La quantité totale d’énergie acquise par les producteurs primaires dans un écosystème est appelée production primaire brute (PPB). Cependant, de cette énergie, les producteurs en utilisent une partie pour les processus métaboliques, et une partie est perdue sous forme de chaleur, ce qui diminue la quantité d’énergie disponible au niveau trophique suivant. La quantité d’énergie utilisable restante est appelée la productivité primaire nette (PPN). Dans les écosystèmes terrestres, la PPN est motivée par le climat, tandis que la pénétration de la lumière et la disponibilité des nutriments motivent la PPN dans les écosystèmes aquatiques.
L’énergie peut être acquise par les organismes de trois façons : la photosynthèse, la chimiosynthèse et par la consommation d’autres organismes. Les autotrophes, ou les producteurs, synthétisent leurs aliments. Les chimioautotrophes se trouvent dans les écosystèmes où la lumière du soleil n’est pas disponible et utilisent des produits chimiques comme source d’énergie — comme le sulfure d’hydrogène, H2S, des cheminées hydrothermales au fond des océans — tandis que les photoautotrophes transforment l’énergie de la lumière du soleil en énergie utilisable pour le reste des organismes d’un écosystème. Le rythme à laquelle ces producteurs obtiennent et transforment cette énergie est connu sous le nom de production primaire brute (PPB) de l’écosystème, qui est également une mesure de la quantité totale d’énergie accumulée par les producteurs primaires dans un écosystème.
Toutefois, la totalité de l’énergie obtenue par les producteurs n’est pas disponible pour les autres organismes de l’écosystème. Pendant la chimiosynthèse et la photosynthèse, l’énergie est utilisée par les producteurs primaires pour alimenter leur respiration cellulaire, et une partie est perdue en tant que chaleur comme un sous-produit des processus métaboliques. L’énergie qui reste après la respiration et le métabolisme par les producteurs primaires est connue sous le nom de production primaire nette (PPN), qui est ensuite disponible pour les consommateurs primaires au niveau trophique suivant.
Les écosystèmes dont la PPN est la plus élevée sont les forêts tropicales humides et les estuaires influencés par des températures chaudes, une humidité élevée et un afflux de nutriments. Les écosystèmes à faible productivité comprennent les déserts et l’Arctique, qui sont secs et soit trop chauds soit trop froids pour que les plantes poussent à des rythmes élevés.
Dans les écosystèmes aquatiques, les quantités de lumière et de nutriments contrôlent la production primaire. La profondeur de pénétration de la lumière entraîne une productivité primaire élevée à la fois dans les eaux côtières peu profondes et à la surface des océans profonds et des lacs. Le phytoplancton, qui produit près de 40 % de l’oxygène de la terre, se développe à la surface d’étendues profondes d’eau de mer et d’eau douce, tandis que dans les eaux peu profondes, des récifs coralliens et des plantes aquatiques très diversifiés prospèrent.
Les zones d’afflux de nutriments ont des niveaux exceptionnellement élevés de production primaire. Par exemple, les estuaires où l’eau douce riche en azote se mélange à l’eau salée, ou les remontées océaniques où la matière organique du fond de l’océan circule vers la surface. L’afflux de macronutriments, comme le phosphore et l’azote, augmente la production primaire, parce qu’ils sont par ailleurs des facteurs limitants dans la croissance des organismes photosynthétiques. Un afflux excessif de ces nutriments provenant du ruissellement agricole peut provoquer une croissance exponentielle des populations d’algues et de phytoplancton, appauvrissant l’eau en oxygène et impactant négativement la flore et la faune aquatiques, un processus connu sous le nom d’eutrophisation.
