Результаты, опубликованные в журнале Nature, важны, потому что ученым и политикам нужны более простые, быстрые и менее затратные способы определения того, как экосистемы, на которые опирается человек, реагируют на изменения климата и окружающей среды, 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 Лоу.
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 представляют более 70% общей функции экосистемы.
Другими словами, если поглощение углерода экосистемой, эффективность использования углерода и эффективность водопользования высоки, это означает, что по крайней мере 70% всего, что экосистема должна делать, выполняется хорошо.
«Экосистемы на поверхности суши поддерживают множество функций и услуг, которые имеют решающее значение для общества», – сказал Ло, почетный профессор Лесного колледжа ОГУ. "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 суммировать ее способность адаптироваться, выживать и процветать по мере изменения климата и окружающей среды."
По словам ученых, эффективность использования воды и углерода тесно связана с климатом, а также с засушливостью, что предполагает, что изменение климата будет играть большую роль в формировании функции экосистемы в ближайшие годы.
Среди строительных блоков текущего исследования – данные с пяти полузасушливых участков сосны пондероза, где Ло проводил исследования в течение 25 лет.
Эти сайты входят в сеть AmeriFlux, совокупность местоположений в Северной, Южной и Центральной Америке, которыми управляют основные исследователи, такие как Ло, которые измеряют «потоки» углекислого газа, воды и энергии в экосистемах 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 здоровья экосистемы долгое время было сложной задачей, учитывая сложность структуры экосистем и то, как системы реагируют на изменение окружающей среды», – сказал Ло, который десятилетиями занимался количественной оценкой здоровья лесов.
«В 1980-х годах я работал над разработкой показателей, включающих аналогичную эффективность использования углерода, и многие измерения были включены в участки мониторинга состояния лесов Лесной службы», – сказал Ло. "В новом документе Flux показано, как непрерывные данные могут быть использованы 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 водопользование."
Индикатор водопользования – это комбинация показателей, которые относятся к эффективности водопользования экосистемой, то есть количества углерода, поглощаемого на количество воды, выделяемой растениями через листья.
Индикатор эффективности использования углерода сравнивает вдыхаемый углерод с поглощенным углеродом; Дыхание растений означает преобразование в энергию сахаров, производимых во время фотосинтеза.
«Используя три основных фактора, мы можем объяснить почти 72% изменчивости внутри экосистемных функций», – сказал Мирко Мильявакка, ведущий автор исследования и исследователь из Института биогеохимии Макса Планка.
По словам Лоу, три функциональных показателя в значительной степени зависят от структуры растительности – зелени, содержания азота в листьях, высоты растительности и биомассы. Это указывает на важность структуры экосистемы, которая может быть изменена в результате таких нарушений, как пожар, а также в результате практики управления лесами.