Birincil üretim hızıdır biyosentezlenmiş de biyokütle belirli bir miktar organik madde inorganik malzeme ve enerji alımı. Birim zamanda asimile edilen karbon kütlesi olarak ifade edilen bir akıştır. Bu organik madde üretimi esas olarak fotosentez yoluyla gerçekleştirilir (kemosentez çok daha az yaygındır). Bir in ekosistem , primer verimlilik olarak da adlandırılan, birincil üretici tarafından sağlanır ototroflardan . Bir de bir besin zincirinin ilk halkasıdır besin ağı . Birincil üretici çoğunlukla bitkiler karasal ekosistemlerde ve algler sucul ekosistemlerde. Ekolojistler, birincil üretimin iki alt kümesini ayırırlar: Gayri Safi Birincil Üretim ve Net Birincil Üretim.
Birincil üretim biyokütle (B) ana üretim (P) göre ifade eder. Ters B / P oranı, bir ekosistemde bulunan tüm biyokütlenin yerini almak için gereken süreyi yansıtan bir gösterge olan biyokütle devri veya yenileme hızı olarak adlandırılır .
İkincil üretim ikinci olarak da adlandırılan üreticileri tarafından canlı maddelerin üretimine karşılık heterotrofik arasında, tüketici (in) (otçul hayvanlarda, etobur), temizleyiciler ve ayrıştırıcılar . Birincil üretimde olduğu gibi, ekolojistler brüt ikincil üretimi ve solunum kesintisinden sonra net ikincil üretimi tanımlar. Ayrıca ikincil üretkenliği de incelerler .
Birincil üretim organik madde şeklinde kimyasal enerji (birincil üretim) birikmesidir. Bu üretimi gerçekleştirmek için kullanılan enerji kaynağı ya ışık enerjisidir (fotosentez durumunda) ya da hidrojene gazlar gibi inorganik moleküllerin oksidasyonundan kaynaklanan enerjidir (örn. Hidrojen sülfür , H 2 S) veya metan (kemosentez durumunda). Kullanılan enerji kaynağına bakılmaksızın, bu enerji kaynağı, karbondioksit (CO 2) gibi basit inorganik bileşiklerden karmaşık organik molekülleri sentezlemek için kullanılır.) ve su (H 2 O).
Basitleştirilmiş bir şekilde, fotosentez şu şekilde temsil edilebilir: CO 2+ H 2 O+ hafif + CH 2 O mineral tuzları+ O 2 ve bir kemosentez şekli: CO 2+ O 2+ 4 H 2 SCH 2 O+ 4 S + 3 H 2 O.
Tüm durumlarda, bu işlemler, oluşmasına neden karbonhidratlar (CH 2 O) glikoz gibi . Bu nispeten basit moleküller daha sonra proteinler , kompleks karbonhidratlar, lipidler ve nükleik asitler gibi daha da karmaşık molekülleri sentezlemek için kullanılabilir veya hücrelerin işlev görmesine izin vermek için solunabilir (bkz. Hücresel solunum ). Birincil üreticilerin hayvanlar gibi heterotrofik organizmalar tarafından tüketilmesi daha sonra bu organik molekülleri (ve bu moleküllerde depolanan enerjiyi) besin zincirindeki diğer bağlantılara aktarır.
Net Birincil Üretim (NPP) bu nedenle bitkinin fotosentez yoluyla biriktirdiği enerji eksi bitkinin solunum için kullandığı enerjiye karşılık gelir. Başka bir deyişle, Brüt Birincil Üretim (GPP) ile Net Birincil Üretim arasındaki fark, hücresel solunum sırasında kullanılan enerjiye karşılık gelir: PPN = PPB - solunum
Birincil üretim, bir bitki ölçeğinde (örneğin: bir ağaç) veya bir ekosistem ölçeğinde görülebilir. Ekosistem söz konusu olduğunda, ekosistemin net birincil üretiminden bahsediyoruz.
Bu değer, diğer organizmalar ( çöpçüler , otoburlar ve besin zincirindeki diğer bağlantılar) için mevcut olan enerji miktarını belirlemeyi mümkün kılması açısından ekolojistler için yararlıdır . Toprağın veya diğer ekosistemlerin (sulak alanlar, deniz ortamları, ormanlar vb.) Verimliliğine bağlı faaliyetler için de faydalıdır. Biyoçeşitlilik, bir çevrenin verimliliğinde ve sağladığı ekolojik hizmetlerin kalitesinde önemli faktörlerden biridir .
