Nedbør vil være afgørende for, at planter kan modvirke den globale opvarmning

Fotosyntese på Jorden er reguleret af plantefænologi - hvordan planters livscyklusser interagerer med klimaet - og miljøforhold, som begge har ændret sig væsentligt i de seneste årtier. I modsætning til den tidlige sæsons fotosyntese, som for det meste er drevet af opvarmende temperaturer eller begyndelsen af ​​den våde sæson, sensæsonens fotosyntese kan begrænses af flere faktorer, såsom plantelivscyklus og stråling, og dens underliggende mekanismer er mindre forståede. Sensæsonens fotosyntese på land bidrager i høj grad til årlig total kulstofbinding og er følsom over for klimaet. Forskere er generelt enige om, at temperaturbegrænsning på sen-sæsonens fotosyntese vil lindre med opvarmning, men virkningerne af vandtilgængeligheden er meget usikre.

En ny Columbia Engineering-undersøgelse viser, at øget vandstress - højere hyppighed af tørke på grund af højere temperaturer, kommer til at begrænse den fænologiske cyklus:faktisk, ved at lukke ned for fotosyntesen, det vil generere en lavere kulstofoptagelse i slutningen af ​​sæsonen, dermed bidrage til øget global opvarmning. Forskerne brugte både fjernmålingsdata og in-situ-observationer til at analysere temperatur- og vandbegrænsningerne ved slutningen af ​​fotosyntese-datoen. De fandt ud af, at vandbegrænsning på sen-sæsonens fotosyntese er reguleret af både jordvand og gennemsnitlig årlig temperatur. Jordsystemmodeller har forudsagt opvarmning og jordtørring over det meste af jordoverfladen ved, og derfor er det klart, at tilgængeligheden af ​​vand vil blive stadig vigtigere som en begrænsende faktor for sensæsonens fotosyntese og kulstofoptagelse.

"Vi ønskede at forstå, hvad den drivende faktor for plantefotosyntese er i den sene vækstsæson, og hvordan det vil ændre sig i fremtiden, " siger Pierre Gentine, lektor i jord- og miljøteknik og tilknyttet Earth Institute, der ledede undersøgelsen offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences . "Vores undersøgelse er et meget godt eksempel på, hvordan fremskridt inden for fjernmålingsteknologier kan bruges til at løse langvarige spørgsmål som dette."

Holdet brugte både maskinlæring og fjernmåling til at generere et nyt datasæt til kortlægning af global plantefotosyntese. De fandt et kontrasterende rumligt mønster af temperatur- og vandbegrænsninger på fotosyntesen i slutningen af ​​vækstsæsonen. Tærsklen, der adskiller disse, blev bestemt af balancen mellem energitilgængelighed og jordvandsforsyning. Nedbør og temperatur havde vigtige, men modsatte virkninger på slutningen af ​​vækstsæsonens fotosyntese for økosystemer på forskellige steder:hvis planters fotosyntese i nogle områder er begrænset af nedbør (positivt forhold til nedbør), temperatur vil sandsynligvis have en negativ effekt, og omvendt.

"Vi er de første til at vise, at balancen mellem jordvand og energitilførsel til økosystemet bestemmer, om systemet er begrænset af nedbør eller af temperatur, " siger undersøgelsens hovedforfatter Yao Zhang, en tidligere postdoc -forsker med Gentine og nu en postdoc -forsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory. "Når temperaturbegrænsningen aftager, mere jordvand er nødvendigt for at understøtte øget vegetationsaktivitet, især i den sene vækstsæson. CMIP5-modeller projekterer fremtidig opvarmning og tørring, især i sen sæson, som begge skulle udvide regionerne med begrænset vand yderligere, forårsager store variationer og potentielle fald i fotosyntesen."

Undersøgelsen har titlen "Stor og projiceret styrkende fugtbegrænsning ved slutningen af ​​sæsonens fotosyntese."