Die Methoden zur Messung der Primärproduktion variieren je nachdem, ob Brutto – oder Nettoproduktion das gewünschte Maß ist und ob terrestrische oder aquatische Systeme im Mittelpunkt stehen. Die Bruttoproduktion ist fast immer schwerer zu messen als die Nettoproduktion, da die Atmung ein kontinuierlicher und kontinuierlicher Prozess ist, der einige Produkte der Primärproduktion (d. H. Zucker) verbraucht, bevor sie genau gemessen werden können., Außerdem sind terrestrische Ökosysteme im Allgemeinen schwieriger, da ein erheblicher Teil der Gesamtproduktivität in unterirdische Organe und Gewebe verlagert wird, wo es logistisch schwierig ist, sie zu messen. Flachwasserwassersysteme können sich ebenfalls diesem Problem stellen.
Die Skala beeinflusst auch die Messtechniken stark. Die Rate der Kohlenstoffassimilation in Pflanzengeweben, Organen, ganzen Pflanzen oder Planktonproben kann durch biochemisch basierte Techniken quantifiziert werden, aber diese Techniken sind für große terrestrische Feldsituationen entschieden ungeeignet., Dort ist die Netto-Primärproduktion fast immer die gewünschte Variable, und Schätztechniken beinhalten verschiedene Methoden zur Schätzung von Biomasseänderungen im Trockengewicht im Laufe der Zeit. Biomasseschätzungen werden häufig durch einen empirisch ermittelten Umrechnungsfaktor in ein Energiemessgerät wie Kilokalorien umgewandelt.
TerrestrialEdit
Eine Eiche; ein typisches modernes, terrestrisches Autotroph
In terrestrischen Ökosystemen messen Forscher im Allgemeinen die Netto-Primärproduktion (NPP)., Obwohl seine Definition einfach ist, variieren Feldmessungen zur Schätzung der Produktivität je nach Ermittler und Biom. Feldschätzungen berücksichtigen selten unterirdische Produktivität, Pflanzenfresser, Umsatz, Litterfall, flüchtige organische Verbindungen, Wurzelexsudate und Zuordnung zu symbiotischen Mikroorganismen. Biomasse – basierte KKW-Schätzungen führen aufgrund unvollständiger Bilanzierung dieser Komponenten zu einer Unterschätzung des KKW. Viele Feldmessungen korrelieren jedoch gut mit KKW. Es gibt eine Reihe umfassender Überprüfungen der Feldmethoden zur Schätzung von KKW., Schätzungen der Ökosystematmung, des gesamten vom Ökosystem produzierten Kohlendioxids, können auch mit Gasflussmessungen durchgeführt werden.
Der größte ungenutzte Pool liegt unterhalb der Bodenproduktivität, insbesondere der Produktion und des Umsatzes von Wurzeln. Unterirdische Komponenten von KKW sind schwer zu messen. BNPP (Below-Ground NPP) wird häufig auf der Grundlage eines Verhältnisses von ANPP geschätzt:BNPP (oberirdisches KKW:unterirdisches KKW) anstatt direkte Messungen.
Die Bruttoprimärproduktion kann anhand von Messungen des Net Ecosystem Exchange (NEE) von Kohlendioxid geschätzt werden, die mit der Eddy-Kovarianz-Technik durchgeführt wurden., Während der Nacht misst diese Technik alle Komponenten der Herzatmung. Diese Atmung wird auf Tageszeitwerte skaliert und weiter von NEE subtrahiert.
