La quantità totale di energia acquisita dai produttori primari in un ecosistema è chiamata produzione primaria lorda (GPP). Tuttavia, di questa energia, i produttori utilizzano alcuni per i processi metabolici, e alcuni si perde come calore, diminuendo la quantità di energia disponibile per il livello trofico successivo. La restante quantità di energia utilizzabile è chiamata produttività primaria netta (NPP). Negli ecosistemi terrestri, l'NPP è guidato dal clima, mentre la penetrazione della luce e la disponibilità di nutrienti guidano l'NPP negli ecosistemi acquatici.

Produzione primaria lorda

L'energia può essere acquisita dagli organismi in tre modi: fotosintesi, chemiosintesi e consumo di altri organismi. Gli autotrofi, o produttori, sintetizzano il loro cibo. I chemioautotrofi si verificano in ecosistemi in cui la luce solare non è disponibile e utilizzano sostanze chimiche come fonte di energia, come il solfuro di idrogeno, H₂S, dalle correnti d'aria idrotermali oceaniche profonde, mentre i fotoautotrofi trasformano l'energia dalla luce solare in energia utilizzabile per il resto degli organismi in un ecosistema. Il tasso di recupero e trasformazione di questi produttori è noto come produzione primaria lorda dell'ecosistema (GPP), che è anche una misura della quantità totale di energia accumulata dai produttori primari in un ecosistema.

Produzione primaria netta

Tuttavia, non tutta l'energia ottenuta dai produttori è disponibile per l'uso da parte di altri organismi nell'ecosistema. Durante la chemiosintesi e la fotosintesi, l'energia viene utilizzata dai produttori primari per alimentare la loro respirazione cellulare, e alcuni vengono persi come calore come sottoprodotto dei processi metabolici. L'energia rimasta dopo la respirazione e il metabolismo da parte dei produttori primari è nota come produzione primaria netta (NPP), che è quindi disponibile per i consumatori primari al livello trofico successivo.

NPP degli ecosistemi

Gli ecosistemi con il più alto NPP sono foreste pluviali tropicali umide ed estuari influenzati da temperature calde, alta umidità e un afflusso di sostanze nutritive. Gli ecosistemi a bassa produttività includono deserti e l'Artico, che sono secchi e troppo caldi o troppo freddi per alti tassi di crescita delle piante.

Negli ecosistemi acquatici, le quantità di luce e sostanze nutritive controllano la produzione primaria. La profondità di penetrazione della luce favorisce l'elevata produttività primaria sia nelle acque costiere poco profonde, sia sulla superficie dell'oceano profondo e dei laghi. Il fitoplancton, che produce quasi il 40% dell'ossigeno terrestre, prospera sulla superficie di acque marine e fresche profonde, mentre in acque poco profonde, e le barriere coralline molto diverse e le piante acquatiche prosperano.

Le aree di afflusso di nutrienti hanno livelli eccezionalmente elevati di produzione primaria. Esempi sono gli estuari in cui l'acqua dolce ricca di azoto si mescola con l'acqua salata, o le risalite oceaniche dove la materia organica dell'oceano profondo circola in superficie. L'afflusso di macronutrienti, come fosforo e azoto, aumenta la produzione primaria in quanto questi sono altrimenti fattori limitanti nella crescita degli organismi fotosintetizzanti. Un afflusso eccessivo di questi nutrienti dal deflusso agricolo può causare una crescita esponenziale nelle popolazioni di alghe e fitoplancton, esaurire l'acqua dell'ossigeno e influenzare negativamente la flora e la fauna acquatiche, un processo noto come eutroficazione.