Ecosystemen op het landoppervlak van de aarde ondersteunen meerdere functies en diensten die cruciaal zijn voor de samenleving, zoals de productie van biomassa, de efficiëntie van de vegetatie bij het gebruik van zonlicht en water, waterretentie en klimaatregulering, en uiteindelijk voedselzekerheid. Klimaat- en milieuveranderingen, evenals antropogene effecten, vormen voortdurend een bedreiging voor de vervulling van deze functies. Om te begrijpen hoe terrestrische ecosystemen op deze bedreiging zullen reageren, het is cruciaal om te weten welke functies essentieel zijn om een ​​goed beeld te krijgen van het algehele welzijn en functioneren van ecosystemen. Dit is bijzonder moeilijk omdat ecosystemen nogal complex zijn wat betreft hun structuur en hun reacties op veranderingen in het milieu.

Een groot internationaal netwerk van onderzoekers, geleid door Dr. Mirco Migliavacca bij MPI BGC en iDiv in Duitsland, hebben deze vraag aangepakt door meerdere datastromen en methoden te combineren. De wetenschappers gebruikten milieugegevens van wereldwijde netwerken van ecosysteemstations, gecombineerd met satellietwaarnemingen, wiskundige modellen, en statistische en causale ontdekkingsmethoden. Het resultaat is opvallend eenvoudig:"We hebben drie kernindicatoren kunnen identificeren die ons in staat stellen samen te vatten hoe ecosystemen functioneren:de maximaal gerealiseerde productiviteit, de efficiëntie van het gebruik van water, en de efficiëntie van het gebruik van koolstof", zegt de eerste auteur van het onderzoek, Dr. Migliavacca.

De maximale productiviteitsindicator weerspiegelt het vermogen van het gegeven ecosysteem om CO . op te nemen ₂ . De watergebruiksindicator is een combinatie van meetwaarden die de efficiëntie van het watergebruik van het ecosysteem weergeven, dat is de koolstof die wordt opgenomen per hoeveelheid water die door planten wordt uitgescheiden. De efficiëntie-indicator voor koolstofgebruik weerspiegelt het gebruik van koolstof door een ecosysteem, die de ingeademde koolstof vertegenwoordigt versus de opgenomen koolstof. De verrassende bevindingen deden het team nadenken over hoe complexe ecosystemen uiteindelijk worden aangedreven door een klein aantal belangrijke factoren, net zoals werd gevonden, bijvoorbeeld, voor bladfotosynthese op basis van een handvol bladkenmerken.

"Door alleen deze drie belangrijke factoren te gebruiken, we kunnen bijna 72 procent van de variabiliteit binnen ecosysteemfuncties verklaren, ", voegt Migliavacca toe. "Omdat de efficiëntie van het watergebruik de tweede belangrijke factor is, onze resultaten benadrukken het belang van de beschikbaarheid van water voor de prestaties van ecosystemen. Dit zal cruciaal zijn voor overwegingen over de gevolgen van klimaatverandering, " zegt laatste auteur prof.dr. Markus Reichstein, directeur van de afdeling Biogeochemische Integratie bij MPI BGC en iDiv.

De onderzoekers inspecteerden de wisselkoersen van kooldioxide, waterdamp, en energie bij 203 meetstations over de hele wereld die deel uitmaken van het FLUXNET-netwerk, een samenwerkingsnetwerk van meerdere onderzoeksteams en veldsites die hun gegevens verzamelen en delen. De geselecteerde locaties bestrijken een grote verscheidenheid aan klimaatzones en vegetatietypes. Voor elke locatie, ze berekenden een reeks functionele eigenschappen van ecosystemen, en omvatte verder berekeningen over variabelen voor de gemiddelde beschikbaarheid van klimaat en bodemwater, evenals vegetatiekenmerken en satellietgegevens over vegetatiebiomassa.

De drie geïdentificeerde functionele indicatoren zijn kritisch afhankelijk van de structuur van de vegetatie, dat is vegetatie groen, stikstofgehalte van bladeren, vegetatie hoogte, en biomassa. Dit resultaat onderstreept het belang van de ecosysteemstructuur, die kunnen worden gevormd door verstoringen en bosbeheer bij het beheersen van ecosysteemfuncties. Tegelijkertijd, de efficiëntie van het water- en koolstofgebruik is ook kritisch afhankelijk van het klimaat en deels van de droogte, wat wijst op de cruciale rol van klimaatverandering voor het toekomstige functioneren van ecosystemen. "Onze verkennende analyse dient als een cruciale stap in de richting van het ontwikkelen van indicatoren voor het functioneren van ecosystemen en de gezondheid van ecosystemen, " vat Reichstein samen, "toevoegen aan een uitgebreide beoordeling van de reactie van de ecosystemen in de wereld op klimaat- en milieuveranderingen."