la productivité de base nette (PBN) est + 0.029 Pg C yr-1. Ceci imploque un changement annuel en CO2 à l'atmosphère dans les limites de la ligne de partage des eaux. Annuellement, la ligne de partage des eaux de Fluve Volta reçoit à peu près 380 km3 de pluviosité; approximativement 50 % duquel est renvoyé à l'atmosphère par la transpiration végétale. Associé avec le flux de transpiration est le flux du carbone de 0.170 x 1015 g C yr-1 ou 428g Cm-2 yr-1 de l'écosystème terrestre. Les estimations modèles de respiration hétérotrophe du sol dépassent un peu nos valeurs d'estimation de PBN, impliquant que le flux du carbone à destination ou en provenance de la ligne de partage des eaux de Fleuve Volta est près d'être équilibre. Autrement dit, la ligne de partage des eaux dégage annuellement plus de dioxyde de carbone à l'atmosphère qu'elle reçoit. En dehors de flux du carbone terrestre, l'équilibre de photosynthèse et de respiration dans le Lac de Volta était également étudié. On a constaté que le lac dégage dioxyde de carbone à l'atmosphère bien que l'ampleur du flux soit plus petit que celui de l'écosystème terrestre.


Ghana Journal of Science Vol. 46 2006: pp. 77-89