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I metodi di misurazione della produzione primaria variano a seconda che la produzione lorda vs netta sia la misura desiderata e che i sistemi terrestri o acquatici siano il focus. La produzione lorda è quasi sempre più difficile da misurare rispetto a quella netta, a causa della respirazione, che è un processo continuo e continuo che consuma alcuni dei prodotti della produzione primaria (cioè gli zuccheri) prima che possano essere misurati con precisione., Inoltre, gli ecosistemi terrestri sono generalmente più difficili perché una parte sostanziale della produttività totale è deviata verso organi e tessuti sotterranei, dove è logisticamente difficile da misurare. Anche i sistemi acquatici in acque poco profonde possono affrontare questo problema.

Anche la scala influisce notevolmente sulle tecniche di misurazione. Il tasso di assimilazione del carbonio nei tessuti vegetali, organi, piante intere o campioni di plancton può essere quantificato con tecniche basate biochimicamente, ma queste tecniche sono decisamente inappropriate per situazioni di campo terrestre su larga scala., Lì, la produzione primaria netta è quasi sempre la variabile desiderata e le tecniche di stima implicano vari metodi per stimare i cambiamenti della biomassa a peso secco nel tempo. Le stime della biomassa sono spesso convertite in una misura di energia, come le kilocalorie, da un fattore di conversione empiricamente determinato.

TerrestrialEdit

Negli ecosistemi terrestri, i ricercatori generalmente misurano la produzione primaria netta (NPP)., Sebbene la sua definizione sia semplice, le misurazioni sul campo utilizzate per stimare la produttività variano in base allo sperimentatore e al bioma. Le stime di campo raramente rappresentano la produttività sotto terra, erbivori, turnover, litterfall, composti organici volatili, essudati radicali e allocazione a microrganismi simbiotici. Le stime di NPP basate sulla biomassa comportano una sottostima di NPP a causa della contabilità incompleta di questi componenti. Tuttavia, molte misurazioni sul campo correlano bene alla NPP. Ci sono una serie di revisioni complete dei metodi di campo utilizzati per stimare NPP., Le stime della respirazione dell’ecosistema, l’anidride carbonica totale prodotta dall’ecosistema, possono essere effettuate anche con misurazioni del flusso di gas.

Il pool principale non contabilizzato è la produttività sottostante, in particolare la produzione e il fatturato delle radici. I componenti sottostanti di NPP sono difficili da misurare. BNPP (sottosuolo NPP) è spesso stimato sulla base di un rapporto di ANPP:BNPP (fuori terra NPP:sottosuolo NPP) piuttosto che misurazioni dirette.

La produzione primaria lorda può essere stimata dalle misurazioni dello scambio netto di ecosistemi (NEE) di anidride carbonica effettuate con la tecnica della covarianza di eddy., Durante la notte, questa tecnica misura tutti i componenti della respirazione dell’ecosistema. Questa respirazione viene ridimensionata a valori diurni e ulteriormente sottratta da NEE.

GrasslandsEdit

Più frequentemente, si presume che la biomassa di picco in piedi misuri la NPP. Nei sistemi con lettiera permanente persistente, la biomassa viva è comunemente riportata. Le misure della biomassa di picco sono più affidabili se il sistema è prevalentemente annuale., Tuttavia, le misurazioni perenni potrebbero essere affidabili se ci fosse una fenologia sincrona guidata da un forte clima stagionale. Questi metodi possono sottovalutare ANPP nelle praterie di ben 2 (temperato) a 4 (tropicale) volte. Misure ripetute di biomassa viva e morta in piedi forniscono stime più accurate di tutte le praterie, in particolare quelle con grande turnover, rapida decomposizione e variazione interspecifica nella tempistica della biomassa di picco. La produttività delle zone umide (paludi e paludi) è misurata in modo analogo. In Europa, la falciatura annuale rende evidente l’incremento annuale di biomassa delle zone umide.,

ForestsEdit

I metodi utilizzati per misurare la produttività forestale sono più diversi rispetto a quelli delle praterie. L’incremento della biomassa basato sull’allometria specifica dello stand più litterfall è considerato una contabilità adeguata anche se incompleta della produzione primaria netta fuori terra (ANPP). Le misurazioni sul campo utilizzate come proxy per ANPP includono litterfall annuale, incremento del diametro o dell’area basale (DBH o BAI) e incremento del volume.,:

1. le variazioni nella concentrazione di ossigeno all’interno di una bottiglia sigillata (sviluppato da Gaarder e Gran 1927)
2. incorporazione di carbonio inorganico-14 (14C in forma di bicarbonato di sodio) in materia organica
3. gli isotopi Stabili di Ossigeno (16O, 18O e 17O)
4. cinetica di fluorescenza (tecnica è ancora un tema di ricerca)
5. isotopi Stabili del Carbonio (12C e 13C)
6. Ossigeno/Argon Rapporti