Günümüz karasal ekosistemlerinde, hemen hemen tüm üretim, yosunlardan ve briyofitler gibi damarsız bitkilerden çok az katkı ile vasküler bitkiler tarafından gerçekleştirilmektedir . Antik çağda, vasküler bitkilerin ortaya çıkmasından önce, damarsız bitkilerin katkısı çok daha fazlaydı. Karasal ekosistemlerin üretkenliği birkaç faktöre bağlıdır. Bunlardan başlıcaları toprakların su içeriği, yağışlar ve sıcaklıktır (sıcaklık güneş enerjisi ile birlikte değişir). Bu farklı faktörler, farklı karasal biyomları ayırt etmeyi mümkün kılan farklı bir bitki dağılımına yol açar .
Orman kadar olan karasal canlılarını 1,000 ve 3,000 arasında, genel olarak, en yüksek net primer verimlilik ile gr (için tropik ve ekvatoral orman arasında) kuru madde m başına 2 yıl başına (diğer bir deyişle en fazla 400 g -2 .year -1 karbon) . Bu özellik , genel olarak doruk ekosistemlerinde ve özellikle de olgun orman ekosistemlerinde (pek çok tropikal ve ekvator ormanı - Amazon yağmur ormanı Dünya'nın ciğeridir - ve ılıman ormanlar), fotosentetik dengenin olduğu gerçeğini maskelememelidir. sıfır: "birincil üreticiler tarafından organizmalara dahil edilen karbon kütlesi ve onlarla beslenenler, oksidatif katabolizmanın (yeşil bitkilerin solunumu, otoburlar, etoburlar, detritivorlar ve nefesler ve fermantasyonların solunumu) tarafından salınan karbon kütlesine eşittir . ayrıştırıcılar) ” . Genç veya olgun ağaçlar büyümeleri için çok fazla karbon alırlarsa, yaşlı ağaçlar ölme ve CO 2 salma eğilimindedir.ayrıştırarak. Aynı şekilde, tropikal ve ekvator ormanları , üretkenlikleri nedeniyle uzun süredir karbon yutakları olarak kabul edilmektedir . Önceki çalışmaları doğrulayan son araştırmalar bu efsaneye son verdi. Tropikal bölgelerde (özellikle Amazon ve Kongo havzalarının merkezindeki korunmuş ormanlar) üretilen yer üstü biyokütlenin karbon stokları, ormansızlaşmaya ( Amazon yağmur ormanlarının ormansızlaşmasına bakınız ) veya ölüme bağlı kayıplarla olumsuz bir şekilde dengelenir . özellikle ısınmayla bağlantılı (özellikle El Niño yıllarının kuraklık özelliği ). Gezegendeki üç trilyon ağacın üçte birini içeren ve bir zamanlar karbon yer üstündeki biyokütleye batan büyük tropikal ormanlar , “küresel olarak nötr hale geliyor. Hatta yakın gelecekte bir atmosferik karbon kaynağı haline gelebilir ve böylece küresel ısınmayı hızlandırabilir ” .
Karasal biyom | Biyokütle | Necromass (yerde) | Net birincil üretim |
---|---|---|---|
Arktik tundrası | 5 | 3.5 | 1 |
Kuzey kutup taygası | 100 | 30 | |
Güney kutup taygası | 330 | 35 | 7 |
Meşe ormanı | 400 | 15 | 9 |
Çayırlar, bozkırlar | 25 | 12 | 14 |
Kurak bozkır | 40 | 1.5 | 4 |
Yarı çöl | 1.6 | 0.6 | |
Çimenli savana | 2.7 | 5 | 7 |
Tropik orman | 4 | 10 | 25 |
Ekvator ormanı | 600 | 2 | 33 |
Kültürler | 4 - 100 | ortalama: 6,6 | Kayıt: 80 Şeker kamışı |
Karasal ekosistemlerin aksine, okyanusal ekosistemlerin verimliliği esas olarak vasküler bitkilerden düşük katkı sağlayan algler tarafından sağlanır. Algler, basit tek hücreli organizmalardan makroalgler gibi daha karmaşık organizmalara kadar çok çeşitli organizmaları kapsar . Vasküler bitkiler herbaria ile sınırlıdır .
