27.3: Primary Production
27.3: Primaire productie
The total amount of energy acquired by primary producers in an ecosystem is called gross primary production (GPP). However, of this energy, producers use some for metabolic processes, and some is lost as heat, decreasing the amount of energy available to the next trophic level. The remaining usable amount of energy is called the net primary productivity (NPP). In terrestrial ecosystems, NPP is driven by climate, while light penetration and nutrient availability drive NPP in aquatic ecosystems.
Gross Primary Production
Energy can be acquired by organisms in three ways: photosynthesis, chemosynthesis and by the consumption of other organisms. Autotrophs, or producers, synthesize their food. Chemoautotrophs occur in ecosystems where sunlight is unavailable and use chemicals as an energy source—like hydrogen sulfide, H2S, from deep ocean hydrothermal vents—while photoautotrophs transform energy from sunlight into usable energy for the rest of the organisms in an ecosystem. The rate at which these producers obtain and transform this energy is known as the ecosystem’s gross primary production (GPP), which is also a measure of the total amount of energy accumulated by primary producers in an ecosystem.
Net Primary Production
However, not all of the energy obtained by producers is available for use by other organisms in the ecosystem. During both chemosynthesis and photosynthesis, energy is used by primary producers to fuel their cellular respiration, and some is lost as heat as a byproduct of metabolic processes. The energy left over after respiration and metabolism by primary producers is known as net primary production (NPP), which is then available to primary consumers on the next trophic level.
NPP of Ecosystems
Ecosystems with the highest NPP are tropical wet rainforests and estuaries influenced by warm temperatures, high humidity and an influx of nutrients. Low productivity ecosystems include deserts and the Arctic, which are dry and either too hot or too cold for high rates of plant growth.
In aquatic ecosystems, quantities of both light and nutrients control primary production. The depth of light penetration drives high primary productivity in both shallow coastal waters, and at the surface of deep-ocean and lakes. Phytoplankton, which produces almost 40% of the earth’s oxygen, thrives at the surface of deep marine and fresh waters, while in shallow waters, vastly diverse coral reefs and aquatic plants thrive.
Areas of nutrient inflow have exceptionally high levels of primary production. Examples are estuaries where nitrogen-rich freshwater mixes with saltwater, or ocean upwellings where the organic matter of the deep ocean circulates to the surface. The inflow of macronutrients, such as phosphorus and nitrogen, increases primary production as these are otherwise limiting factors in the growth of photosynthesizing organisms. An excessive influx of these nutrients from agricultural runoff can cause exponential growth in algal and phytoplankton populations, depleting the water of oxygen, and negatively affecting the aquatic flora and fauna—a process known as eutrophication.
De totale hoeveelheid energie die door primaire producenten in een ecosysteem wordt verworven, wordt bruto primaire productie (GPP) genoemd. Van deze energie gebruiken producenten echter een deel voor metabolische processen, en een deel gaat verloren als warmte, waardoor de hoeveelheid beschikbare energie afneemt naar het volgende trofische niveau. De resterende bruikbare hoeveelheid energie wordt de netto primaire productiviteit (NPP) genoemd. In terrestrische ecosystemen wordt NPP gestuurd door het klimaat, terwijl lichtpenetratie en beschikbaarheid van voedingsstoffen NPP in aquatische ecosystemen stimuleren.
Bruto primaire productie
Energie kan op drie manieren door organismen worden verkregen: fotosynthese, chemosynthese en door de consumptie van andere organismen. Autotrofen, of producenten, synthetiseren hun voedsel. Chemoautotrofen komen voor in ecosystemen waar zonlicht niet beschikbaar is en gebruiken chemicaliën als energiebron - zoals waterstofsulfide, H 2 S, uit diepzee-hydrothermale openingen - terwijl fotoautotrofen energie uit zonlicht omzetten in bruikbare energie voor de rest van deorganismen in een ecosysteem. De snelheid waarmee deze producenten deze energie verkrijgen en omzetten, staat bekend als de bruto primaire productie (GPP) van het ecosysteem, wat ook een maat is voor de totale hoeveelheid energie die primaire producenten in een ecosysteem verzamelen.
Netto primaire productie
Niet alle energie die door producenten wordt verkregen, is echter beschikbaar voor gebruik door andere organismen in het ecosysteem. Tijdens zowel chemosynthese als fotosynthese wordt energie door primaire producenten gebruikt om hun cellulaire ademhaling van brandstof te voorzien, en een deel gaat verloren als warmte als bijproduct van metabolische processen. De energie die overblijft na ademhaling en metabolisme door primaire producenten staat bekend als netto primaire productie (NPP), die dan beschikbaar is voor primaire consumenten op het volgende trofische niveau.
Kerncentrale van ecosystemen
Ecosystemen met de hoogste NPP zijn tropische natte regenwouden en estuaria die worden beïnvloed door warme temperaturen, hoge luchtvochtigheid en een instroom van voedingsstoffen. Ecosyste met lage productiviteitms omvatten woestijnen en het noordpoolgebied, die droog en te warm of te koud zijn voor een hoge plantengroei.
In aquatische ecosystemen bepalen hoeveelheden licht en nutriënten de primaire productie. De diepte van lichtpenetratie zorgt voor een hoge primaire productiviteit in zowel ondiepe kustwateren als aan het oppervlak van diepe oceaan en meren. Fytoplankton, dat bijna 40% van de zuurstof op aarde produceert, gedijt op het oppervlak van diep marien en zoet water, terwijl in ondiep water enorm diverse koraalriffen en waterplanten gedijen.
Gebieden met een instroom van voedingsstoffen hebben een uitzonderlijk hoge primaire productie. Voorbeelden zijn estuaria waar stikstofrijk zoet water zich vermengt met zout water, of oceaanopwellingen waar de organische stof van de diepe oceaan naar de oppervlakte circuleert. De instroom van macronutriënten, zoals fosfor en stikstof, verhoogt de primaire productie, aangezien deze anders beperkende factoren zijn bij de groei van fotosynthetiserende organismen. Een buitensporige iDe stroom van deze voedingsstoffen uit landbouwafvoer kan een exponentiële groei van algen- en fytoplanktonpopulaties veroorzaken, waardoor het water van zuurstof wordt uitgeput en de aquatische flora en fauna negatief worden beïnvloed - een proces dat bekend staat als eutrofiëring.
