400px|vignette|Selon les données « couleur de l'océan » recueillies par le capteur SeaWiFS, la production primaire dans l'océan mondial est sensiblement égale à celle sur les terres émergées, bien que la biomasse primaire océanique soit environ 500 fois moins importante que la biomasse terrestre, ce qui traduit la très grande efficacité du phytoplancton océanique (avec notamment les diatomées qui représentent 40 % de la production primaire des écosystèmes marins). Le côté rouge du spectre indique que l'activité chlorophyllienne océanique la plus importante se concentre sur les zones côtières fertilisées par les sels nutritifs liés à l'érosion des sols..
La production primaire est la vitesse à laquelle se biosynthétise au niveau de la biomasse une quantité donnée de matière organique à partir de matière minérale et d'un apport d'énergie. C'est un flux exprimé en masse de carbone assimilé par unité de temps. Cette production de matière organique s'effectue principalement grâce à la photosynthèse (la chimiosynthèse étant beaucoup moins répandue). Dans un écosystème, la productivité primaire est réalisée par les producteurs primaires également appelés autotrophes. Il s'agit du premier maillon d'une chaine alimentaire dans un réseau trophique. Les producteurs primaires sont principalement des plantes dans les écosystèmes terrestres et des algues dans les écosystèmes aquatiques. Les écologues distinguent deux sous-ensembles de production primaire : la Production Primaire Brute et la Production Primaire Nette.
La productivité primaire exprime la production primaire (P) par rapport à la biomasse (B). Le rapport inverse B/P est appelé turn-over ou taux de renouvellement de la biomasse, indicateur qui reflète le temps nécessaire au remplacement de toute la biomasse présente dans un écosystème..
La production secondaire correspond à la production de matière vivante par les producteurs secondaires également appelés hétérotrophes, et qui regroupent les (herbivores, carnivores), les détritivores et les décomposeurs. Comme pour la production primaire, les écologues définissent une production secondaire brute et, après déduction de la respiration, une production secondaire nette. Ils étudient également la productivité secondaire.
Processus La productivité primaire est l'accumulation d'énergie chimique (la production primaire) sous la forme de matière organique. La source d'énergie utilisée pour réaliser cette production est soit l'énergie lumineuse (dans le cas de la photosynthèse), soit l'énergie issue de l’oxydation de molécules inorganiques telles que les gaz hydrogénés (ex: le sulfure d'hydrogène, ) ou le méthane (dans le cas de la chimiosynthèse). Quelle que soit la source d'énergie utilisée, cette source d'énergie sert à synthétiser des molécules organiques complexes à partir de simples composés inorganiques tels que le dioxyde de carbone () et l'eau ().
De façon simplifiée, la photosynthèse peut être représentée par :
et une forme de chimiosynthèse par :
Dans tous les cas, ces processus aboutissent à la formation de glucides () comme le glucose. Ces molécules relativement simples peuvent ensuite être utilisées pour synthétiser des molécules encore plus complexes comme des protéines, des glucides complexes, des lipides et des acides nucléiques, ou être respirées pour permettre aux cellules de fonctionner (cf. respiration cellulaire). La consommation des producteurs primaires par les organismes hétérotrophes, comme les animaux, transfère ensuite ces molécules organiques (et l'énergie stockée dans ces molécules) vers les autres maillons de la chaîne alimentaire.
Production Primaire Brute et Production Primaire Nette la Production Primaire Brute : énergie totale assimilée par les producteurs primaires (plantes, algues…) par le biais de la photosynthèse ; la Production Primaire Nette : quantité d'énergie accumulée dans la biomasse de la plante (croissance et reproduction).
La Production Primaire Nette (PPN) correspond donc à l'énergie accumulée par la plante par le biais de la photosynthèse moins l'énergie utilisée par la plante pour la respiration. En d'autres termes, la différence entre la Production Primaire Brute (PPB) et la Production Primaire Nette correspond à l'énergie utilisée lors de la respiration cellulaire :
La production primaire peut être vue à l'échelle d'une plante (ex: un arbre) ou à celle d'un écosystème. Dans le cas de l'écosystème, on parle de production primaire nette de l'écosystème.
Cette valeur est utile pour les écologistes dans le sens où elle permet de déterminer la quantité d'énergie disponible pour les autres organismes (détritivores, herbivores et autres maillons de la chaîne alimentaire). Elle est aussi utile pour les activités qui dépendent de la productivité du sol ou d'autres écosystèmes (zones humides, milieux marins, forêts, etc.). La biodiversité est un des facteurs importants de la productivité d'un milieu et de la qualité des services écologiques qu'il rend..
La biosphère terrestre est fortement affectée par le réchauffement climatique qui modifie le cycle hydrologique en changeant le régime des pluies et l'intensité des sécheresses. Aux latitudes basses et aux latitudes moyennes dans l'hémisphère sud, plusieurs modèlesCarte montrant les différences de PPN (en g C/m2) selon les latitudes, extraite de Berthelot et al, 2002 simulent une baisse de la productivité primaire nette liée à une augmentation de l'aridité des sols sujets à la dégradation. Aux latitudes élevées, ces modèles prévoient une augmentation de la productivité primaire à la suite de l'extension des forêts vers la toundra et de l'allongement des saisons de croissance...