GrasslandsEdit
Die Konza tallgrass Prairie in den Flint Hills im Nordosten von Kansas
Am häufigsten wird angenommen, dass die stehende Spitzenbiomasse NPP misst. In Systemen mit anhaltender stehender Einstreu wird häufig lebende Biomasse berichtet. Messungen der Spitzenbiomasse sind zuverlässiger, wenn das System überwiegend einjährig ist., Mehrjährige Messungen könnten jedoch zuverlässig sein, wenn es eine synchrone Phänologie gäbe, die von einem starken saisonalen Klima angetrieben würde. Diese Methoden können ANPP im Grasland um bis zu 2 (gemäßigte) bis 4 (tropische) Falte unterschätzen. Wiederholte Messungen von stehender lebender und toter Biomasse liefern genauere Schätzungen aller Graslandschaften, insbesondere solcher mit großem Umsatz, schneller Zersetzung und interspezifischen zeitlichen Schwankungen der Spitzenbiomasse. Die Feuchtlandproduktivität (Sümpfe und Fens) wird in ähnlicher Weise gemessen. In Europa macht das jährliche Mähen die jährliche Zunahme der Biomasse von Feuchtgebieten deutlich.,
ForestsEdit
Methoden zur Messung der Waldproduktivität sind vielfältiger als die von Grünland. Die Erhöhung der Biomasse auf der Grundlage einer spezifischen Allometrie plus Litterfall wird als geeignete, wenn auch unvollständige Bilanzierung der oberirdischen Netto-Primärproduktion (ANPP) angesehen. Feldmessungen, die als Proxy für ANPP verwendet werden, umfassen jährliche Litterfall -, Durchmesser-oder Basalbereichsinkremente (DBH oder BAI) und Volumeninkremente.,:
- Schwankungen der Sauerstoffkonzentration in einer versiegelten Flasche (1927 von Gaarder und Gran entwickelt)
- Einbau von anorganischem Kohlenstoff-14 (14C in Form von Natriumbicarbonat) in organische Stoffe
- Stabile Isotope von Sauerstoff (16O, 18O und 17O)
- Fluoreszenzkinetik (Technik noch ein Forschungsthema)
- Stabile Isotope von Kohlenstoff (12C und 13C)
- Sauerstoff/li> Argonverhältnisse
Die von Gaarder und Gran entwickelte Technik verwendet Variationen der Sauerstoffkonzentration unter verschiedenen experimentellen Bedingungen, um auf die Bruttoprimärproduktion schließen zu können., Typischerweise werden drei identische transparente Gefäße mit Probenwasser gefüllt und gestoppt. Die erste wird sofort analysiert und verwendet, um die anfängliche Sauerstoffkonzentration zu bestimmen; In der Regel erfolgt dies durch eine Winkler-Titration. Die anderen beiden Gefäße werden inkubiert, jeweils eines unter Licht und abgedunkelt. Nach einer festgelegten Zeit endet das Experiment und die Sauerstoffkonzentration in beiden Gefäßen wird gemessen. Da die Photosynthese nicht im dunklen Gefäß stattgefunden hat, liefert sie ein Maß für die Atmung des Ökosystems., Das leichte Gefäß ermöglicht sowohl die Photosynthese als auch die Atmung und liefert so ein Maß für die Netto-Photosynthese (d.h. Sauerstoffproduktion über Photosynthese subtrahieren Sauerstoffverbrauch durch Atmung). Die Bruttoprimärproduktion wird dann erhalten, indem der Sauerstoffverbrauch im dunklen Gefäß zur Nettosauerstoffproduktion im hellen Gefäß addiert wird.
Die Technik der Verwendung von 14C-Inkorporation (als Na2CO3 bezeichnet) zur Ableitung der Primärproduktion wird heute am häufigsten verwendet, da sie empfindlich ist und in allen Meeresumgebungen verwendet werden kann., Da 14C radioaktiv ist (über Beta-Zerfall), ist es relativ einfach, seinen Einbau in organisches Material mit Geräten wie Szintillationszählern zu messen.
Abhängig von der gewählten Inkubationszeit kann die Netto-oder Bruttoprimärproduktion geschätzt werden. Die Bruttoprimärproduktion wird am besten anhand relativ kurzer Inkubationszeiten (1 Stunde oder weniger) geschätzt, da der Verlust von eingearbeitetem 14C (durch Atmung und Ausscheidung / Exsudation von organischem Material) begrenzter ist., Die Netto-Primärproduktion ist der Anteil der Bruttoproduktion, der verbleibt, nachdem diese Verlustprozesse einen Teil des festen Kohlenstoffs verbraucht haben.