Okyanus verimliliğinin çoğu fitoplankton tarafından sağlanır . Okyanusun birincil üretiminin% 75'inden tek başına sorumlu olduğu tahmin edilmektedir, diğer ototroflar (deniz otu ve makroalgler) genellikle okyanusun sınırlı alanlarıyla sınırlıdır: suların sığ ve yeterince derin olduğu kıyı alanları.
Okyanuslardaki birincil üretimi sınırlayan faktörler, karasal ekosistemlerdeki birincil üretimi sınırlayanlardan da çok farklıdır. Su mevcudiyeti açıkça artık bir sorun değildir (tuzluluk olabilir de). Benzer şekilde sıcaklık, fotosentezde yer alan enzimleri etkileyebilmesine rağmen , suyun termal kapasitesi sıcaklık değişimlerini sınırladığından , karasal ekosistemlere göre çok daha küçük bir sınırlayıcı role sahiptir . Ek olarak, tuzlu su karasal ekosistemlerde tatlı sudan daha düşük bir sıcaklıkta donar. Tersine, fotosentez için ana enerji kaynağı olan ışık ve hücresel bileşenleri oluşturmak için kullanılan ve büyüme için kullanılan besinler, ilkel bir role sahiptir.
IşıkOkyanusun aydınlatılmış alanına fotik bölge (veya öfotik bölge) denir . Bu, fotosentezin gerçekleşmesi için yeterli ışığın olduğu yüzeye yakın nispeten ince bir su tabakasıdır ( 0-100 m ). Pratik nedenlerden dolayı, fotik bölgenin kalınlığı genellikle ışığın yüzey değerinin% 1'ine ulaştığı derinlikle tanımlanır. Işık, su kolonunda , suyun kendisi tarafından absorpsiyonu ve kırınımı ile ve çözünmüş ve partikül maddeler (fitoplankton dahil) tarafından zayıflatılır .
Su sütununda fotosentez yapabilme yeteneği, fotik bölge ile karıştırma tabakası arasındaki etkileşim tarafından belirlenir. Okyanus yüzeyinde rüzgar gücüyle türbülanslı karıştırma , türbülans dağılıncaya kadar (söz konusu karışık katmanın oluşturulması) su kolonunu dikey olarak homojenleştirir . Karıştırma katmanı ne kadar büyükse, fitoplankton tarafından yakalanan ortalama ışık miktarı o kadar fazla olur. Karıştırma katmanının derinliği değişebilir: fotik bölgeden daha sığ veya daha derin olabilir. Fitoplankton, fotik bölgeden çok daha derin olduğunda, zamanlarının büyük bir bölümünü karanlıkta geçirir, bu da büyümelerini ve fotosentez yapma yeteneklerini yavaşlatır. Büyüme ve fotosentezin hala verimli bir şekilde gerçekleştiği karıştırma katmanının maksimum derinliğine kritik derinlik denir. Yeterli besin maddesi olduğu sürece, karıştırma tabakası kritik derinlikten daha sığ olduğunda bile net birincil üretim devam eder.
Rüzgar karışımının boyutu ve okyanus yüzeyindeki ışığın mevcudiyeti , farklı uzaysal ve zamansal ölçeklerde değiştirilir. En önemli değişiklikler , Dünya yüzeyindeki ışık ışınlarının geliş açısındaki değişikliklere yanıt olarak mevsimlerin döngüsüyle ilgilidir . Bu, özellikle birincil üretkenliğin okyanus yüzeyindeki olay ışığından (kışın azalır) ve fırtınalar nedeniyle kış döneminde daha büyük su sütununun yoğunluğundan büyük ölçüde etkilendiği ılıman ekosistemlerde geçerlidir. Tropik bölgelerde mevsimsellik daha az belirgindir, gelen ışık çok daha az değişkendir ve su karışımı yalnızca fırtına dönemlerinde aralıklı olarak meydana gelir.
