Primärproduktion

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Das Phytoplankton gewinnt durch Photosynthese Energie und produziert Biomasse

Der Begriff Primärproduktion bezeichnet in der Ökologie die Produktion von Biomasse durch die Primärproduzenten, also Pflanzen, Blaualgen und autotrophe Bakterien mit Hilfe von Licht oder chemischer Energie aus anorganischen Substanzen als autochthone Teile der Nahrungskette. Die Disziplin der Biologie, die sich mit der biologischen Produktion befasst, heißt Produktionsbiologie.

Die Primärproduktion wird aufgeteilt in die Bruttoprimärproduktion ($ {\text{BPP}}={\text{Gesamtmenge}} $), wofür ca. 1 bis 3 Prozent der Sonneneinstrahlung verwendet werden und die Nettoprimärproduktion ($ {\text{NPP}}={\text{BPP}}-{\text{Zellatmung}} $), die auch das Wachstum und die Nährstoffspeicherung der Pflanze berücksichtigt und nur 1 Prozent benutzt.

In der Ozeanologie und Limnologie ist dies die Produktion von Phytoplanktonzellen im Ozean und Süßwasser, die ihre Energie durch Photosynthese gewinnen, unter Nutzung von Nährstoffen. Diese kleinen grünen Zellen werden wiederum von den heterotrophen Konsumenten erster Ordnung, kleinen Tieren wie Wimpertierchen, Copepoden und Krill, verbraucht. Die Primärproduktion ist die Basis allen Lebens im pelagischen, d. h. landfernen Bereich der Ozeane.

Am Meeresboden, dem marinen Benthal, beispielsweise bei den Black Smokers an den mittelozeanischen Rücken, existiert ein Ökosystem eigener Art. Seine Basis ist nicht die Photosynthese, sondern die Chemosynthese, also die Gewinnung von Energie durch Zerlegung anorganischer Verbindungen wie Schwefelwasserstoff. Dort stellt letztlich die geothermische Energie die Quelle aller Lebensprozesse dar, während dies beim Prozess der Photosynthese die Energie der Sonne ist.

In terrestrischen Ökosystemen erfolgt die Primärproduktion hauptsächlich über Photosynthese durch Pflanzen, beispielsweise den Bäumen des Waldes. Primärproduktion kann aber auch durch Chemosynthese erfolgen. Hierbei wird statt Lichtenergie das energetische Potenzial chemischer Umsetzungen, besonders Redox-Reaktionen, ausgenutzt, um Biomasse aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufzubauen.

Maßeinheit der Primärproduktion ist die pro Zeiteinheit und Fläche (oder Volumen) in Biomasse gebundene Menge anorganischen Kohlenstoffs (in mgC/h/m2) oder die umgesetzte Energie pro Zeit und Fläche (in kJ/h/m2). Die höchste Primärproduktion findet in den Wattenmeeren und in den tropischen Regenwäldern statt.

Die Primärproduktion wird zum größten Teil durch die Konsumenten und Destruenten wieder zu anorganischen Substanzen umgesetzt. Den Überschuss bildet Torf und Gewässerschlamm, woraus in geologischen Zeiträumen Kohle und Erdöl entstehen.