Die Verlustprozesse können je nach Inkubationszeit, Umgebungsbedingungen (insbesondere Temperatur) und den verwendeten Versuchsarten zwischen 10-60% des 14C liegen. Abgesehen von denen, die durch die Physiologie des Versuchspersonen selbst verursacht werden, müssen auch mögliche Verluste aufgrund der Aktivität der Verbraucher berücksichtigt werden., Dies gilt insbesondere für Experimente mit natürlichen Assemblagen mikroskopischer Autotrophen, bei denen es nicht möglich ist, sie von ihren Verbrauchern zu isolieren.
Die Methoden, die auf stabilen Isotopen und O2/Ar-Verhältnissen basieren, haben den Vorteil, dass die Atemfrequenz im Licht geschätzt werden kann, ohne dass Inkubationen im Dunkeln erforderlich sind., Unter ihnen haben das Verfahren der dreifachen Sauerstoffisotope und O2/Ar den zusätzlichen Vorteil, keine Inkubationen in geschlossenen Behältern zu benötigen und O2/Ar kann sogar kontinuierlich auf See mittels Equilibrator Inlet Mass Spectrometry (EIMS) oder Membran Inlet Mass Spectrometry (MIMS) gemessen werden. Wenn jedoch für den Kohlenstoffkreislauf relevante Ergebnisse gewünscht werden, ist es wahrscheinlich besser, sich auf Methoden zu verlassen, die auf Kohlenstoffisotopen (und nicht auf Sauerstoffisotopen) basieren., Es ist wichtig zu beachten, dass die auf kohlenstoffstabilen Isotopen basierende Methode nicht einfach eine Anpassung der klassischen 14C-Methode ist, sondern ein völlig anderer Ansatz, der nicht unter dem Problem mangelnder Berücksichtigung des Kohlenstoffrecyclings während der Photosynthese leidet.
GlobalEdit
Da die Primärproduktion in der Biosphäre ein wichtiger Teil des Kohlenstoffkreislaufs ist, ist die Schätzung im globalen Maßstab in der Erdsystemwissenschaft wichtig., Die Quantifizierung der Primärproduktion in diesem Maßstab ist jedoch aufgrund der Vielfalt der Lebensräume auf der Erde und aufgrund der Auswirkungen von Wetterereignissen (Verfügbarkeit von Sonnenlicht, Wasser) auf ihre Variabilität schwierig. Anhand satellitengestützter Schätzungen des normalisierten Differenzvegetationsindex (NDVI) für terrestrische Lebensräume und des Chlorophylls an der Meeresoberfläche für die Ozeane wird geschätzt, dass die gesamte (photoautotrophe) Primärproduktion für die Erde 104,9 Petagramme Kohlenstoff pro Jahr betrug (Pg C yr-1; entspricht dem Nicht−SI Gt C yr-1). Dieser, 56.4 Pg C yr−1 (53.,8%), war das Produkt von terrestrischen Organismen, während die restlichen 48,5 Pg C yr-1, wurde durch ozeanische Produktion entfielen.,
Skalierung von GPP-Schätzungen auf Ökosystemebene auf der Grundlage von Wirbelkovarianzmessungen des Netto−Ökosystemaustauschs (siehe oben) auf regionale und globale Werte unter Verwendung räumlicher Details verschiedener Prädiktorvariablen wie Klimavariablen und fernerkennbarer fAPAR oder LAI führte zu einer terrestrischen Bruttoprimärproduktion von 123±8 Gt Kohlenstoff (NICHT Kohlendioxid) pro Jahr während 1998-2005
Flächenmäßig wurde geschätzt, dass die Landproduktion ungefähr 426 g C m−2 yr−1 betrug (ausgenommen Gebiete mit permanenter Eisdecke), während das für die Ozeane war 140 g C m−2 yr-1., Ein weiterer signifikanter Unterschied zwischen dem Land und den Ozeanen liegt in ihren Beständen – während sie fast die Hälfte der Gesamtproduktion ausmachen, machen ozeanische Autotrophe nur etwa 0,2% der gesamten Biomasse aus.
SCHÄTZUNGENEDIT
Die primäre Produktivität kann durch eine Vielzahl von Proxys geschätzt werden. Eine, die für die geologische Aufzeichnung von besonderer Bedeutung ist, ist Barium, dessen Konzentration in marinen Sedimenten im Einklang mit der Primärproduktivität an der Oberfläche steigt.
