Международное сотрудничество, включающее исследователя из Орегонского государственного университета Бева Лоу, говорит, что здоровье наземной экосистемы может в значительной степени определяться тремя переменными: способностью растительности поглощать углерод, ее эффективностью в использовании углерода и ее эффективностью в использовании воды.
Результаты, опубликованные в журнале Nature, важны, потому что ученым и политикам нужны более простые, быстрые и менее дорогие способы определения того, как экосистемы, на которые опираются люди, реагируют на климатические и экологические изменения, включая воздействия, вызванные людьми.
"Мы использовали эти сложные непрерывные данные для разработки уравнений, которые можно применять с меньшим количеством измерений для мониторинга реакции леса на климат и другие факторы", - сказал Ло.
Группа исследователей во главе с Институтом биогеохимии Макса Планка в Йене, Германия, использовала спутниковые наблюдения, математические модели и несколько потоков данных об окружающей среде, чтобы определить, что эти три фактора в совокупности составляют более 70% всей экосистемы. функция.
Иными словами, если поглощение углерода экосистемой, эффективность использования углерода и эффективность использования воды высоки, это означает, что по крайней мере 70% всего, что должна делать экосистема, делается хорошо.
«Экосистемы на поверхности земли поддерживают множество функций и услуг, которые имеют решающее значение для общества», - сказал Ло, почетный профессор Лесного колледжа OSU. «Эти функции и услуги включают производство биомассы, эффективность растений в использовании солнечного света и воды, удержание воды, регулирование климата и, в конечном итоге, продовольственную безопасность. Мониторинг этих ключевых показателей позволяет описать функцию экосистемы таким образом, чтобы обобщить ее способность адаптироваться, выживать и процветать по мере изменения климата и окружающей среды».
Эффективность использования воды и углерода тесно связана с климатом, а также с засушливостью, что предполагает, что изменение климата будет играть большую роль в формировании функционирования экосистем в ближайшие годы, говорят ученые.
Среди основных элементов текущего исследования - данные о пяти полузасушливых участках, где растет сосна пондероза, где Ло проводит исследования в течение 25 лет.
Эти сайты входят в сеть AmeriFlux, набор местоположений в Северной, Южной и Центральной Америке, которыми управляют главные исследователи, такие как Ло, которые измеряют «потоки» двуокиси углерода, воды и энергии в экосистеме или обмены с атмосферой. AmeriFlux является частью международного проекта FLUXNET, и для исследования были проанализированы данные с 203 сайтов FLUXNET, представляющих различные климатические зоны и типы растительности.
Измерение состояния экосистем уже давно представляет собой сложную задачу, учитывая сложность структуры экосистем и то, как системы реагируют на изменения окружающей среды, сказал Ло, который десятилетиями занимается количественным определением здоровья лесов.
«В 1980-х годах я работал над разработкой индикаторов, включающих аналогичную эффективность использования углерода, и многие измерения были включены в участки мониторинга здоровья лесов Лесной службы», - сказал Ло. «Новый поток данных показывает, как можно использовать непрерывные данные для разработки алгоритмов для применения в мониторинге состояния лесов, а также для оценки и улучшения моделей экосистем, которые используются для оценки воздействия климата на поглощение углерода экосистемой и использование воды».
Показатель водопользования представляет собой комбинацию показателей, относящихся к эффективности водопользования экосистемы, которая представляет собой количество углерода, поглощаемого на количество воды, испаряемой растениями через их листья. Индикатор эффективности использования углерода сравнивает вдыхаемый углерод с поглощаемым; Дыхание растений означает преобразование в энергию сахаров, образующихся в процессе фотосинтеза.
«Используя три основных фактора, мы можем объяснить почти 72% изменчивости функций экосистемы», - сказал Мирко Мильявакка, ведущий автор исследования и научный сотрудник Института биогеохимии Макса Планка.
Три функциональных показателя сильно зависят, по словам Ло, от структуры растительности - зелени, содержания азота в листьях, высоты растительности и биомассы. Это указывает на важность структуры экосистемы, которая может быть изменена такими нарушениями, как пожар, а также методами лесопользования.