metody pomiaru produkcji pierwotnej różnią się w zależności od tego, czy produkcja brutto lub netto jest pożądaną miarą, a systemy lądowe lub wodne są przedmiotem zainteresowania. Produkcja brutto jest prawie zawsze trudniejsza do zmierzenia niż netto, ze względu na oddychanie, które jest ciągłym i ciągłym procesem, który zużywa niektóre produkty produkcji pierwotnej (tj. cukry), zanim można je dokładnie zmierzyć., Ponadto ekosystemy lądowe są na ogół trudniejsze, ponieważ znaczna część całkowitej wydajności jest kierowana do narządów i tkanek znajdujących się pod ziemią, gdzie jest to logistycznie trudne do zmierzenia. Płytkie systemy wodne mogą również stawić czoła temu problemowi.
Skala ma również duży wpływ na techniki pomiarowe. Szybkość asymilacji węgla w tkankach roślinnych, organach, całych roślinach lub próbkach planktonu może być określona ilościowo za pomocą technik biochemicznych, ale techniki te są zdecydowanie nieodpowiednie dla dużych sytuacji na polu Ziemskim., Tam produkcja pierwotna netto jest prawie zawsze pożądaną zmienną, a techniki szacowania obejmują różne metody szacowania zmian biomasy suchej masy w czasie. Szacunki biomasy są często przeliczane na miarę energetyczną, taką jak kilokalorie, przez empirycznie ustalony Współczynnik konwersji.
TerrestrialEdit
Dąb; typowy współczesny, naziemny autotroph
w ekosystemach lądowych naukowcy na ogół mierzą produkcję pierwotną netto (NPP)., Chociaż jego definicja jest prosta, pomiary terenowe używane do szacowania wydajności różnią się w zależności od badacza i biomu. Szacunki terenowe rzadko uwzględniają produktywność pod ziemią, roślinność, obroty, opad światła, lotne związki organiczne, wysięki korzeniowe i przydział do symbiotycznych mikroorganizmów. Szacunki dotyczące elektrowni jądrowej oparte na biomasie powodują niedoszacowanie elektrowni jądrowej ze względu na niepełne ujęcie tych składników. Jednak wiele pomiarów terenowych dobrze koreluje z elektrownią jądrową. Istnieje szereg kompleksowych przeglądów metod terenowych stosowanych do szacowania elektrowni jądrowej., Szacunki oddychania ekosystemu, całkowitego dwutlenku węgla wytwarzanego przez ekosystem, mogą być również wykonane z pomiarów strumienia gazu.
główną zaletą jest niska produktywność, zwłaszcza produkcja i obroty korzeni. Poniżej elementy naziemne elektrowni jądrowej są trudne do zmierzenia. BNPP (below-ground NPP) jest często szacowana na podstawie stosunku ANPP:BNPP (over-ground NPP:below-ground NPP), a nie bezpośrednich pomiarów.
produkcja pierwotna brutto może być oszacowana na podstawie pomiarów wymiany ekosystemu netto (NEE) dwutlenku węgla wykonanych techniką kowariancji wirowej., W nocy technika ta mierzy wszystkie składniki oddychania ekosystemu. Oddychanie to jest skalowane do wartości dziennych i dalej odejmowane od NEE.
Trawyedytuj
najczęściej przyjmuje się, że szczytowa biomasa stojąca mierzy elektrownię jądrową. W systemach z utrzymującą się ściółką stojącą często podaje się żywą biomasę. Pomiary szczytowej biomasy są bardziej wiarygodne, jeśli system jest głównie jednoroczny., Jednak wieloletnie pomiary mogłyby być wiarygodne, gdyby istniała fenologia synchroniczna napędzana silnym klimatem sezonowym. Metody te mogą zaniżyć ANPP na terenach trawiastych nawet o 2 (umiarkowany) do 4 (tropikalny) krotnie. Powtarzające się pomiary stojącej żywej i martwej biomasy zapewniają dokładniejsze szacunki wszystkich użytków zielonych, szczególnie tych o dużych obrotach, szybkim rozkładzie i międzygatunkowej zmienności w czasie szczytowej biomasy. Podobnie mierzy się wydajność Mokradeł (bagna i torfowiska). W Europie coroczne koszenie sprawia, że roczny przyrost biomasy na terenach podmokłych jest widoczny.,
Leśnictwoedytuj
metody pomiaru wydajności lasów są bardziej zróżnicowane niż metody pomiaru użytków zielonych. Przyrost biomasy oparty na allometrii specyficznej dla stanowiska oraz opadach ściółki uznaje się za odpowiednie, choć niekompletne ujęcie naziemnej produkcji pierwotnej netto (ANPP). Pomiary terenowe stosowane jako proxy dla ANPP obejmują roczny opad ściółki, przyrost średnicy lub powierzchni podstawowej (DBH lub BAI) oraz przyrost objętości.,:
- zmiany stężenia tlenu w zamkniętej butelce (opracowane przez Gaardera i Gran w 1927 roku)
- włączenie nieorganicznego węgla-14 (14C w postaci wodorowęglanu sodu) do materii organicznej
- stabilne izotopy tlenu (16O, 18O i 17O)
- Kinetyka fluorescencji (technika wciąż przedmiotem badań)
- stabilne izotopy węgla (12C i 13C)
- stosunek tlenu do argonu
technika opracowana przez gaardera i Gran wykorzystuje zmiany stężenia tlenu w różnych warunkach doświadczalnych, aby wywnioskować pierwotną produkcję brutto., Zazwyczaj trzy identyczne przezroczyste naczynia są napełniane wodą z próbką i zamykane. Pierwszy jest natychmiast analizowany i używany do określenia początkowego stężenia tlenu; zwykle odbywa się to przez wykonanie miareczkowania Winklera. Pozostałe dwa naczynia są inkubowane, po jednym w świetle i przyciemnione. Po określonym czasie eksperyment kończy się, a stężenie tlenu w obu naczyniach jest mierzone. Ponieważ fotosynteza nie odbyła się w ciemnym naczyniu, zapewnia miarę oddychania ekosystemu., Zbiornik światła umożliwia zarówno fotosyntezę, jak i oddychanie, dzięki czemu zapewnia miarę fotosyntezy netto (tj. wytwarzanie tlenu przez fotosyntezę odejmuje zużycie tlenu przez oddychanie). Produkcja pierwotna brutto jest następnie uzyskiwana przez dodanie zużycia tlenu w ciemnym naczyniu do produkcji tlenu netto w jasnym naczyniu.
