27.3: الإنتاج الأولي
يُطلق على إجمالي كمية الطاقة المكتسبة من قبل المنتجين الأساسيين في نظام بيئي إجمالي الإنتاج الأولي (GPP). ومع ذلك ، من هذه الطاقة ، يستخدم المنتجون بعضها لعمليات التمثيل الغذائي ، ويفقد البعض الآخر كحرارة ، مما يقلل من كمية الطاقة المتاحة إلى المستوى الغذائي التالي. الكمية المتبقية القابلة للاستخدام من الطاقة تسمى صافي الإنتاجية الأولية (NPP). في النظم البيئية الأرضية ، يكون صافي الإنتاجية الأولية مدفوعاً بالمناخ ، بينما يؤدي اختراق الضوء وتوافر العناصر الغذائية إلى صافي الإنتاجية الأولية في النظم البيئية المائية.
إجمالي الإنتاج الأولي
يمكن أن تكتسب الكائنات الحية الطاقة بثلاث طرق: التمثيل الضوئي والتمثيل الكيميائي واستهلاك الكائنات الحية الأخرى. يقوم ذاتيي التغذية ، أو المنتجون ، بتصنيع طعامهم. يوجد ذاتيي التغذية كيميائياً في النظم البيئية حيث لا يتوفر ضوء الشمس وتستخدم المواد الكيميائية كمصدر للطاقة _ مثل كبريتيد الهيدروجين ، H2S ، من الفتحات الحرارية المائية في أعماق المحيطات _ بينما ذاتيي التغذية الضوئية يحولون طاقة ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام لبقية الكائنات الحية في النظام البيئي. يُعرف المعدل الذي يحصل به هؤلاء المنتجون على هذه الطاقة ويحولونها باسم إجمالي الإنتاج الأولي للنظام البيئي (GPP) ، وهو أيضاً مقياس لمجموع كمية الطاقة المتراكمة من قبل المنتجين الأساسيين في النظام البيئي.
صافي الإنتاج الأولي
ومع ذلك ، ليست كل الطاقة التي حصل عليها المنتجون متاحة للاستخدام من قبل الكائنات الحية الأخرى في النظام البيئي. أثناء كل من التمثيل الكيميائي والتمثيل الضوئي ، يتم استخدام الطاقة من قبل المنتجين الأساسيين لتغذية التنفس الخلوي ، ويفقد البعض كحرارة كمنتج ثانوي لعمليات التمثيل الغذائي. تُعرف الطاقة المتبقية بعد التنفس والتمثيل الغذائي من قبل المنتجين الأساسيين باسم صافي الإنتاج الأولي (NPP) ، والذي يتوفر بعد ذلك للمستهلكين الأساسيين على المستوى الغذائي التالي.
صافي الإنتاج الأولي للنظم البيئية
النظم البيئية ذات أعلى صافي إنتاجي أولي هي الغابات المطيرة الاستوائية ومصبات الأنهار التي تتأثر بدرجات الحرارة الدافئة والرطوبة العالية وتدفق العناصر الغذائية. تشمل النظم البيئية ذات الإنتاجية المنخفضة الصحاري والقطب الشمالي ، حيث تكون جافة وتكون إما شديدة الحرارة أو شديدة البرودة بحيث يتعذر معها ارتفاع معدلات نمو النبات.
في النظم البيئية المائية ، تتحكم كميات كل من الضوء والمغذيات في الإنتاج الأولي. يؤدي عمق اختراق الضوء إلى إنتاجية أولية عالية في كل من المياه الساحلية الضحلة ، وعلى سطح أعماق المحيطات والبحيرات. العوالق النباتية ، التي تنتج ما يقرب من ٤٠٪ من أكسجين الأرض ، تزدهر على سطح المياه العذبة والبحرية العميقة ، بينما تزدهر الشعاب المرجانية المتنوعة والنباتات المائية في المياه الضحلة.
تتمتع مناطق تدفق المغذيات بمستويات عالية بشكل استثنائي من الإنتاج الأولي. ومن الأمثلة على ذلك مصبات الأنهار حيث تختلط المياه العذبة الغنية بالنيتروجين بالمياه المالحة ، أو ارتفاعات المحيط حيث تدور المادة العضوية في أعماق المحيط إلى السطح. يؤدي تدفق المغذيات الكبيرة ، مثل الفوسفور والنيتروجين ، إلى زيادة الإنتاج الأولي لأن هذه العوامل بخلاف ذلك تحد من نمو الكائنات الحية الضوئية. يمكن أن يؤدي التدفق المفرط لهذه العناصر الغذائية من الصرف الزراعي إلى نمو أسي في تجمعات الطحالب والعوالق النباتية ، مما يؤدي إلى استنفاد الأكسجين من المياه ، والتأثير سلباً على النباتات والحيوانات المائية ؛ وهي عملية تُعرف باسم الإثراء الغذائي.
