Fotosyntes på jorden regleras av växtfenologi – hur växters livscykler interagerar med klimatet – och miljöförhållanden, som båda har förändrats väsentligt under de senaste decennierna. Till skillnad från tidig säsongens fotosyntes som mestadels drivs av värmande temperaturer eller början av den våta årstiden, sensäsongens fotosyntes kan begränsas av flera faktorer, såsom växternas livscykel och strålning, och dess underliggande mekanismer är mindre förstådda. Sensyntesyntes på land bidrar starkt till den årliga totala kolfixeringen och är känslig för klimatet. Forskare är generellt överens om att temperaturbegränsningar på sensäsongens fotosyntes kommer att lindra med uppvärmningen, men effekterna av vattentillgången är mycket osäkra.

En ny studie från Columbia Engineering visar att ökad vattenspänning - högre torkfrekvens på grund av högre temperaturer, kommer att begränsa den fenologiska cykeln:i själva verket, genom att stänga av fotosyntesen, det kommer att generera ett lägre kolupptag i slutet av säsongen, vilket bidrar till ökad global uppvärmning. Forskarna använde både fjärranalysdata och observationer på plats för att analysera temperatur- och vattenbegränsningarna i slutet av fotosyntesdatumet. De fann att vattenbegränsningen vid sensäsongens fotosyntes regleras av både markvattnet och den årliga medeltemperaturen. Jordsystemmodeller har förutspått uppvärmning och marktorkning över större delen av landytan genom, och så är det klart att tillgången på vatten kommer att bli allt viktigare som en begränsande faktor för fotosyntes under senare säsong och kolupptag.

"Vi ville förstå vad den drivande faktorn för växtfotosyntes är under den sena växtsäsongen, och hur det kommer att förändras i framtiden, säger Pierre Gentine, docent i jord- och miljöteknik och knuten till Earth Institute, som ledde studien som publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences . "Vår studie är ett mycket bra exempel på hur framsteg inom fjärranalysteknik kan användas för att lösa långvariga frågor som denna."

Teamet använde både maskininlärning och fjärranalys för att generera en ny datauppsättning för kartläggning av global växtfotosyntes. De hittade ett kontrasterande rumsmönster av temperatur- och vattenbegränsningar på fotosyntesen i slutet av växtsäsongen. Tröskeln som skiljer dessa åt bestämdes av balansen mellan energitillgång och markvattenförsörjning. Nederbörd och temperatur hade viktiga men motsatta effekter på slutet av växtsäsongens fotosyntes för ekosystem på olika platser:om växternas fotosyntes i vissa områden begränsas av nederbörd (positivt samband med nederbörd), temperatur kommer sannolikt att ha en negativ effekt, och vice versa.

"Vi är de första som visar att balansen mellan markvatten och energitillförsel till ekosystemet avgör om systemet är begränsat av nederbörd eller temperatur, " säger studiens huvudförfattare Yao Zhang, en tidigare postdoc forskare med Gentine och nu postdoc forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory. "Eftersom temperaturbegränsningen minskar, mer markvatten behövs för att stödja ökad vegetationsaktivitet, speciellt under den sena växtsäsongen. CMIP5 -modeller projicerar framtida uppvärmning och torkning, särskilt under sen säsong, båda borde ytterligare utöka regionerna med begränsat vatten, orsakar stora variationer och potentiella minskningar i fotosyntesen."

Studien har titeln "Stor och projicerad stärkande fuktbegränsning vid slutet av säsongens fotosyntes."