Wereldwijde studie onthult toename van fotosynthese door land, gecompenseerd door oceanen

Onderzoek toont stijging van wereldwijde fotosynthese aan

Een recente studie gepubliceerd in Nature Climate Change laat zien dat terrestrische planten tussen 2003 en 2021 hebben bijgedragen aan een stijging van de wereldwijde fotosynthese. Deze trend wordt echter gedeeltelijk gecompenseerd door een zwakke afname van de fotosynthese onder mariene algen.

De bevindingen kunnen bijdragen aan evaluaties van de gezondheid van de planeet, het verbeteren van ecosysteembeheer en het begeleiden van klimaatveranderingsprojecties en mitigatiestrategieën. Fotosynthetische organismen, ook wel primaire producenten genoemd, vormen de basis van de voedselketen en zijn cruciaal voor het leven op aarde. Met behulp van zonlicht fixeren zij koolstof uit de lucht in organische materie. Tegelijkertijd stoten primaire producenten koolstof uit via autotrofische ademhaling, een proces dat vergelijkbaar is met ademhalen.

De netto primaire productie (NPP) meet de hoeveelheid energie die fotosynthetische organismen vastleggen en beschikbaar maken om bijna al het andere leven in een ecosysteem te ondersteunen. “NPP is de basis van voedselwebben en bepaalt de gezondheid van ecosystemen, levert voedsel en vezels voor mensen, vermindert antropogene koolstofemissies en helpt om het klimaat van de aarde te stabiliseren,” aldus Yulong Zhang, de eerste auteur van de studie.

Vorig onderzoek naar netto primaire productie richtte zich vaak op land- of oceaaneCosystemen, waardoor er lacunes waren in ons begrip van de netto primaire productie op aarde en de mogelijke implicaties voor klimaatmitigatie.

In deze studie verkende het team jaarlijkse trends en variabiliteit in de wereldwijde netto primaire productie, met een focus op de interactie tussen land- en oceaaneCosystemen. “Als je kijkt naar de gezondheid van de planeet, wil je zowel terrestrische als mariene domeinen beschouwen voor een geïntegreerd beeld van netto primaire productie,” zei co-auteur Nicolas Cassar.

Satellietinzichten

Satellietobservaties bieden een voortdurend perspectief op fotosynthese door planten en mariene algen, zoals fytoplankton. Gespecialiseerde satellietinstrumenten meten de oppervlaktetint, die de overvloed van een groen pigment genaamd chlorofyl vertegenwoordigt. Computer modellen schatten vervolgens de netto primaire productie door gegevens over de tint te combineren met andere milieu-informatie, zoals temperatuur, licht en voedingsvariabiliteit.

De auteurs van de nieuwe studie gebruikten zes verschillende satellietdatasets over netto primaire productie—drie voor land en drie voor oceanen—van 2003 tot 2021. Ze analyseerden jaarlijkse veranderingen in netto primaire productie voor land en de oceaan afzonderlijk.

De resultaten toonden een significante stijging in de netto primaire productie op land, met een toename van 0,2 miljard metrische ton koolstof per jaar tussen 2003 en 2021. Deze trend was wijdverspreid van gematigde naar boreale gebieden, met een opmerkelijke uitzondering in de tropen van Zuid-Amerika. In tegenstelling daarmee werd een algemene afname van de mariene netto primaire productie vastgesteld, van ongeveer 0,1 miljard metrische ton koolstof per jaar in dezelfde periode. De sterkste afnames deden zich voornamelijk voor in tropische en subtropische oceanen, met name in de Stille Oceaan.

Over het geheel genomen domineerden de trends op land die van de oceanen: de wereldwijde netto primaire productie nam significant toe van 2003 tot 2021, met een snelheid van 0,1 miljard metrische ton koolstof per jaar.

Milieu-invloed

Om de mogelijke milieu-invloeden te begrijpen, analyseerde het team variabelen zoals lichtbeschikbaarheid, lucht- en zee-oppervlaktemperatuur, neerslag en de diepte van de gemengde laag—een maat die de mate van menging in de bovenste laag van de oceaan door wind, golven en oppervlaktestromen weergeeft. “De verschuiving naar een grotere primaire productie op land kwam voornamelijk voort uit planten in hogere breedtegraden, waar de opwarming de groeiseizoenen heeft verlengd en gunstigere temperaturen heeft gecreëerd,” zei Wenhong Li, een professor aan de Nicholas School.

Opwarmende temperaturen leken een tegenovergesteld effect te hebben in sommige oceaangebieden. “Stijgende zee-oppervlaktemperaturen hebben waarschijnlijk de primaire productie door fytoplankton in tropische en subtropische gebieden verminderd,” voegde Cassar toe. “Warmer water kan zich boven koeler water ophopen en de menging van voedingsstoffen die essentieel zijn voor de overleving van algen verstoren.”

Hoewel land de algehele stijging van de wereldwijde primaire productie aandreef, had de oceaan voornamelijk invloed op de variabiliteit van jaar tot jaar, vooral tijdens sterke klimaat gebeurtenissen zoals El Niño en La Niña. “We hebben vastgesteld dat oceaan primaire productie veel sterker reageert op El Niño en La Niña dan land primaire productie,” zei co-auteur Shineng Hu.

Brede implicaties

De studie wijst op de belangrijke rol van terrestrische ecosystemen in het compenseren van afnames in netto primaire productie onder mariene fytoplankton. De auteurs waarschuwen echter dat afnames in netto primaire productie in tropische en subtropische oceanen, samen met stagnatie op land in de tropen, de basis van tropische voedselwebben kunnen verzwakken, met verstrekkende gevolgen voor biodiversiteit, visserij en lokale economieën.

Op de lange termijn kunnen deze verstoringen ook de capaciteit van tropische gebieden om effectief als koolstofputten te functioneren in gevaar brengen, wat de effecten van klimaatverandering kan intensiveren. “Of de afname van de oceaan primaire productie zal aanhouden—en hoe lang en in welke mate de stijgingen op land deze verliezen kunnen compenseren—blijft een belangrijke onbeantwoorde vraag met grote implicaties voor het beoordelen van de gezondheid van alle levende wezens en voor het begeleiden van klimaatverandering mitigatie,” aldus Zhang. “Langdurige, gecoördineerde monitoring van zowel land- als oceaaneCosystemen als geïntegreerde componenten van de aarde is essentieel.”