La tecnica sviluppata da Gaarder e Gran utilizza variazioni della concentrazione di ossigeno in diverse condizioni sperimentali per inferire la produzione primaria lorda., In genere, tre vasi trasparenti identici vengono riempiti con acqua campione e bloccati. Il primo viene analizzato immediatamente e utilizzato per determinare la concentrazione iniziale di ossigeno; di solito questo viene fatto eseguendo una titolazione Winkler. Gli altri due vasi sono incubati, uno ciascuno in sotto la luce e oscurato. Dopo un determinato periodo di tempo, l’esperimento termina e viene misurata la concentrazione di ossigeno in entrambe le navi. Poiché la fotosintesi non ha avuto luogo nel vaso scuro, fornisce una misura della respirazione dell’ecosistema., Il vaso luminoso permette sia la fotosintesi che la respirazione, quindi fornisce una misura della fotosintesi netta (cioè la produzione di ossigeno attraverso la fotosintesi sottrae il consumo di ossigeno dalla respirazione). La produzione primaria lorda viene quindi ottenuta aggiungendo il consumo di ossigeno nel recipiente scuro alla produzione netta di ossigeno nel recipiente leggero.

La tecnica di utilizzare l’incorporazione 14C (aggiunta come etichettata Na2CO3) per dedurre la produzione primaria è più comunemente usata oggi perché è sensibile e può essere utilizzata in tutti gli ambienti oceanici., Poiché 14C è radioattivo (tramite decadimento beta), è relativamente semplice misurare la sua incorporazione in materiale organico utilizzando dispositivi come contatori di scintillazione.

A seconda del tempo di incubazione scelto, è possibile stimare la produzione primaria netta o lorda. La produzione primaria lorda è stimata al meglio utilizzando tempi di incubazione relativamente brevi (1 ora o meno), poiché la perdita di 14C incorporato (per respirazione ed escrezione / essudazione di materiale organico) sarà più limitata., La produzione primaria netta è la frazione della produzione lorda rimanente dopo che questi processi di perdita hanno consumato parte del carbonio fisso.

I processi di perdita possono variare tra il 10-60% del 14C incorporato in base al periodo di incubazione, alle condizioni ambientali ambientali (in particolare alla temperatura) e alle specie sperimentali utilizzate. Oltre a quelli causati dalla fisiologia del soggetto sperimentale stesso, devono essere considerate anche le potenziali perdite dovute all’attività dei consumatori., Ciò è particolarmente vero negli esperimenti che fanno uso di assemblaggi naturali di autotrofi microscopici, dove non è possibile isolarli dai loro consumatori.

I metodi basati su isotopi stabili e rapporti O2 / Ar hanno il vantaggio di fornire stime dei tassi di respirazione alla luce senza la necessità di incubazioni al buio., Tra questi, il metodo degli isotopi tripli di ossigeno e O2/Ar hanno l’ulteriore vantaggio di non aver bisogno di incubazioni in contenitori chiusi e O2/Ar può anche essere misurato continuamente in mare utilizzando la spettrometria di massa di ingresso dell’equilibratore (EIMS) o una spettrometria di massa di ingresso a membrana (MIMS). Tuttavia, se si desiderano risultati rilevanti per il ciclo del carbonio, è probabilmente meglio affidarsi a metodi basati su isotopi di carbonio (e non di ossigeno)., È importante notare che il metodo basato su isotopi stabili del carbonio non è semplicemente un adattamento del classico metodo 14C, ma un approccio completamente diverso che non soffre del problema della mancanza di considerazione del riciclaggio del carbonio durante la fotosintesi.

GlobalEdit

Poiché la produzione primaria nella biosfera è una parte importante del ciclo del carbonio, stimarla su scala globale è importante nella scienza del sistema terrestre., Tuttavia, quantificare la produzione primaria a questa scala è difficile a causa della gamma di habitat sulla Terra e dell’impatto degli eventi meteorologici (disponibilità di luce solare, acqua) sulla sua variabilità. Utilizzando stime derivate dal satellite dell’indice di vegetazione a differenza normalizzata (NDVI) per gli habitat terrestri e la clorofilla di superficie marina per gli oceani, si stima che la produzione primaria totale (fotoautotrofica) per la Terra sia stata di 104,9 petagrammi di carbonio all’anno (Pg C yr-1; equivalente al non−SI Gt C yr-1). Di questo, 56.4 Pg C yr−1 (53.,8%), era il prodotto di organismi terrestri, mentre il restante 48,5 Pg C yr−1, era rappresentato dalla produzione oceanica.,

Scala di ecosistema-livello GPP stime basate su eddy covariance misure di net ecosystem exchange (vedi sopra) a livello regionale e globale dei valori utilizzando spaziale di variabili predittive, come il clima variabili e telerilevati fAPAR o LAI ha portato a un terrestre produzione primaria lorda di 123±8 Gt di carbonio (NON di biossido di carbonio all’anno durante 1998-2005

areale termini, è stato stimato che il paese di produzione è stato di circa 426 g C m−2 yr−1 (escluse le aree con la permanente copertura di ghiaccio), mentre per gli oceani era di 140 g C m−2 yr−1., Un’altra differenza significativa tra la terra e gli oceani risiede nelle loro scorte permanenti – mentre rappresentano quasi la metà della produzione totale, gli autotrofi oceanici rappresentano solo circa lo 0,2% della biomassa totale.

EstimatesEdit

La produttività primaria può essere stimata da una varietà di proxy. Uno che ha particolare rilevanza per il record geologico è il bario, la cui concentrazione nei sedimenti marini aumenta in linea con la produttività primaria in superficie.