La fotosintesi sulla Terra è regolata dalla fenologia vegetale - come i cicli di vita delle piante interagiscono con il clima - e dalle condizioni ambientali, entrambi sono cambiati sostanzialmente negli ultimi decenni. A differenza della fotosintesi di inizio stagione, che è principalmente guidata dal riscaldamento delle temperature o dall'inizio della stagione delle piogge, la fotosintesi di fine stagione può essere limitata da diversi fattori, come il ciclo di vita delle piante e le radiazioni, e i suoi meccanismi sottostanti sono meno compresi. La fotosintesi tardiva sulla terraferma contribuisce notevolmente alla fissazione totale annuale del carbonio ed è sensibile al clima. Gli scienziati generalmente concordano sul fatto che la limitazione della temperatura sulla fotosintesi di fine stagione allevierà con il riscaldamento, ma gli effetti della disponibilità di acqua sono altamente incerti.

Un nuovo studio della Columbia Engineering mostra che l'aumento dello stress idrico - maggiore frequenza di siccità a causa delle temperature più elevate, sta andando a vincolare il ciclo fenologico:in effetti, interrompendo la fotosintesi, genererà un minore assorbimento di carbonio alla fine della stagione, contribuendo così all'aumento del riscaldamento globale. I ricercatori hanno utilizzato sia i dati di telerilevamento che le osservazioni in situ per analizzare i limiti di temperatura e acqua alla data di fine della fotosintesi. Hanno scoperto che la limitazione dell'acqua nella fotosintesi di fine stagione è regolata sia dall'acqua del suolo che dalla temperatura media annuale. I modelli del sistema terrestre hanno previsto il riscaldamento e l'essiccazione del suolo sulla maggior parte della superficie terrestre da, e quindi è chiaro che la disponibilità di acqua diventerà sempre più importante come fattore limitante per la fotosintesi di fine stagione e l'assorbimento del carbonio.

"Volevamo capire qual è il fattore trainante della fotosintesi delle piante durante la tarda stagione di crescita, e come cambierà in futuro, "dice Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente e affiliato all'Earth Institute, che ha condotto lo studio pubblicato oggi in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . "Il nostro studio è un ottimo esempio di come i progressi nelle tecnologie di telerilevamento possono essere utilizzati per risolvere questioni di lunga durata come questa".

Il team ha utilizzato sia l'apprendimento automatico che il telerilevamento per generare un nuovo set di dati per la mappatura della fotosintesi globale delle piante. Hanno trovato un modello spaziale contrastante di limiti di temperatura e acqua sulla fotosintesi alla fine della stagione di crescita. La soglia che li separava era determinata dall'equilibrio tra disponibilità di energia e approvvigionamento idrico del suolo. Le precipitazioni e la temperatura hanno avuto impatti importanti ma opposti sulla fotosintesi di fine stagione di crescita per gli ecosistemi in luoghi diversi:se la fotosintesi delle piante in alcune aree è limitata dalle precipitazioni (relazione positiva con le precipitazioni), la temperatura può avere un effetto negativo, e viceversa.

"Siamo i primi a dimostrare che l'equilibrio tra l'acqua del suolo e l'apporto energetico nell'ecosistema determina se il sistema è limitato dalle precipitazioni o dalla temperatura, ", afferma l'autore principale dello studio Yao Zhang, un ex ricercatore postdottorato con Gentine e ora borsista postdottorato presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. "Man mano che la limitazione della temperatura diminuisce, è necessaria più acqua del suolo per supportare una maggiore attività della vegetazione, soprattutto durante la tarda stagione di crescita. I modelli CMIP5 proiettano il riscaldamento e l'asciugatura futuri soprattutto durante la tarda stagione, entrambi dovrebbero espandere ulteriormente le regioni con acqua limitata, causando grandi variazioni e potenziali diminuzioni nella fotosintesi."

Lo studio è intitolato "Grande e previsto rafforzamento della limitazione dell'umidità sulla fotosintesi di fine stagione".