Producción primaria - en ecología , valor que caracteriza el aumento de la cantidad de materia orgánica formada durante un cierto tiempo por organismos autótrofos (por ejemplo, plantas verdes o cianobacterias ) a partir de componentes inorgánicos simples. Dado que la fuente de carbono para los organismos autótrofos es, por regla general, el dióxido de carbono CO 2 ( dióxido de carbono ), la producción primaria actualmente se estima con mayor frecuencia por la cantidad de carbono ligado durante un cierto tiempo por la vegetación terrestre o el fitoplancton oceánico (lacustre). por unidad de área. En el caso del fitoplancton, que se caracteriza por una alta tasa de formación de materia orgánica por unidad de biomasa , la producción primaria se estima para períodos cortos de tiempo, la mayoría de las veces para un día. Si hablamos de vegetación terrestre, en la que la tasa de formación de materia orgánica por unidad de biomasa es significativamente menor, la producción primaria se estima para el año o para la época de crecimiento.
El concepto de producción primaria se aplica no solo a los organismos fotoautótrofos (es decir, aquellos que utilizan la luz como fuente de energía), sino también a los quimioautótrofos (es decir, organismos que también crean materia orgánica , pero debido a la energía que reciben al conducir reacciones redox con sustancias simples, por ejemplo, oxidando amonio a nitrito, o sulfuros a sulfatos ). Solo algunas procariotas ( bacterias en el sentido amplio de la palabra) son capaces de este método de obtención de energía. En la biosfera moderna , el papel de los quimioautótrofos es insignificante. El ejemplo más famoso es su creación de materia orgánica (que luego es utilizada por todos los organismos) en ecosistemas hidrotermales de aguas profundas : oasis de vida que existen a grandes profundidades en algunas áreas del fondo del océano, donde emergen aguas calientes ricas en compuestos reducidos. a través de grietas en la corteza.
Casi desde el comienzo del estudio de la producción primaria, los investigadores han distinguido entre "Producción Primaria Bruta" (PPB) y "Producción Primaria Neta" (PPN). La producción bruta es la cantidad total de materia orgánica formada por el organismo productor , y la producción neta es la producción bruta menos los costos del propio productor por respiración . En otras palabras: NPP = GPP - R, donde R es el costo de respirar. El aumento real de la masa de productores es la producción primaria neta. Es esta sustancia la que puede ser utilizada por los consumidores, es ella quien crea la base para apoyar toda la cadena alimentaria .
Las primeras mediciones de producción primaria fueron realizadas por G. G. Vinberg en 1932 en el lago. Blanco (en Kosino cerca de Moscú). Para ello, propuso el método de las "botellas oscuras y claras", cuya esencia es que la cantidad de materia orgánica formada durante la fotosíntesis se juzga por la cantidad de oxígeno que se ha liberado. El trabajo comienza con la toma de una muestra de agua de cierta profundidad (junto con el plancton que contiene), que se vierte en tres botellas (frascos) con tapón esmerilado. En una de las botellas, el contenido de oxígeno disuelto se determina inmediatamente por el método químico, y las otras dos (una de las cuales es "oscura", protegida de la luz, y la otra es "clara", transparente a la luz) se colocan durante un día en un estanque, hasta la profundidad de donde se tomó la muestra original. Un día después, los viales se elevan a la superficie y se determina en ellos el contenido de oxígeno. Obviamente, tanto la fotosíntesis como la respiración tenían lugar en los matraces de luz, mientras que en los matraces oscuros aislados de la luz sólo tenía lugar la respiración. La cantidad de materia orgánica que se ha formado se calcula a partir de la diferencia en la cantidad de oxígeno en los viales claros y oscuros. Vinberg llevó a cabo estas determinaciones similares de producción a la vez para una serie de muestras tomadas de diferentes profundidades, y lo hizo repetidamente a lo largo de la temporada de crecimiento. Como resultado, pudo estimar la producción primaria de todo el embalse. Tres años después del trabajo de Vinberg, se aplicó un método similar para determinar la producción primaria en EE . UU . en Lake. Linsley Pond (pc. Connecticut ) G. Riley (G. Riley), quien trabajó bajo la dirección de J. E. Hutchinson . Los investigadores estadounidenses no estaban al tanto del trabajo de Vinberg, sin embargo, Hutchinson reconoció más tarde la prioridad de Vinberg.
Más tarde se descubrió que la versión de "oxígeno" del método de botellas oscuras y claras propuesto por Vinberg no es lo suficientemente sensible cuando se trata de estimar la producción de fitoplancton en el océano, donde es, por regla general, significativamente menor que en los lagos. de la zona templada. A principios de la década de 1950, el investigador danés E. Stiman-Nielsen, en una expedición en el buque de investigación Galatea, utilizó el llamado método de "radiocarbono". Su significado radica en que a los viales con muestras de agua que contenían plancton se les añadía CO 2 marcado con un isótopo radiactivo de carbono 14 C. segúny
En la década de 1960, el trabajo sobre la evaluación de la producción primaria del océano se desarrolló en un frente amplio. Investigadores de la URSS también tomaron parte activa en ellos . El trabajo realizado, incluso en los buques de investigación de la Academia de Ciencias, permitió mapear la distribución de los valores de producción primaria en toda el área de agua del Océano Mundial . Hasta hace poco tiempo, cuando se empezaron a utilizar métodos remotos (desde naves espaciales ) para estimar la cantidad de clorofila en las aguas superficiales del océano, este mapa seguía siendo el único.
Incluso entonces quedó claro (y posteriormente confirmado por métodos remotos) que en las partes centrales de todos los océanos hay vastas áreas donde el valor de la producción primaria es extremadamente bajo. Esto se debe al hecho de que el desarrollo del fitoplancton allí está limitado por la falta de elementos biogénicos, principalmente nitrógeno y fósforo, en forma mineral disponible para uso del fitoplancton. Las áreas de alta intensidad de formación de producción primaria ocupan un área pequeña: estas son el Atlántico Norte , algunas áreas del Océano Pacífico Norte , algunas áreas del Océano Austral (alrededor de la Antártida) y zonas de aguas profundas ( surgencia ).
Según los datos actuales, la producción primaria neta total de todo el océano es de unos 60.000 millones de toneladas de carbono al año, aunque el rango de estimaciones que dan diferentes autores es muy amplio, desde 35 a 100.000 millones de toneladas. Para toda la superficie terrestre, la producción primaria neta para el año se estima en un valor similar: 57 mil millones de toneladas (con una diferencia en las estimaciones de diferentes autores, de 48 a 65 mil millones de toneladas). Así, por unidad de área, la producción primaria de la tierra es significativamente mayor que la del océano. Los principales factores que limitan la producción primaria de la tierra son la falta de humedad (desiertos en las partes centrales de los continentes) y las bajas temperaturas (en las tierras altas y latitudes altas). Fundamentalmente diferente para la tierra y el océano es la productividad de una unidad de biomasa. Con un valor total aproximadamente igual de producción primaria neta, la biomasa promedio de los propios productores en la tierra es de aproximadamente 800 mil millones de toneladas de carbono, y en el océano, solo alrededor de 2 mil millones de toneladas. Por lo tanto, la tasa de formación de materia nueva por unidad de biomasa en el océano es cientos de veces mayor que en tierra firme.