Productivité terrestre Dans les écosystèmes terrestres actuels, la quasi-totalité de la production est effectuée par les plantes vasculaires, avec une faible contribution des algues et des plantes non vasculaires telles que les bryophytes. Dans les temps anciens, avant l'apparition des plantes vasculaires, la contribution des plantes non vasculaires était beaucoup plus importante. La productivité des écosystèmes terrestres dépend de plusieurs facteurs. Les principaux sont la teneur en eau des sols, les précipitations et la température (la température co-varie avec l'énergie solaire selon la latitude). Ces différents facteurs entraînent une répartition différente des végétaux qui permet de différencier les différents biomes terrestres.
Les forêts constituent, de fort loin, les biomes terrestres dont la productivité primaire nette est la plus élevée, comprise en général entre et (pour les forêts tropicales et équatoriales) de matières sèches par m2 et par an. (soit environ 500 à 1500 g.m–2.an–1 de carbone). Cette caractéristique ne doit pas masquer le fait que dans les écosystèmes climaciques en général, et en particulier dans les écosystèmes forestiers à maturité (beaucoup de forêts tropicales et équatoriales — la forêt amazonienne n'est pas le poumon de la Terre —, ainsi que de forêts tempéréesDans les forêts à l'équilibre es régions tempérées, . Cf .), le bilan photosynthétique est nul : .. Si les arbres jeunes ou adultes captent beaucoup de carbone pour leur croissance, les arbres plus âgés ont tendance à mourir et à libérer du en se décomposant.. De même, les forêts tropicales et équatoriales ont longtemps été considérées comme des puits de carbone en raison de leur productivité. Les études récentes., confirmant des études précédentes.., achèvent ce mythe... Les stocks de carbone de la biomasse aérienne produits dans les régions tropicales (notamment les forêts préservées au centre des bassins d'Amazonie et du Congo) sont négativement compensés par les pertes liées à la déforestation (voir déforestation de la forêt amazonienne) ou au dépérissement, notamment lié au réchauffement (en particulier les sécheresses caractéristiques des années El Niño).... Les grandes forêts tropicales, qui contiennent un tiers des trois billions d'arbres présents sur la planète, et qui étaient autrefois des puits de carbone dans la biomasse aérienne, ..
+Caractéristiques moyennes des écosystèmes terrestres, en tonnes par hectare de biomasse ou de nécromasse végétales (poids frais), et tonnes par hectare et par an de production primaire nette. Biome terrestre Biomasse Nécromasse (au sol) Production primaire nette Toundra arctique 5 3,5 1 Taïga arctique nord 100 30 Taïga arctique sud 330 35 7 Forêt de chênes 400 15 9 Prairies, steppes 25 12 14 Steppe aride 40 1,5 4 Semi-désert 1,6 0,6 Savane herbeuse 2,7 5 7 Forêt tropicale 4 10 25 Forêt équatoriale 600 2 33 Cultures 4 à 100 moyenne : 6,6 Record : 80Canne à sucre Les zones humides, en particulier les zones vaseuses intertidales, auraient la plus forte productivité primaire.
Productivité océanique thumb|300px|left|Diatomées, groupe phytoplanctonique le plus répandu. À l'inverse des écosystèmes terrestres, la productivité des écosystèmes océaniques est principalement assurée par le phytoplancton (principalement des microalgues) avec une faible contribution des autres autotrophes (herbiers et macroalgues). Les micro algues englobent une grande variété d'organismes allant de simples organismes unicellulaires à des organismes plus complexes comme les macroalgues. Les plantes vasculaires se limitent aux herbiers. Les recherches sur la production primaire océanique estiment que le phytoplancton est à lui seul responsable de 90 à 95 % de cette productionLes 5 à 10 % restants étant issus de la photosynthèse des autres autotrophes souvent limités à des zones restreintes de l'océan (les zones côtières où les eaux sont peu profondes et suffisamment éclairées).. La photosynthèse du phytoplancton représente environ la moitié de la production primaire globale annuelle de la biosphère, bien que la biomasse primaire océanique soit environ 500 fois moins importante que la biomasse terrestre, ce qui traduit la très grande efficacité du phytoplancton pour la production de matière organique et d'oxygène atmosphérique, et vaut aux océans d'être qualifiés de « poumon bleu »...
La productivité primaire océanique phytoplanctonique se concentre aussi en bordure des continents fertilisés par les éléments nutritifs issus principalement de l'érosion des sols. Elle est principalement localisée dans les zones d'eaux froides où la dissolution du est forte, à l'embouchure des fleuves apportant des sels minéraux, et dans les zones de remontée d'eau froide où les eaux profondes remontent à la surface ramenant de la matière minérale résultant de la décomposition des organismes marins..
Facteurs de la productivité océanique Les facteurs limitant la production primaire dans les océans sont également très différents de ceux limitant la production primaire des écosystèmes terrestres. La disponibilité en eau n'est de toute évidence plus un problème (bien que sa salinité puisse l'être). De même la température, bien qu'elle puisse affecter les enzymes impliquées dans la photosynthèse, a un rôle limitant beaucoup moins important que dans les écosystèmes terrestres puisque la capacité thermique des eaux limite les variations de température. De plus, l'eau salée gèle à une température plus faible que l'eau douce des écosystèmes terrestres. À l'inverse la lumière, principale source d'énergie de la photosynthèse, et les éléments nutritifs, qui servent à la construction des composants cellulaires et sont utilisés pour la croissance, ont un rôle primordial.
La lumière