Jakie rośliny produkują najwięcej tlenu w naturalnym środowisku?

Najwięcej tlenu w naturalnym środowisku produkuje fitoplankton w oceanach, który odpowiada za co najmniej połowę, a według wielu opracowań nawet 50–80% tlenu w atmosferze. Na lądzie kluczowe są lasy z dojrzałymi drzewami, ale ich wkład netto bywa przeszacowany, bo część tlenu jest natychmiast zużywana przez oddychanie i rozkład materii organicznej [1][2][3][4][5][6][7].

W skali globalnej dominują oceany, ponieważ mikroskopijne organizmy fotosyntetyzujące są tam bardzo liczne i szybko się namnażają. Ważne jest też rozróżnienie między produkcją tlenu a netto produkcji tlenu, czyli bilansem po odjęciu zużycia tlenu na oddychanie i rozkład [1][2][3][4][5][7].

Największymi naturalnymi „producentami” tlenu są organizmy morskie: fitoplankton obejmujący mikroskopijne glony i sinice unoszące się w toni wodnej oraz rośliny morskie, w tym trawy morskie, wodorosty i niektóre algi [2][3][4].

W ekosystemach lądowych kluczowe znaczenie mają lasy i drzewa, szczególnie dojrzałe, zdrowe drzewostany o dużej powierzchni liści, które intensywnie fotosyntetyzują [5][6].

W praktyce oceany odgrywają największą rolę w skali globalnej, bo fitoplankton działa masowo i rozmnaża się błyskawicznie, a jego łączna fotosynteza przewyższa sumaryczny wkład ekosystemów lądowych [1][2][4].

Fotosynteza zachodzi dzięki chlorofilowi i energii światła. Organizmy fotosyntetyzujące wykorzystują dwutlenek węgla i wodę, tworząc związki organiczne oraz uwalniając tlen jako produkt uboczny [6][3].

Istnieje ścisła zależność między tempem wiązania węgla a produkcją tlenu: tam, gdzie ekosystem akumuluje więcej węgla w biomasie, z reguły pojawia się też większa produkcja tlenowa [5][7].

Dla zrozumienia realnego wpływu na atmosferę konieczne jest rozróżnienie „produkcji” od „netto produkcji”: część wytworzonego tlenu zostaje od razu zużyta w oddychaniu organizmów i rozkładzie materii, więc nie przekłada się na trwały wzrost stężenia tlenu [5][7].

Oceany dominują, ponieważ fitoplankton jest niezwykle liczny, szybko się namnaża i zasiedla rozległe, dobrze oświetlone warstwy wód, co przekłada się na kolosalną skalę fotosyntezy [1][2][4].

Sezonowe zakwity fitoplanktonu potrafią odpowiadać za ponad połowę globalnej fotosyntezy i wtórnej produkcji tlenu atmosferycznego, co podkreśla ich wagę w rocznym bilansie tlenowym [1].

Istotną rolę w strefach przybrzeżnych odgrywają również trawy morskie i wodorosty. Łąki trawy morskiej określa się „płucami mórz”, a 1 m² takiej łąki może wytwarzać około 10 litrów tlenu dziennie, poprawiając natlenienie wody i wspierając produkcję biomasy w skali lokalnej [1][3].

Szacunki przypisują fitoplanktonowi co najmniej 50% globalnej produkcji tlenu atmosferycznego, a część opracowań wskazuje zakres 50–80% w skali planety [3][4]. To potwierdza centralną rolę oceanów w globalnym obiegu tlenu [2][3][4].

W wymiarze lokalnym trawy morskie i wodorosty znacząco natleniają wodę i zwiększają produkcję biomasy. Udokumentowana wydajność rzędu około 10 litrów tlenu dziennie na 1 m² łąki trawy morskiej ilustruje ich wysoką aktywność fotosyntetyczną w strefach przybrzeżnych [1][3].

W skali sezonowej odnotowywane zakwity fitoplanktonu mogą odpowiadać za ponad połowę rocznej fotosyntezy, a więc i wytworzonego tlenu, co dodatkowo wzmacnia udział oceanów w globalnym bilansie [1].

