La photosynthèse sur Terre est régulée par la phénologie végétale - comment les cycles de vie des plantes interagissent avec le climat - et les conditions environnementales, qui ont tous deux considérablement changé au cours des dernières décennies. Contrairement à la photosynthèse de début de saison qui est principalement due au réchauffement des températures ou au début de la saison des pluies, la photosynthèse de fin de saison peut être limitée par plusieurs facteurs, tels que le cycle de vie des plantes et le rayonnement, et ses mécanismes sous-jacents sont moins compris. La photosynthèse en fin de saison sur terre contribue grandement à la fixation annuelle du carbone total et est sensible au climat. Les scientifiques conviennent généralement que la limitation de la température sur la photosynthèse en fin de saison s'atténuera avec le réchauffement, mais les effets de la disponibilité de l'eau sont très incertains.

Une nouvelle étude de Columbia Engineering montre qu'un stress hydrique accru - une fréquence plus élevée de sécheresse due à des températures plus élevées, va contraindre le cycle phénologique :en effet, en arrêtant la photosynthèse, il générera une absorption de carbone plus faible en fin de saison, contribuant ainsi à l'augmentation du réchauffement climatique. Les chercheurs ont utilisé à la fois des données de télédétection et des observations in situ pour analyser les limites de température et d'eau à la fin de la photosynthèse. Ils ont constaté que la limitation de l'eau sur la photosynthèse de fin de saison est régulée à la fois par l'eau du sol et la température annuelle moyenne. Les modèles du système terrestre ont prédit le réchauffement et l'assèchement du sol sur la majeure partie de la surface terrestre en, et il est donc clair que la disponibilité en eau deviendra de plus en plus importante en tant que facteur limitant pour la photosynthèse de fin de saison et l'absorption de carbone.

« Nous voulions comprendre quel est le facteur déterminant de la photosynthèse des plantes en fin de saison de croissance, et comment cela va changer à l'avenir, " dit Pierre Gentine, professeur agrégé de génie de la terre et de l'environnement et affilié à l'Earth Institute, qui a dirigé l'étude publiée aujourd'hui dans Actes de l'Académie nationale des sciences . "Notre étude est un très bon exemple de la façon dont les progrès des technologies de télédétection peuvent être utilisés pour résoudre des questions de longue durée comme celle-ci."

L'équipe a utilisé à la fois l'apprentissage automatique et la télédétection pour générer un nouvel ensemble de données permettant de cartographier la photosynthèse mondiale des plantes. Ils ont trouvé un modèle spatial contrasté de limitations de température et d'eau sur la photosynthèse à la fin de la saison de croissance. Le seuil les séparant a été déterminé par l'équilibre entre la disponibilité énergétique et l'approvisionnement en eau du sol. Les précipitations et la température ont eu des impacts importants mais opposés sur la photosynthèse de fin de saison de croissance pour les écosystèmes à différents endroits :si la photosynthèse des plantes dans certaines zones est limitée par les précipitations (relation positive avec les précipitations), la température est susceptible d'avoir un effet négatif, et vice versa.

"Nous sommes les premiers à montrer que l'équilibre entre l'eau du sol et l'apport énergétique dans l'écosystème détermine si le système est limité par les précipitations ou par la température, " dit l'auteur principal de l'étude Yao Zhang, ancien chercheur postdoctoral chez Gentine et maintenant chercheur postdoctoral au Lawrence Berkeley National Laboratory. "Au fur et à mesure que la limitation de température diminue, plus d'eau du sol est nécessaire pour soutenir une activité végétale accrue, surtout en fin de saison de croissance. Les modèles CMIP5 projettent le réchauffement et le séchage futurs, en particulier en fin de saison, qui devraient tous deux étendre davantage les régions à faible consommation d'eau, provoquant de grandes variations et des diminutions potentielles de la photosynthèse."

L'étude s'intitule « Large et prévu renforcement de la limitation de l'humidité sur la photosynthèse de fin de saison ».