Les écosystèmes à la surface de la Terre soutiennent de multiples fonctions et services essentiels pour la société, comme la production de biomasse, l'efficacité de la végétation à utiliser la lumière du soleil et l'eau, rétention d'eau et régulation climatique, et finalement la sécurité alimentaire. Changements climatiques et environnementaux, ainsi que les impacts anthropiques, menacent continuellement la fourniture de ces fonctions. Pour comprendre comment les écosystèmes terrestres réagiront à cette menace, il est crucial de savoir quelles fonctions sont essentielles pour obtenir une bonne représentation du bien-être et du fonctionnement global des écosystèmes. Ceci est d'autant plus difficile que les écosystèmes sont assez complexes en termes de structure et de réponses aux changements environnementaux.

Un large réseau international de chercheurs, dirigé par le Dr Mirco Migliavacca chez MPI BGC et iDiv en Allemagne, a abordé cette question en combinant plusieurs flux de données et méthodes. Les scientifiques ont utilisé les données environnementales des réseaux mondiaux de stations écosystémiques, combiné avec des observations satellitaires, modèles mathématiques, et méthodes de découverte statistique et causale. Le résultat est d'une simplicité saisissante :« Nous avons pu identifier trois indicateurs clés qui nous permettent de résumer le fonctionnement des écosystèmes :la productivité maximale réalisée, l'efficacité de l'utilisation de l'eau, et l'efficacité de l'utilisation du carbone », déclare le premier auteur de l'étude, le Dr Migliavacca.

L'indicateur de productivité maximale reflète la capacité d'un écosystème donné à absorber le CO 2 . L'indicateur d'utilisation de l'eau est une combinaison de mesures représentant l'efficacité de l'utilisation de l'eau par l'écosystème, qui est le carbone absorbé par quantité d'eau transpirée par les plantes. L'indicateur d'efficacité d'utilisation du carbone reflète l'utilisation du carbone par un écosystème, qui représente le carbone respiré par rapport au carbone absorbé. Les découvertes surprenantes ont amené l'équipe à réfléchir à la façon dont les écosystèmes complexes sont finalement entraînés par un petit ensemble de facteurs majeurs, tout comme ce qui a été trouvé, par exemple, pour la photosynthèse des feuilles sur la base d'une poignée de traits foliaires.

"En utilisant seulement ces trois facteurs principaux, nous pouvons expliquer près de 72 pour cent de la variabilité au sein des fonctions écosystémiques, " Migliavacca ajoute. " L'efficacité de l'utilisation de l'eau étant le deuxième facteur majeur, nos résultats soulignent l'importance de la disponibilité en eau pour la performance des écosystèmes. Cela sera crucial pour les considérations relatives à l'impact du changement climatique, " dit le dernier auteur Prof Dr. Markus Reichstein, directeur du département Intégration Biogéochimique chez MPI BGC et iDiv.

Les chercheurs ont inspecté les taux de change du dioxyde de carbone, vapeur d'eau, et de l'énergie dans 203 stations de surveillance dans le monde qui appartiennent au réseau FLUXNET, un réseau collaboratif de plusieurs équipes de recherche et sites de terrain qui collectent et partagent leurs données. Les sites sélectionnés couvrent une grande variété de zones climatiques et de types de végétation. Pour chaque site, ils ont calculé un ensemble de propriétés fonctionnelles des écosystèmes, et comprenait en outre des calculs sur les variables moyennes du climat et de la disponibilité en eau du sol ainsi que les caractéristiques de la végétation et les données satellitaires sur la biomasse de la végétation.

Les trois indicateurs fonctionnels identifiés dépendent de manière critique de la structure de la végétation, c'est la verdure de la végétation, teneur en azote des feuilles, hauteur de végétation, et la biomasse. Ce résultat souligne l'importance de la structure de l'écosystème, qui peuvent être façonnés par les perturbations et la gestion forestière dans le contrôle des fonctions écosystémiques. À la fois, l'efficacité de l'utilisation de l'eau et du carbone dépend également de manière critique du climat et en partie de l'aridité, qui souligne le rôle critique du changement climatique pour le fonctionnement futur des écosystèmes. "Notre analyse exploratoire constitue une étape cruciale vers le développement d'indicateurs du fonctionnement et de la santé des écosystèmes, " résume Reichstein, "ajoutant à une évaluation complète de la réponse des écosystèmes du monde aux changements climatiques et environnementaux."