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27.3: Produção Primária
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Primary Production
 
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27.3: Primary Production

27.3: Produção Primária

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.

A quantidade total de energia adquirida pelos produtores primários em um ecossistema é chamada de produção primária bruta (GPP). No entanto, dessa energia, os produtores usam alguns para processos metabólicos, e alguns são perdidos como calor, diminuindo a quantidade de energia disponível para o próximo nível trófico. A quantidade de energia utilizável restante é chamada de produtividade primária líquida (NPP). Nos ecossistemas terrestres, o NPP é impulsionado pelo clima, enquanto a penetração de luz e a disponibilidade de nutrientes impulsionam o NPP nos ecossistemas aquáticos.

Produção Primária Bruta

A energia pode ser adquirida por organismos de três maneiras: fotossíntese, quemossíntese e pelo consumo de outros organismos. Autotrofos, ou produtores, sintetizam seus alimentos. Os quimitotrópicos ocorrem em ecossistemas onde a luz solar não está disponível e usam produtos químicos como fonte de energia — como sulfeto de hidrogênio, H2S, de aberturas hidrotermais profundas do oceano — enquanto fotoautotrofos transformam energia da luz solar em energia utilizável para o resto dos organismos em um ecossistema. A taxa em que esses produtores obtêm e transformam essa energia é conhecida como a produção primária bruta (GPP) do ecossistema, que também é uma medida da quantidade total de energia acumulada pelos produtores primários em um ecossistema.

Produção Primária Líquida

No entanto, nem toda a energia obtida pelos produtores está disponível para uso por outros organismos do ecossistema. Durante a quimiosíntese e a fotossíntese, a energia é usada pelos produtores primários para alimentar sua respiração celular, e algumas são perdidas como o calor como um subproduto dos processos metabólicos. A energia que sobra após a respiração e o metabolismo pelos produtores primários é conhecida como produção primária líquida (NPP), que está então disponível para os consumidores primários no próximo nível trófico.

NPP de Ecossistemas

Ecossistemas com maior NPP são florestas tropicais úmidas e estuários influenciados por temperaturas quentes, alta umidade e um fluxo de nutrientes. Ecossistemas de baixa produtividade incluem desertos e o Ártico, que são secos e muito quentes ou muito frios para altas taxas de crescimento das plantas.

Nos ecossistemas aquáticos, quantidades de luz e nutrientes controlam a produção primária. A profundidade da penetração da luz impulsiona a alta produtividade primária em águas costeiras rasas, e na superfície do oceano profundo e dos lagos. O fitoplâncton, que produz quase 40% do oxigênio da Terra, prospera na superfície de águas marinhas profundas e frescas, enquanto em águas rasas, recifes de corais e plantas aquáticas muito diversos prosperam.

As áreas de entrada de nutrientes têm níveis excepcionalmente altos de produção primária. Exemplos são estuários onde a água doce rica em nitrogênio se mistura com água salgada, ou upwellings do oceano onde a matéria orgânica do oceano profundo circula para a superfície. O fluxo de macronutrientes, como fósforo e nitrogênio, aumenta a produção primária, pois estes são fatores limitantes no crescimento de organismos fotossintestizantes. Um influxo excessivo desses nutrientes do escoamento agrícola pode causar crescimento exponencial nas populações de algas e fitoplânctons, esgotando a água de oxigênio e afetando negativamente a flora e a fauna aquáticas — um processo conhecido como eutrofização.


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