technika stosowania inkorporacji 14C (dodawanej jako Na2CO3) do wnioskowania o produkcji pierwotnej jest obecnie najczęściej stosowana, ponieważ jest wrażliwa i może być stosowana we wszystkich środowiskach oceanicznych., Ponieważ 14C jest radioaktywne (poprzez rozpad beta), stosunkowo łatwo jest zmierzyć jego zawartość w materiale organicznym za pomocą urządzeń takich jak liczniki scyntylacyjne.
w zależności od wybranego czasu inkubacji można oszacować produkcję pierwotną netto lub BRUTTO. Produkcja pierwotna brutto jest najlepiej oszacowana przy użyciu stosunkowo krótkich czasów inkubacji (1 godzina lub mniej), ponieważ utrata włączonego 14C (przez oddychanie i wydalanie / wysięk materiału organicznego) będzie bardziej ograniczona., Produkcja pierwotna netto jest ułamkiem produkcji brutto pozostałej po tym, jak te procesy strat zużywają część stałego węgla.
procesy strat mogą wahać się od 10 do 60% włączonego 14C w zależności od okresu inkubacji, warunków otoczenia (zwłaszcza temperatury) i użytych gatunków doświadczalnych. Oprócz tych spowodowanych przez fizjologię samego podmiotu doświadczalnego, należy również wziąć pod uwagę potencjalne straty wynikające z aktywności konsumentów., Jest to szczególnie prawdziwe w eksperymentach z wykorzystaniem naturalnych zestawów mikroskopijnych autotrofów, gdzie nie jest możliwe odizolowanie ich od konsumentów.
metody oparte na stabilnych izotopach i współczynnikach O2 / Ar mają tę zaletę, że zapewniają oszacowanie szybkości oddychania w świetle bez potrzeby inkubacji w ciemności., Wśród nich metoda potrójnych izotopów tlenu i O2 / Ar mają dodatkową zaletę, że nie wymagają inkubacji w zamkniętych pojemnikach, a O2 / Ar można nawet mierzyć w sposób ciągły na morzu za pomocą equilibrator Inlet mass spectrometry (EIMS) lub membranowej Inlet mass spectrometry (MIMS). Jeśli jednak pożądane są wyniki istotne dla cyklu węglowego, prawdopodobnie lepiej jest polegać na metodach opartych na izotopach węgla (a nie tlenu)., Należy zauważyć, że metoda oparta na izotopach stabilnych węgla nie jest po prostu adaptacją klasycznej metody 14C, ale zupełnie innym podejściem, które nie cierpi z powodu problemu braku uwzględnienia recyklingu węgla podczas fotosyntezy.
GlobalEdit
ponieważ produkcja pierwotna w biosferze jest ważną częścią cyklu węglowego, szacowanie jej w skali globalnej jest ważne w nauce o systemie Ziemskim., Jednak kwantyfikacja produkcji pierwotnej w tej skali jest trudna ze względu na zasięg siedlisk na Ziemi oraz wpływ zjawisk pogodowych (dostępność światła słonecznego, wody) na jej zmienność. Korzystając z satelitarnych szacunków znormalizowanego indeksu roślinności różnicowej (NDVI) dla siedlisk lądowych i chlorofilu na powierzchni mórz dla oceanów, szacuje się, że całkowita (fotoautotroficzna) pierwotna produkcja dla Ziemi wynosiła 104,9 petagramów węgla rocznie (PG C yr−1; odpowiednik Nie-SI Gt C yr−1). Z tego 56,4 Pg C yr−1 (53.,8%), był produktem organizmów lądowych, podczas gdy pozostałe 48,5 Pg C yr-1, stanowiły produkcję oceaniczną.,
skalowanie estymacji GPP na poziomie ekosystemu na podstawie pomiarów kowariancji wirowej wymiany ekosystemu netto (patrz powyżej) do wartości regionalnych i globalnych przy użyciu szczegółów przestrzennych różnych zmiennych predykcyjnych, takich jak zmienne klimatyczne i zdalnie wykrywane fAPAR lub LAI doprowadziło do pierwotnej produkcji brutto brutto 123±8 Gt węgla (nie dwutlenku węgla) rocznie w latach 1998-2005
w kategoriach arealnych, oszacowano, że produkcja gruntów wynosiła około 426 g C M-2 yr−1 (z wyłączeniem obszary ze stałą pokrywą lodową), natomiast dla oceanów wynosiła ona 140 g C M−2 yr−1., Inną istotną różnicą między lądem a oceanami jest ich stan zapasów-podczas gdy stanowią prawie połowę całkowitej produkcji, autotrofy oceaniczne stanowią tylko około 0,2% całkowitej biomasy.
Szacowaniedytuj
wydajność pierwotną można oszacować za pomocą różnych proxy. Szczególne znaczenie dla zapisu geologicznego ma Bar, którego stężenie w osadach morskich wzrasta zgodnie z pierwotną produktywnością na powierzchni.
