Primærproduktionens størrelse hos planter

Planternes produktion kan opgøres enten som bruttoprimærproduktionen (BPP) eller nettoprimærproduktionen (NPP).

Bruttoprimærproduktionen er den totale mængde organisk stof der dannes ved fotosyntesen pr. arealenhed pr. år.

Meget af stofmængden forbruges ved planternes egen respiration (R) under frigivelse af energi som planten skal bruge til forskellige livsprocesser, fx optagelse af en række næringsioner. Den stofmængde der er tilbage efter respirationstabet er nettoprimærproduktionen. Det er denne stofmængde som er plantes tilvækst (som fysisk kan ses som selve planten), og som kan udnyttes af det næste led i fødekæden.

Brutto- og nettoprimærproduktionens størrelse angives sædvanligvis som den producerede mængde organisk stof pr. arealenhed pr. år. Enheden er ofte enten tons organisk stof/ha/år eller kJ/ha/år. Ofte opgøres BPP, NPP og R i pr. time, pr. dag eller pr. år.

Måling i søer og havområder

Bestemmelse af primærproduktionen i marine og ferske områder kan enten ske ud fra planteplanktonets CO₂-forbrug eller dets O₂-produktion.

Til bestemmelse af CO₂-forbruget anvendes radioaktivt mærket kulstof (¹⁴C), der gives planteplanktonet i form af H¹⁴CO^-₃ (og dermed ¹⁴CO₂).

Når man har målt mængden af indbygget radioaktivt kulstof i planten og målt hvor meget normalt kuldioxid man han tilsat prøven, kan forholdet mellem normalt og radioaktivt kuldioxid beregnes. Planteplankton optager dog radioaktivt mærket kuldioxid 5% langsommer end normalt kuldioxid. Primærproduktionen kan således beregnes pr. rumfangsenhed.

Ved samtidig at lave målinger i flere dybder inden for et givet areal er det dernæst muligt at beregne primærproduktionen pr. m² sø- eller havoverflade. Når man desuden kender det tidsrum, hvor planteplanktonet har været eksponeret for lys, kan produktionen udregnes pr. tidsenhed. Det er nettoproduktionen der måles via denne metode, idet det organiske stof der opbygges i løbet af en dags solskinstimer igen delvist nedbrydes ved planteplanktonets respiration. Hvis målingerne kun foregår få timer, kan produktionen der beregnes være et tilnærmet udtryk for bruttoprimærproduktionen.

Skal bruttoprimærproduktionen bestemmes mere præcist, skal planteplanktonets respiration også bestemmes. Dette gøres ved at måle dets O₂-optagelse via flere flasker i varierende dybder som er henholdsvis gennemsigtige (fotosyntese + respiration) og mørklagte (kun respiration), fx via stanniol. Ved denne metode er det ændringer i vandets oxygenindhold, der fører frem til en værdi for primærproduktionen. Metoden forudsætter, at planteplanktonet optager oxygen i forbindelse med dets respiration fra vandet og leverer oxygen i forbindelse med dets fotosyntese til vandet. Forskellen mellem lysflaskens start- og slut indhold af O₂ er således et udtryk for nettoprimærproduktionen, mens forskellen mellem mørkeflaskens start- og slutindhold af O₂ hermed er et udtryk for planteplanktonets respiration. Ved at summere målingerne (nettoprimærproduktionen + respirationen) får man altså samlet bruttoprimærproduktionen. Måler man derudover O₂-produktionen i forskellige dybder i et veldefineret areal og forsøgstiden kendes, kan primærproduktionen udregnes. Enheden som resultaterne opgives i er sædvanligvis gC/m²/døgn eller kJ/m²/døgn.

Ulempen ved bestemmelse af primærproduktionen via O₂-produktionsmetoden kan være, at flaskerne også indeholder andre organismer end planteplankton, som derved påvirker O₂-indholdet i flaskerne via deres respiration. Er der mange iltforbrugende organismer tilstede i flaskerne, skal deres respiration derfor bestemmes ved separate undersøgelser. Dette gøres ved at måle iltforbruget i flakser med vandprøver uden planteplankton og sammenligne dette med iltforbruget i flasker med planteplankton.

Måling på land

Høstningsmetoden, den simpleste metode til bestemmelse af primærproduktionens størrelse, anvendes ofte på land. Her fjerner man planter på et givent område og bestemmer deres overjordiske og underjordiske biomasse ved at veje plantematerialet. Mængden af produceret plantemateriale pr. tidsenhed kan bestemmes ved at man foretager en afshøstning to gange og lader plantetilvæksten mellem første og anden afhøstning være et udtryk for nettoprimærproduktionen.

På egne med begrænset vækstsæson kan man for enårige planter evt. nøjes med at foretage en afhøstning efter vækstsæsonens afslutning og lade den målte biomasse være et udtryk for årets nettoprimærproduktion.

Dog er resultatet af nettoprimærproduktionsbestemmelsen ved høstningsmetoden ofte usikker. Der kan bl.a. være faldet dele af planten eller dyr kan have spist noget af planterne inden afhøstningen foretages. Tabene kan dog opvejes hvis de nedskrives og medregnes i slutberegningerne.

Produktionen er samtidig ofte ikke lige stor hele året, idet den er afhængig af temp., nedbør, næringssalte i jorden mv. For at tage højde for dette kan man foretager afhøstninger på forskellige tidspunkter i løbet af vækstsæsonen. Det kræver dog, at planterne kan tåle at blive høstet flere gange årligt, dvs. at afhøstningen ikke påvirker produktiviteten. Afhøstningsmetoden giver endvidere et for lille skøn over den underjordiske planteproduktion. Ved at vaske jorden gennem sigter holdes det større rodmateriale tilbage, så man får opgørelsen af selve rodmængden på et bestemt tidspunkt. Dette er imidlertid ikke et udtryk for den samlede rodproduktion, idet roden konstant tilpasser sig en ny situation mht. fordeling af vand og næringsstoffer. Der dannes hele tiden nye rødder, andre går til og omsættes af jordens mikroorganismer.

Man har nu udviklet nye metoder. ¹⁴C-mærkingsmetoden kan meget mere præcist måle den samlede rodproduktion, også den del der findes i jordvæsken omkring rødderne. Ved at måle jordvæsken fås information om andel af rødder som er blevet omsat allerede samt hvor meget organisk materiale rødderne har frigivet/afsat siden planten spirede frem (bl.a. til øgning af mikrobiel aktivitet). Ved at lade planter vokse i en atmosfære med CO₂ mærket med den radioaktive ¹⁴C-kulstof isotop kan man nemlig skelne kulstoffet i afgrødernes rodafsætning fra jordens lager af kulstof. ¹⁴CO₂ indbygges via således via fotosyntesen i planternes stofskifteprodukter, som derefter fordeles rundt i planten til vækst og vedligeholdelse og en del transporteres til rødderne, evt. frigives det også til jorden til investering i mikrobiel aktivitet.