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27.3: Production primaire
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Primary Production
 
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27.3: Primary Production

27.3: Production primaire

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.

La quantité totale d’énergie acquise par les producteurs primaires dans un écosystème est appelée production primaire brute (PPM). Cependant, de cette énergie, les producteurs utilisent certains pour les processus métaboliques, et certains sont perdus 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 (PNP). Dans les écosystèmes terrestres, la CENTRALE est entraînée par le climat, tandis que la pénétration de la lumière et la disponibilité des nutriments stimulent la CENTRALE dans les écosystèmes aquatiques.

Production primaire brute

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 produisent 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 évents hydrothermaux profonds 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. La vitesse à laquelle ces producteurs obtiennent et transforment cette énergie est connue sous le nom de production primaire brute de l’écosystème (PPM), qui est également une mesure de la quantité totale d’énergie accumulée par les producteurs primaires dans un écosystème.

Production primaire nette

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 certains sont perdus comme la chaleur comme un sous-produit des processus métaboliques. L’énergie laissée après la respiration et le métabolisme par les producteurs primaires est connue sous le nom de production primaire nette (PNP), qui est ensuite disponible pour les consommateurs primaires au niveau trophique suivant.

NPP des écosystèmes

Les écosystèmes dont la centrale nucléaire est la plus élevée sont les forêts tropicales humides et les estuaires influencés par les températures chaudes, l’humidité élevée et l’afflux de nutriments. Les écosystèmes à faible productivité comprennent les déserts et l’Arctique, qui sont secs et trop chauds ou trop froids pour des taux élevés de croissance des plantes.

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 dans les deux 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 des eaux marines et douces profondes, tandis que dans les eaux peu profondes, les récifs coralliens et les 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 remontées océaniques où la matière organique de l’océan profond circule à la surface. L’afflux de macronutriments, comme le phosphore et l’azote, augmente la production primaire, car ils sont par ailleurs des facteurs limitants dans la croissance des organismes photosynthésisants. 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 de l’oxygène et affectant négativement la flore et la faune aquatiques, un processus connu sous le nom d’eutrophisation.


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