Первичная продукция в экосистемах — это процесс образования органических веществ автотрофными организмами (растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями) из неорганических соединений при участии энергии солнечного излучения или химических реакций. Этот процесс является фундаментальным звеном в круговороте веществ, так как он формирует первичный источник энергии для всех последующих трофических уровней.
Существует два вида первичной продукции:
Формально:
NPP = GPP − R
где R — дыхательные потери растений.
Ключевой момент: именно NPP отражает доступную энергию для консументов и детритофагов, то есть для всех организмов, потребляющих готовую органику.
Фотосинтез напрямую зависит от интенсивности и спектра солнечного света. Существует оптимальный диапазон освещённости, при котором фотосинтез достигает максимума. При недостаточном освещении скорость синтеза органических веществ падает.
Фотопериод и сезонность также играют важную роль: в высоких широтах продолжительность светового дня и угол падения солнечных лучей ограничивают продукцию растений в зимний период.
Вода необходима для фотосинтеза и переноса растворённых веществ внутри растения. Недостаток влаги вызывает водный стресс, что приводит к закрытию устьиц и снижению газообмена. В условиях избытка воды возможны гипоксические процессы в почве, замедляющие рост корней и усвоение минералов.
Температура влияет на скорость ферментативных реакций фотосинтеза и дыхания. Каждому виду растений свойствен оптимум температур, при котором продукция максимальна.
Для синтеза органики растениям необходимы макро- и микроэлементы (азот, фосфор, калий, магний и др.). Их дефицит ограничивает рост растений и, соответственно, первичную продукцию. Азот является наиболее часто ограничивающим элементом в наземных экосистемах, а в водных экосистемах — азот и фосфор.
Углекислый газ — основной субстрат фотосинтеза. Его концентрация может быть ограничивающим фактором в закрытых экосистемах или при высоком уровне урбанизации, где присутствуют загрязнители, влияющие на газообмен.
Наличие травоядных и конкурирующих видов влияет на продукцию через отъем ресурсов и повреждение фотосинтетических тканей. Водные экосистемы испытывают дополнительное влияние фитопланктона и зоопланктона на продуктивность за счёт конкуренции за питательные вещества.
Сезонные колебания также выражены ярко: весной и летом продукция выше, осенью и зимой снижается, особенно в умеренных широтах.
Прямые методы: сбор и взвешивание биомассы растений в течение сезона.
Косвенные методы:
Ключевой момент: точная оценка NPP требует интеграции нескольких методов, учитывающих сезонные и пространственные колебания.