Ekosystem på jordens landyta stödjer flera funktioner och tjänster som är avgörande för samhället, som produktion av biomassa, vegetationens effektivitet att använda solljus och vatten, vattenretention och klimatreglering, och i slutändan matsäkerhet. Klimat- och miljöförändringar, såväl som antropogena effekter, ständigt hotar tillhandahållandet av dessa funktioner. För att förstå hur terrestra ekosystem kommer att reagera på detta hot, det är avgörande att veta vilka funktioner som är väsentliga för att få en god representation av ekosystemens övergripande välbefinnande och funktion. Detta är särskilt svårt eftersom ekosystemen är ganska komplexa vad gäller deras struktur och deras reaktioner på miljöförändringar.

Ett stort internationellt nätverk av forskare, ledd av Dr Mirco Migliavacca vid MPI BGC och iDiv i Tyskland, tacklade denna fråga genom att kombinera flera dataströmmar och metoder. Forskarna använde miljödata från globala nätverk av ekosystemstationer, kombinerat med satellitobservationer, matematiska modeller, och statistiska och kausala upptäcktsmetoder. Resultatet är slående enkelt:"Vi kunde identifiera tre nyckelindikatorer som gör att vi kan sammanfatta hur ekosystem fungerar:den maximala realiserade produktiviteten, effektiviteten av att använda vatten, och effektiviteten av att använda kol", säger studiens första författare Dr. Migliavacca.

Den maximala produktivitetsindikatorn återspeglar det givna ekosystemets kapacitet att ta upp CO ₂ . Vattenanvändningsindikatorn är en kombination av mått som representerar ekosystemets vattenanvändningseffektivitet, vilket är det kol som tas upp per mängd vatten som transpireras av växter. Effektivitetsindikatorn för kolanvändning återspeglar användningen av kol i ett ekosystem, som representerar det kol som inandas kontra kol som tas upp. De överraskande fynden fick teamet att reflektera över hur komplexa ekosystem i slutändan drivs av en liten uppsättning viktiga faktorer precis som man hittade, till exempel, för bladfotosyntes baserat på en handfull bladegenskaper.

"Med bara dessa tre huvudfaktorer, vi kan förklara nästan 72 procent av variationen inom ekosystemfunktioner, ", tillägger Migliavacca. "Med vattenanvändningseffektivitet är den andra stora faktorn, våra resultat understryker vikten av vattentillgång för ekosystemens prestanda. Detta kommer att vara avgörande för klimatförändringar, "säger författaren Prof Dr. Markus Reichstein, chef för avdelningen Biogeochemical Integration på MPI BGC och iDiv.

Forskarna inspekterade växelkurserna för koldioxid, vattenånga, och energi på 203 övervakningsstationer runt om i världen som tillhör FLUXNET -nätverket, ett samarbetsnätverk av flera forskarteam och fältsajter som samlar in och delar deras data. De utvalda platserna täcker en stor variation av klimatzoner och vegetationstyper. För varje webbplats, de beräknade en uppsättning av ekosystemens funktionella egenskaper, och inkluderade vidare beräkningar av genomsnittliga klimat- och markvattentillgänglighetsvariabler samt vegetationsegenskaper och satellitdata om vegetationsbiomassa.

De tre identifierade funktionella indikatorerna är kritiskt beroende av vegetationens struktur, det är vegetationsgrönhet, kväveinnehåll i löv, vegetationshöjd, och biomassa. Detta resultat understryker vikten av ekosystemstruktur, som kan formas av störningar och skogsskötsel vid styrning av ekosystemfunktioner. På samma gång, vatten- och kolanvändningseffektiviteten beror också kritiskt på klimatet och delvis på torrhet, vilket pekar på klimatförändringens avgörande roll för framtida ekosystems funktion. "Vår utforskande analys fungerar som ett avgörande steg mot att utveckla indikatorer för ekosystems funktion och ekosystems hälsa, sammanfattar Reichstein, "lägger till en omfattande bedömning av världens ekosystems svar på klimat- och miljöförändringar."