Первичная продукция

Общее количество энергии, приобретаемой первичными производителями в экосистеме, называется валовое первичное производство (ВПП). Однако часть этой энергии производители используют для метаболических процессов, а часть теряется в виде тепла, уменьшая количество доступной энергии до следующего трофического уровня. Оставшееся полезное количество энергии называется чистой первичной производительностью (ЧПП). В наземных экосистемах ЧПП определяется климатом, в то время как проникновение света и доступность питательных веществ определяют ЧПП в водных экосистемах.

Валовое первичное производство

Организмы могут получать энергию тремя способами: фотосинтезом, хемосинтезом и потреблением других организмов. Автотрофы, или производители, синтезируют свою пищу. Хемоавтотрофы встречаются в экосистемах, где солнечный свет недоступен, и используют химические вещества в качестве источника энергии, такие как сероводород, H ₂ S, из глубоководных гидротермальных источников & mdash; в то время как фотоавтотрофы преобразуют энергию солнечного света в полезную энергию для остальных организмов в экосистеме. Скорость, с которой эти производители получают и преобразовывают эту энергию, известна как валовое первичное производство (ВПП) экосистемы, которое также является мерой общего количества энергии, накопленной первичными производителями в экосистеме.

Чистое первичное производство

Однако не вся энергия, полученная производителями, доступна для использования другими организмами в экосистеме. Во время как хемосинтеза, так и фотосинтеза энергия используется первичными продуцентами для подпитки их клеточного дыхания, а некоторая часть теряется в виде тепла в качестве побочного продукта метаболических процессов. Энергия, остающаяся после дыхания и метаболизма первичными продуцентами, известна как чистая первичная продукция (ЧПП), которая затем доступна первичным потребителям на следующем трофическом уровне.

ЧПП экосистем

Экосистемы с самой высокой ЧПП – это влажные тропические леса и лиманы, на которые влияют высокие температуры, высокая влажность и приток питательных веществ. К экосистемам с низкой продуктивностью относятся пустыни и Арктика, которые являются засушливыми и либо слишком жаркими, либо слишком холодными для высоких темпов роста растений.

В водных экосистемах количество света и питательных веществ контролирует первичную продукцию. Глубина проникновения света способствует высокой первичной продуктивности как на мелководных прибрежных водах, так и на поверхности глубоководных океанов и озер. Фитопланктон, производящий почти 40% кислорода Земли, процветает на поверхности глубоких морских и пресных вод, а на мелководье процветают самые разнообразные коралловые рифы и водные растения.

Зоны притока питательных веществ имеют исключительно высокий уровень первичной продукции. Примерами являются эстуарии, где богатая азотом пресная вода смешивается с соленой водой, или океанические апвеллинги, где органическое вещество глубоководных океанов циркулирует к поверхности. Приток макроэлементов, таких как фосфор и азот, увеличивает первичную продукцию, поскольку в противном случае они являются ограничивающими факторами роста фотосинтезирующих организмов. Чрезмерный приток этих питательных веществ из сельскохозяйственных стоков может вызвать экспоненциальный рост популяций водорослей и фитопланктона, истощая воду кислородом и отрицательно влияя на водную флору и фауну – процесс, известный как эвтрофикация.