Na lądzie najwięcej tlenu produkują lasy, zwłaszcza dojrzałe drzewostany z dużą powierzchnią liści. Jednocześnie ich wkład netto w atmosferyczny tlen bywa przeceniany, ponieważ znaczącą część wytworzonego tlenu konsumują oddychanie roślin i rozkład biomasy [5][6][7].

Badania wskazują, że „produkcja tlenu” w lasach jest w przybliżeniu równa różnicy między tlenem wytwarzanym w fotosyntezie a zużywanym w oddychaniu, a więc realny bilans rośnie głównie wtedy, gdy ekosystem netto przyrasta i magazynuje węgiel [7]. Ta zależność między tlenem a sekwestracją węgla jest ścisła [5][7].

Szacunki dla terenów zurbanizowanych pokazują skalę procesu: miejskie lasy w sąsiadujących stanach USA wytwarzają około 61 mln ton metrycznych tlenu rocznie, co odpowiada rocznemu zużyciu tlenu przez około dwie trzecie populacji USA [5][7].

W literaturze pojawiają się także wartości jednostkowe i powierzchniowe, przy czym są one mocno zależne od typu ekosystemu i metody obliczeń. Wskazuje się, że hektar lasu może emitować około 5,9–6,7 tys. kg tlenu rocznie, a w materiałach popularyzatorskich podawano, iż dojrzały dąb może wytworzyć do 4,5 tys. kg tlenu rocznie. Dane te są obarczone dużą zmiennością i wynikają z przyjętych modeli oraz lokalnych warunków [8][9].

Produkcja tlenu to ilość tlenu powstałego w fotosyntezie. Netto produkcji tlenu to produkcja pomniejszona o tlen zużyty na oddychanie, rozkład i pożary, a więc wartość bliższa temu, co może realnie zasilić atmosferę [5][7].

W praktyce oznacza to, że duże strumienie tlenowe nie zawsze przekładają się na trwały wzrost stężenia tlenu. Wkład netto rośnie tam, gdzie jednocześnie rośnie magazynowanie węgla w biomasie i glebach, a rozkład oraz spalanie nie znoszą efektów fotosyntezy [5][7].

Największy globalny wkład w wytwarzanie tlenu mają oceany, ponieważ dominująca część fotosyntezy zachodzi dzięki fitoplanktonowi. Jego szybki cykl życia oraz masowa obecność w powierzchniowych, oświetlonych warstwach wody decydują o przewadze nad lądem [1][2][3][4].

Na lądzie znaczące są lasy, zwłaszcza zdrowe i gęste drzewostany, ale ich udział w skali całej planety jest mniejszy niż udział fitoplanktonu, a realny bilans zależy od tego, czy ekosystem netto akumuluje węgiel i przyrasta, czy też przeważają w nim procesy rozkładu [2][6][3][5][7][4].

W strefach przybrzeżnych ważną rolę pełnią trawy morskie i wodorosty, skutecznie natleniając wodę i wspierając lokalną produkcję biomasy, choć ich wpływ globalny jest mniejszy niż fitoplanktonu rozproszonego po oceanach [1][3].

Określenie „płuca świata” upraszcza procesy. Choć lasy i oceany intensywnie produkują tlen, duża część jest zużywana na oddychanie i rozkład, dlatego sam wysoki strumień produkcji nie zawsze oznacza wzrost zawartości tlenu w atmosferze. Właściwą miarą jest netto produkcji tlenu, ściśle sprzężona z akumulacją węgla w ekosystemach [5][6][7].

Skuteczna ochrona powinna wzmacniać te procesy, które jednocześnie zwiększają produkcję tlenu i długoterminowe magazynowanie węgla. Obejmuje to utrzymanie zdrowych, dobrze rosnących drzewostanów oraz ochronę morskich ekosystemów fotosyntetyzujących, przy świadomości, że globalnie przewagę w wytwarzaniu tlenu mają oceany i fitoplankton [1][2][3][7][4][6].