Primärproduktion - i ekologi , ett värde som kännetecknar ökningen av mängden organiskt material som bildas under en viss tid av autotrofa organismer (till exempel gröna växter eller cyanobakterier ) från enkla oorganiska komponenter. Eftersom kolkällan för autotrofa organismer som regel är koldioxid CO 2 ( koldioxid ), uppskattas primärproduktionen för närvarande oftast av mängden kol som under en viss tid är bundet av markvegetation eller havsväxt (sjö) växtplankton per ytenhet. När det gäller växtplankton, som kännetecknas av en hög bildningshastighet av organiskt material per enhet biomassa , uppskattas primärproduktionen under korta tidsperioder, oftast under ett dygn. Om vi talar om markvegetation, där bildningshastigheten av organiskt material per enhet biomassa är betydligt lägre, beräknas primärproduktionen för året eller för växtsäsongen.
Begreppet primärproduktion tillämpas inte bara på fotoautotrofa organismer (det vill säga de som använder ljus som energikälla), utan också på kemoautotrofer (det vill säga organismer som också skapar organiskt material , utan på grund av den energi de får genom att leda redoxreaktioner med enkla ämnen, till exempel oxidation av ammonium till nitrit eller sulfider till sulfater ). Endast vissa prokaryoter ( bakterier i ordets breda betydelse) är kapabla till denna metod för att få energi. I den moderna biosfären är kemoautotrofers roll obetydlig. Det mest kända exemplet är deras skapande av organiskt material (som sedan används av alla organismer) i hydrotermiska djuphavsekosystem - livsoaser som finns på stora djup i vissa områden på havsbotten, där heta vatten rikt på reducerade föreningar uppstår genom sprickor i skorpan.
Nästan från början av studiet av primärproduktion har forskare skiljt mellan "Bruttoprimärproduktion" (GPP) och "Nettoprimärproduktion" (NPP). Bruttoproduktion är den totala mängd organiskt material som bildas av producentorganismen och nettoproduktionen är bruttoproduktionen minus producentens kostnader för andning . Med andra ord: NPP = GPP - R, där R är kostnaden för andning. Den verkliga ökningen av producenternas massa är nettoprimärproduktionen. Det är detta ämne som kan användas av konsumenter, det är hon som skapar grunden för att stödja hela näringskedjan .
De första mätningarna av primärproduktionen utfördes av G. G. Vinberg 1932 på sjön. White (i Kosino nära Moskva). För att göra detta föreslog han metoden med "mörka och ljusa flaskor", vars essens är att mängden organiskt material som bildas under fotosyntes a bedöms av mängden syre som har frigjorts. Arbetet börjar med att man tar ett vattenprov från ett visst djup (tillsammans med planktonet som det innehåller), som hälls upp i tre flaskor (flaskor) med malda proppar. I en av flaskorna bestäms innehållet av löst syre omedelbart med den kemiska metoden, och de andra två (varav den ena är "mörk", skyddad från ljus och den andra är "ljus", transparent för ljus) placeras för en dag i en damm, till det djup från vilket det togs det ursprungliga provet. En dag senare lyfts flaskorna till ytan och syrehalten bestäms i dem. Uppenbarligen skedde både fotosyntes och andning i de ljusa kolvarna, medan endast andning skedde i de mörka kolvarna isolerade från ljus. Mängden organiskt material som har bildats beräknas utifrån skillnaden i mängden syre i ljusa och mörka flaskor. Vinberg genomförde dessa liknande produktionsbestämningar på en gång för en serie prover tagna från olika djup och gjorde detta upprepade gånger under hela växtsäsongen. Som ett resultat kunde han uppskatta primärproduktionen för hela reservoaren. Tre år efter Vinbergs arbete tillämpades en liknande metod för att fastställa primärproduktionen i USA on Lake. Linsley Pond (pc. Connecticut ) G. Riley (G. Riley), som arbetade under ledning av J. E. Hutchinson . Amerikanska forskare var inte medvetna om Vinbergs arbete, men Vinbergs prioritet erkändes senare av Hutchinson.
Senare visade det sig att "syre"-versionen av metoden med mörka och ljusa flaskor som Vinberg föreslagit inte är tillräckligt känslig när man försöker uppskatta produktionen av växtplankton i havet, där den som regel är betydligt lägre än i sjöar av den tempererade zonen. I början av 1950-talet använde den danske forskaren E. Stiman-Nielsen, på en expedition på forskningsfartyget Galatea, den så kallade "radiokarbon"-metoden. Dess innebörd ligger i det faktum att CO 2 märkt med en radioaktiv isotop av kol 14 C planktontill flaskor med vattenprover innehållandesattes
Under 1960-talet utvecklades arbetet med bedömningen av havets primärproduktion på bred front. Forskare från Sovjetunionen deltog också aktivt i dem . Arbetet som utfördes, inklusive på Vetenskapsakademiens forskningsfartyg, gjorde det möjligt att kartlägga fördelningen av primärproduktionsvärden över hela världshavets vattenområde . Tills nyligen, när avlägsna (från rymdfarkoster ) metoder för att uppskatta mängden klorofyll i havets ytvatten började användas, förblev denna karta den enda.
Redan då blev det klart (och bekräftades senare med avlägsna metoder) att det i de centrala delarna av alla hav finns stora områden där värdet av primärproduktionen är extremt lågt. Detta beror på att utvecklingen av växtplankton där begränsas av bristen på biogena element, främst kväve och fosfor, i en mineralform som är tillgänglig för användning av växtplankton. Områden med hög intensitet av primärproduktionsbildning upptar ett litet område - dessa är Nordatlanten , vissa områden i norra Stilla havet , vissa områden i södra havet (runt Antarktis) och zoner med djupvattenuppgång ( uppströmning ).
Enligt nuvarande data är den totala nettoprimärproduktionen av hela havet cirka 60 miljarder ton kol per år, även om utbudet av uppskattningar som ges av olika författare är mycket brett - från 35 till 100 miljarder ton. För hela landområdet beräknas nettoprimärproduktionen för året till ett liknande värde - 57 miljarder ton (med en spridning i uppskattningar av olika författare - från 48 till 65 miljarder ton). Per ytenhet är alltså markens primärproduktion betydligt högre än havets. De viktigaste faktorerna som begränsar primärproduktionen av mark är bristen på fukt (öknar i de centrala delarna av kontinenterna) och låga temperaturer (i höglandet och höga breddgrader). Grundläggande olika för land och hav är produktiviteten hos en enhet av biomassa. Med ett ungefär lika stort totalvärde av primärproduktionen är den genomsnittliga biomassan för producenterna själva på land cirka 800 miljarder ton kol, och i havet - endast cirka 2 miljarder ton. Alltså hastigheten för bildning av ny materia per enhet av biomassa i havet är hundratals gånger högre än på torra land.