BesinlerSuyun karıştırılması da birincil besin üretimini sınırlamada önemli bir rol oynar . Nitratlar , nitritler , fosfatlar ve silikatlar gibi inorganik besinler, onları büyümesi ve hücresel mekanizmasının düzgün çalışması için kullanan fitoplankton için gereklidir. Fotosentetik sistemin bileşenleri , enzimler ve proteinler aslında nitrojen (N) ve demir (Fe) bakımından zengindir . Fosfor (fosfat) (P) fitoplankton büyüme ve hücre bölünmesi için gerekli olan, bu (örneğin çeşitli biyomoleküllerin ana elemanlarından birini oluşturan nükleik asitler ve lipitlerin , özellikle temel bileşenleridir hücre zarları ). Aynı zamanda enerji transferi ve hücre metabolizmasında rol oynar ( ATP , ADP ve NADP + / NADPH'nin bir bileşenidir ). Silikatlar bazıları tarafından kullanılan diyatomlar onların silisli dış iskelet inşa etmek. Fitoplankton hücreleri bu elementleri sentezleyemez ve onları inorganik besinler şeklinde yaşam ortamlarından elde etmeleri gerekir. Bu nedenle, bu elementlerden birinin mevcudiyetinin sınırlandırılması, fotosentezde ve dolayısıyla birincil üretkenlikte bir azalmaya yol açabilir.
Fitoplanktonda, nitrojen (N) sınırlaması , fotosentez ve protein sentezi gibi bir dizi hücresel süreci etkileyebilir. Fotosentez, nitrojen içeren klorofil a miktarındaki azalmaya bağlı olarak ışık enerjisi toplama verimliliğindeki bir azalmadan ve ayrıca fotosentetik aparatı oluşturan protein sentezinin verimliliğindeki azalmadan etkilenebilir .
Partikül maddenin (plankton, dışkı veya ölü organizmalar gibi) yerçekimsel düşüşü nedeniyle , besinler fotik bölgeyi sürekli olarak terk eder ve sadece suyun karışması ve daha derin suyun yükselmesi yoluyla onu yeniler. Bu durum nedeniyle yüzey suları ve güçlü dikey tabakalaşma ve golü kaydederken azaltılmış rüzgarların ısınma yazında kötüleşir thermoklinin bu daha zor su karıştırmak için yapar ve daha zengin derin su yükselmeye olarak. Besinlerin içinde. In yüzeye çıkışı alanlar , yüksek birincil verimlilik nedeniyle besin açısından zengin, derin suların önemli upwelling görülmektedir.
DemirNispeten yakın zamanda keşfedilen potansiyel olarak sınırlayıcı bir başka faktör de demirdir. Nitrat indirgeme ve nitrojen fiksasyonu gibi işlemlerde yer alan enzimlerin kofaktörü (biyokimyası) olarak kullanılır . Okyanuslardaki başlıca demir kaynağı, rüzgarların taşıdığı çöllerden gelen tozdur. Sahra böylece önemli bir rol oynar döllenme okyanusların. Okyanusun çöllerden uzak olan veya toz taşıyan rüzgarlarla ulaşılamayan bölgelerinde (örneğin, güney ve kuzey Pasifik Okyanusu ), demir eksikliği birincil üretkenliği ciddi şekilde sınırlayabilir. Bu alanlar, demir kıtlığı nedeniyle Yüksek Besleyici, Düşük klorofil (in) İngilizce (yüksek besin, düşük klorofil) için HNLC bölgeleri adı olarak bilinir ve fitoplankton büyümesini sınırlar ve fazla besin maddesine yol açar. Bazı bilim adamları, küresel ısınmanın etkilerini sınırlamak için atmosferdeki karbondioksitin birincil üretkenliğini ve kullanımını artırmanın bir yolu olarak bu bölgelere demir verilmesini önerdiler. Bununla birlikte, demir gübreleme denemeleri, demir eklemenin gerçekten de birincil üretkenliği artırabildiğini, ancak etkilerinin çok hızlı bir şekilde yıprandığını göstermiştir. Ek olarak, doğal ekosistemlerin bileşimini yapay olarak değiştirmek her zaman çok tehlikelidir çünkü bunun sahip olabileceği sonuçları her zaman ölçemiyoruz.
Birincil üretimi ölçme yöntemleri, ölçülecek üretim türüne (Brüt veya Net) ve hedef ortama (karasal veya sucul ortam) göre farklılık gösterir. Brüt üretimi ölçmek her zaman net üretimden daha zordur çünkü solunuma ayrılan enerji miktarını ölçmeyi gerektirir. Solunum, aslında, doğru bir şekilde ölçülmeden önce birincil üretim ürünlerinin (örneğin şekerlerin) bir kısmını tüketen kalıcı bir süreçtir. Karasal birincil üretimin incelenmesi, genellikle bu üretimin bir kısmının erişilmesi daha zor olan yer altı doku ve organlarına yönelik olması nedeniyle zorlaşmaktadır. Sucul ortamlarda, deniz karı ve derin ekosistemler olgusunda da aynı sorun ortaya çıkar .