Producția primară - în ecologie , valoare care caracterizează creșterea cantității de materie organică formată într-un anumit timp de organismele autotrofe (de exemplu, plante verzi sau cianobacterii ) din componente anorganice simple. Deoarece sursa de carbon pentru organismele autotrofe este, de regulă, dioxidul de carbon CO 2 ( dioxid de carbon ), producția primară este în prezent estimată cel mai adesea prin cantitatea de carbon legată pentru un anumit timp de vegetația terestră sau fitoplanctonul oceanic (lacul) pe unitate de suprafață. În cazul fitoplanctonului, care se caracterizează printr-o rată ridicată de formare a materiei organice pe unitatea de biomasă , producția primară este estimată pentru perioade scurte de timp, cel mai adesea pentru o zi. Dacă vorbim de vegetația terestră, în care rata de formare a materiei organice pe unitatea de biomasă este semnificativ mai mică, producția primară este estimată pentru an sau pentru sezonul de vegetație.
Conceptul de producție primară se aplică nu numai organismelor fotoautotrofe (adică celor care folosesc lumina ca sursă de energie), ci și chimioautotrofelor (adică organismelor care creează și materie organică , ci datorită energiei pe care o primesc prin conducere ). reacții redox cu substanțe simple, de exemplu, oxidarea amoniului la nitriți sau a sulfurilor la sulfați ). Doar unele procariote ( bacteriile în sensul larg al cuvântului) sunt capabile de această metodă de obținere a energiei. În biosfera modernă , rolul chimioautotrofilor este nesemnificativ. Cel mai faimos exemplu este crearea lor de materie organică (care este apoi folosită de toate organismele) în ecosistemele hidrotermale de adâncime - oaze de viață care există la adâncimi mari în unele zone de pe fundul oceanului, unde ies ape calde bogate în compuși redusi. prin crăpăturile din crustă.
Aproape de la începutul studiului producției primare, cercetătorii au făcut distincția între „Producția primară brută” (GPP) și „Producția primară netă” (NPP). Producția brută este cantitatea totală de materie organică formată de organismul producător , iar producția netă este producția brută minus costurile producătorului însuși pentru respirație . Cu alte cuvinte: NPP = GPP - R, unde R este costul respirației. Creșterea reală a masei producătorilor este producția primară netă. Această substanță poate fi folosită de consumatori, ea este cea care creează baza pentru susținerea întregului lanț alimentar .
Primele măsurători ale producției primare au fost efectuate de G. G. Vinberg în 1932 pe lac. Alb (în Kosino lângă Moscova). Pentru a face acest lucru, el a propus metoda „sticlelor întunecate și luminoase”, a cărei esență este aceea că cantitatea de materie organică formată în timpul fotosintezei a este judecată după cantitatea de oxigen care a fost eliberată. Lucrarea începe cu prelevarea unei probe de apă de la o anumită adâncime (împreună cu planctonul pe care îl conține), care se toarnă în trei sticle (baloane) cu dopuri măcinate. Într-una dintre sticle, conținutul de oxigen dizolvat este determinat imediat prin metoda chimică, iar celelalte două (dintre care unul este „întunecat”, protejat de lumină, iar celălalt este „luminos”, transparent la lumină) sunt plasate. pentru o zi într-un iaz, până la adâncimea de la care a fost luată proba originală. O zi mai târziu, flacoanele sunt ridicate la suprafață și se determină conținutul de oxigen în ele. Evident, atât fotosinteza, cât și respirația au avut loc în baloanele de lumină, în timp ce doar respirația a avut loc în baloanele întunecate izolate de lumină. Cantitatea de materie organică care s-a format este calculată din diferența dintre cantitatea de oxigen din flacoanele deschise și întunecate. Vinberg a efectuat aceste determinări similare de producție deodată pentru o serie de probe prelevate de la diferite adâncimi și a făcut acest lucru în mod repetat pe tot parcursul sezonului de vegetație. Drept urmare, a putut estima producția primară pentru întregul rezervor. La trei ani după munca lui Vinberg, o metodă similară pentru determinarea producției primare a fost aplicată în SUA pe Lake. Linsley Pond (pc. Connecticut ) G. Riley (G. Riley), care a lucrat sub conducerea lui J. E. Hutchinson . Cercetătorii americani nu cunoșteau munca lui Vinberg, cu toate acestea, prioritatea lui Vinberg a fost recunoscută ulterior de Hutchinson.
Mai târziu s-a dovedit că versiunea „oxigen” a metodei sticlelor întunecate și deschise propusă de Vinberg nu este suficient de sensibilă atunci când se încearcă estimarea producției de fitoplancton în ocean, unde este, de regulă, semnificativ mai mică decât în lacuri. a zonei temperate. La începutul anilor 1950, cercetătorul danez E. Stiman-Nielsen, într-o expediție pe vasul de cercetare Galatea, a folosit așa-numita metodă „radiocarbon”. Semnificația sa constă în faptul că CO 2 marcat cu un izotop radioactiv de carbon 14 C planctonîn flacoane cu probe de apă care conțineaua fost adăugat
În anii 1960, lucrările privind evaluarea producției primare a oceanului s-au dezvoltat pe un front larg. La ele au participat activ și cercetători din URSS . Lucrările desfășurate, inclusiv pe navele de cercetare ale Academiei de Științe, au făcut posibilă cartografierea distribuției valorilor producției primare în întreaga zonă de apă a Oceanului Mondial . Până de curând, când au început să fie folosite metode la distanță (de la nave spațiale ) pentru estimarea cantității de clorofilă din apele de suprafață ale oceanului, această hartă a rămas singura.
Chiar și atunci a devenit clar (și ulterior confirmat prin metode la distanță) că în părțile centrale ale tuturor oceanelor există zone vaste în care valoarea producției primare este extrem de scăzută. Acest lucru se datorează faptului că dezvoltarea fitoplanctonului acolo este limitată de lipsa elementelor biogene, în primul rând azot și fosfor, într-o formă minerală disponibilă pentru utilizare de către fitoplancton. Zonele de mare intensitate de formare a producției primare ocupă o suprafață mică - acestea sunt Atlanticul de Nord , unele zone din Oceanul Pacific de Nord , unele zone din Oceanul de Sud (în jurul Antarcticii) și zonele de creștere a apelor adânci ( upwelling ).
Conform datelor actuale, producția primară netă totală a întregului ocean este de aproximativ 60 de miliarde de tone de carbon pe an, deși gama de estimări date de diferiți autori este foarte largă - de la 35 la 100 de miliarde de tone. Pentru întreaga suprafață de teren, producția primară netă pentru anul este estimată la o valoare similară - 57 miliarde de tone (cu o diferență în estimările diferiților autori - de la 48 la 65 de miliarde de tone). Astfel, pe unitatea de suprafață, producția primară a pământului este semnificativ mai mare decât cea a oceanului. Principalii factori care limitează producția primară a pământului sunt lipsa umidității (deșerturile din părțile centrale ale continentelor) și temperaturile scăzute (în zonele înalte și latitudinile înalte). În mod fundamental diferită pentru pământ și ocean este productivitatea unei unități de biomasă. Cu o valoare totală aproximativ egală a producției primare nete, biomasa medie a producătorilor înșiși pe uscat este de aproximativ 800 de miliarde de tone de carbon, iar în ocean - doar aproximativ 2 miliarde de tone. Astfel, rata de formare a materiei noi pe unitate. biomasa din ocean este de sute de ori mai mare decât pe uscat.