Gli ecosistemi sulla superficie terrestre supportano molteplici funzioni e servizi che sono fondamentali per la società, come la produzione di biomassa, l'efficienza della vegetazione nell'uso della luce solare e dell'acqua, ritenzione idrica e regolazione del clima, e infine la sicurezza alimentare. Cambiamenti climatici e ambientali, così come gli impatti antropici, minacciano continuamente la fornitura di queste funzioni. Per capire come gli ecosistemi terrestri risponderanno a questa minaccia, è fondamentale conoscere quali funzioni sono essenziali per ottenere una buona rappresentazione del benessere e del funzionamento complessivi degli ecosistemi. Ciò è particolarmente difficile poiché gli ecosistemi sono piuttosto complessi in termini di struttura e risposte ai cambiamenti ambientali.

Una vasta rete internazionale di ricercatori, guidato dal Dr. Mirco Migliavacca presso MPI BGC e iDiv in Germania, ha affrontato questa domanda combinando più flussi di dati e metodi. Gli scienziati hanno utilizzato dati ambientali provenienti da reti globali di stazioni ecosistemiche, combinato con osservazioni satellitari, modelli matematici, e metodi di scoperta statistica e causale. Il risultato è sorprendentemente semplice:"Siamo stati in grado di identificare tre indicatori chiave che ci consentono di riassumere come funzionano gli ecosistemi:la massima produttività realizzata, l'efficienza nell'uso dell'acqua, e l'efficienza dell'utilizzo del carbonio", afferma il primo autore dello studio, il dott. Migliavacca.

L'indicatore di produttività massima riflette la capacità di un dato ecosistema di assorbire CO ₂ . L'indicatore di utilizzo dell'acqua è una combinazione di metriche che rappresentano l'efficienza dell'uso dell'acqua dell'ecosistema, che è il carbonio assorbito per quantità di acqua traspirata dalle piante. L'indicatore di efficienza dell'uso del carbonio riflette l'uso del carbonio da parte di un ecosistema, che rappresenta il carbonio respirato rispetto al carbonio assorbito. I risultati sorprendenti hanno fatto riflettere il team su come gli ecosistemi complessi siano in definitiva guidati da una piccola serie di fattori importanti proprio come è stato scoperto, ad esempio, per la fotosintesi fogliare basata su una manciata di tratti fogliari.

"Utilizzando solo questi tre fattori principali, possiamo spiegare quasi il 72% della variabilità all'interno delle funzioni dell'ecosistema, " aggiunge Migliavacca. "Poiché l'efficienza nell'uso dell'acqua è il secondo fattore importante, i nostri risultati sottolineano l'importanza della disponibilità di acqua per le prestazioni degli ecosistemi. Questo sarà cruciale per le considerazioni sull'impatto del cambiamento climatico, " dice l'ultimo autore, il prof. Dr. Markus Reichstein, direttore del dipartimento Integrazione biogeochimica presso MPI BGC e iDiv.

I ricercatori hanno ispezionato i tassi di cambio dell'anidride carbonica, vapore acqueo, ed energia presso 203 stazioni di monitoraggio nel mondo che appartengono alla rete FLUXNET, una rete collaborativa di più team di ricerca e siti sul campo che raccolgono e condividono i loro dati. I siti selezionati coprono una grande varietà di zone climatiche e tipi di vegetazione. Per ogni sito, hanno calcolato un insieme delle proprietà funzionali degli ecosistemi, e comprendeva inoltre calcoli sulle variabili climatiche medie e sulla disponibilità idrica del suolo, nonché sulle caratteristiche della vegetazione e sui dati satellitari sulla biomassa vegetale.

I tre indicatori funzionali individuati dipendono criticamente dalla struttura della vegetazione, questo è il verde della vegetazione, contenuto di azoto delle foglie, altezza della vegetazione, e biomasse. Questo risultato sottolinea l'importanza della struttura dell'ecosistema, che possono essere modellati dai disturbi e dalla gestione forestale nel controllo delle funzioni dell'ecosistema. Allo stesso tempo, l'efficienza nell'uso di acqua e carbonio dipende anche in modo critico dal clima e in parte dall'aridità, che indica il ruolo critico del cambiamento climatico per il futuro funzionamento dell'ecosistema. "La nostra analisi esplorativa serve come un passo cruciale verso lo sviluppo di indicatori per il funzionamento dell'ecosistema e la salute dell'ecosistema, " riassume Reichstein, "aggiungendo a una valutazione completa della risposta degli ecosistemi mondiali ai cambiamenti climatici e ambientali".