Die Gesamtmenge an Energie, die von den Primärproduzenten in einem Ökosystem erworben wird, wird als Bruttoprimärproduktion (BPP) bezeichnet. Von dieser Energie verwenden die Produzenten jedoch einen Teil für Stoffwechselprozesse, während ein Teil als Wärme verloren geht. Dadurch sinkt die verfügbare Energiemenge für die nächste trophische Ebene. Die verbleibende nutzbare Energiemenge wird als Nettoprimärproduktion (NPP) bezeichnet. In terrestrischen Ökosystemen wird die NPP durch das Klima bestimmt, während in aquatischen Ökosystemen die Lichtpenetration und die Nährstoffverfügbarkeit die NPP bestimmen.

Bruttoprimärproduktion

Energie kann von Organismen auf drei Arten erworben werden: Fotosynthese, Chemosynthese und durch den Konsum von anderen Organismen. Autotrophe oder Produzenten synthetisieren ihre Nahrung. Chemoautotrophe treten in Ökosystemen auf, in denen Sonnenlicht nicht verfügbar ist. Sie nutzen Chemikalien als Energiequelle, wie z.B. Schwefelwasserstoff H₂S, aus hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, während Fotoautotrophe die Energie des Sonnenlichts in nutzbare Energie für die restlichen Organismen in einem Ökosystem umwandeln. Die Geschwindigkeit, mit der diese Produzenten diese Energie aufnehmen und umwandeln, wird als die Gesamtbruttoprimärproduktion (GBP) des Ökosystems bezeichnet, die auch ein Maß für die Gesamtmenge der von den Primärproduzenten akkumulierten Energie in einem Ökosystem ist.

Nettoprimärproduktion

Die von den Produzenten gewonnene Energie steht jedoch nicht vollständig für die Nutzung durch die anderen Organismen im Ökosystem bereit. Sowohl bei der Chemosynthese als auch bei der Fotosynthese wird die Energie von den Primärproduzenten für ihre Zellatmung verwendet, während ein Teil in Stoffwechselprozessen als Nebenprodukt (Wärme) verloren geht. Die Energie, die nach der Atmung und dem Stoffwechsel der Primärproduzenten übrig bleibt, wird als Nettoprimärproduktion (NPP) bezeichnet, die dann dem Primärkonsumenten in der nächsten trophischen Ebene zur Verfügung steht.

NPP der Ökosysteme

Die Ökosysteme mit dem höchsten NPP sind tropische Feuchtregenwälder und Flussmündungen, die durch warme Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und einen Nährstoffzufluss beeinflusst werden. Zu den Ökosystemen mit geringer Produktivität zählen Wüsten und die Arktis, die trocken und entweder zu heiß oder zu kalt für hohe Wachstumsraten der Pflanzen sind.

In aquatischen Ökosystemen beeinflussen sowohl die Licht- als auch die Nährstoffmengen die Primärproduktion. Die Penetrationstiefe des Lichts fördert eine hohe Primärproduktion sowohl in flachen Küstengewässern als auch an der Oberfläche der Tiefsee und Seen. Das Phytoplankton, das fast 40% des Sauerstoffs der Erde produziert, wächst an der Oberfläche in Meerwasser und Süßwasser, während in seichten Gewässern die unterschiedlichsten Korallenriffe und Wasserpflanzen gedeihen.

Flächen mit Nährstoffzufluss haben ein außergewöhnlich hohes Niveau der Primärproduktion. Beispiele dafür sind Flussmündungen, in denen sich stickstoffreiches Süßwasser mit Salzwasser vermischt, oder Auftriebsgebiete im Meer, in denen die organischen Substanzen des tiefen Ozeans an die Oberfläche zirkulieren. Der Zufluss von Makronährstoffen wie Phosphor und Stickstoff erhöht die Primärproduktion, da diese sonst limitierende Faktoren für das Wachstum der fotosynthetisierenden Organismen sind. Ein übermäßiger Zufluss dieser Nährstoffe aus dem landwirtschaftlichen Abfluss kann ein exponentielles Wachstum von Algen und Phytoplankton verursachen, wodurch das Wasser an Sauerstoff verarmt und somit die Flora und Fauna des Wassers negativ beeinflusst—ein Prozess, der als Eutrophierung bekannt ist.