Les plantes terrestres ont conduit une augmentation de la photosynthèse mondiale entre 2003 et 2021, une tendance partiellement compensée par une faible baisse de la photosynthèse – le processus d’utilisation du soleil pour faire de la nourriture – parmi les algues marines, selon une nouvelle étude publiée dans Changement climatique de la nature Le 1er août. Les résultats pourraient éclairer les évaluations de la santé planétaire, améliorer la gestion des écosystèmes et guider les projections du changement climatique et les stratégies d’atténuation.
Les organismes photosynthétiques – également connus sous le nom de producteurs primaires – forment la base de la chaîne alimentaire, ce qui rend possible la plupart des vies sur Terre. En utilisant l’énergie du soleil, les producteurs primaires réparent ou convertissent le carbone de l’air en matière organique ou à base de carbone. Mais les producteurs principaux libèrent également du carbone à travers un processus appelé respiration autotrophe, qui s’apparente un peu à la respiration. Le taux de gain de carbone après prise en compte de la perte par respiration est appelé production primaire nette.
« La production primaire nette mesure la quantité d’énergie que les organismes photosynthétiques capturent et mettent à disposition pour soutenir presque toute autre vie dans un écosystème », a déclaré le premier auteur Yulong Zhang, chercheur en laboratoire de Wenhong Li à l’école de l’environnement Nicholas de l’Université Duke. « En tant que base des réseaux alimentaires, la production primaire nette détermine la santé des écosystèmes, fournit des aliments et des fibres pour les humains, atténue les émissions de carbone anthropiques et aide à stabiliser le climat de la Terre. »
Des recherches antérieures sur la production primaire nette se sont généralement concentrées sur les écosystèmes terrestres ou océaniques, laissant les lacunes dans notre compréhension de la production primaire nette à travers la Terre et les implications potentielles pour l’atténuation du climat.
Pour cette étude, l’équipe a exploré les tendances annuelles et la variabilité de la production primaire nette mondiale, en mettant l’accent sur l’interaction entre les écosystèmes terrestres et océaniques.
« Si vous regardez la santé planétaire, vous voulez consulter les domaines terrestres et marins pour une vision intégrée de la production primaire nette. Les études pionnières qui combinaient pour la première fois la production primaire terrestre et marine n’ont pas été substantiellement mises à jour en plus de deux décennies », a déclaré la co-auteur Nicolas Cassar, la recherche de Zhang avec Zhang.
Idées satellites
Les observations des satellites offrent une perspective continue sur la photosynthèse par les plantes et les algues marines appelé phytoplancton. Plus précisément, les instruments satellites spécialisés mesurent la verdure de surface, qui représente l’abondance d’un pigment vert appelé chlorophylle produit par la vie photosynthétique. Les modèles informatiques estiment ensuite la production primaire nette en combinant les données de verdure avec d’autres données environnementales, telles que la température, la variabilité de la lumière et des nutriments.
Les auteurs de la nouvelle étude ont utilisé six ensembles de données par satellite différents sur la production primaire nette – trois pour les terres et trois pour les océans – pour les années de 2003 à 2021. En utilisant des méthodes statistiques, ils ont analysé les changements annuels de la production primaire nette pour les terres et, séparément, pour l’océan.
Ils ont constaté une augmentation significative de la production primaire nette terrestre, à un taux de 0,2 milliard de tonnes métriques de carbone par an entre 2003 et 2021. La tendance était répandue du tempéré à des zones boréales ou à haute latitude, à une exception notable dans les tropiques d’Amérique du Sud.
En revanche, l’équipe a identifié une baisse globale de la production primaire nette marine, soit environ 0,1 milliard de tonnes métriques de carbone par an pour la même période. De forts baisses se sont principalement produites dans les océans tropicaux et subtropicaux, en particulier dans l’océan Pacifique.
Tout compte fait, les tendances sur les terres ont dominé celles des océans: la production primaire nette mondiale a considérablement augmenté entre 2003 et 2021, à un taux de 0,1 milliard de tonnes métriques de carbone par an.
Moteurs environnementaux
Pour comprendre les facteurs environnementaux potentiels au jeu, l’équipe a analysé les variables telles que la disponibilité de la lumière, la température de l’air et de la surface de la mer, les précipitations et la profondeur de la couche mixte – une mesure qui reflète l’étendue du mélange dans la couche supérieure de l’océan par le vent, les ondes et les courants de surface.
« Le changement vers une plus grande production primaire sur des terres provenait principalement de plantes dans des latitudes plus élevées, où le réchauffement a prolongé des saisons de croissance et a créé des températures plus favorables, et dans des régions tempérées qui ont connu un mouillage local dans certaines zones, une expansion des forêts et une intensification des terres cultivées », a déclaré Wenhong Li, professeur de terre et de sciences climatiques à l’école de Nicholas et à une auto-autorité sur l’étude.
Les températures de réchauffement semblaient avoir un effet inverse dans certaines zones océaniques.
« La hausse des températures de la surface de la mer a probablement réduit la production primaire par le phytoplancton dans les régions tropicales et subtropicales », a ajouté Cassar. « Les eaux plus chaudes peuvent superposer des eaux plus fraîches et interférer avec le mélange des nutriments essentiels à la survie des algues. »
Bien que les terres aient conduit à l’augmentation globale de la production primaire mondiale, l’océan a principalement influencé la variabilité d’une année à l’autre, en particulier lors d’événements climatiques puissants tels que El Niño et La Niña, ont constaté les auteurs.
« Nous avons observé que la production primaire océanique réagit beaucoup plus fortement à El Niño et à La Niña que la production primaire terrestre », a déclaré le co-auteur Shineng Hu, professeur adjoint de dynamique climatique à l’école Nicholas. « Une série d’événements La Niña était en partie responsable d’un renversement de tendance dans la production primaire océanique que nous avons identifiée après 2015. Cette constatation met en évidence la plus grande sensibilité de l’océan à la variabilité climatique future. »
Grandes implications
L’étude souligne le rôle important des écosystèmes terrestres dans les baisses de compensation de la production primaire nette chez le phytoplancton marin, selon les auteurs.
Mais ils ont ajouté que la baisse de la production primaire nette dans les océans tropicaux et subtropicaux, associés à la stagnation sur terre sous les tropiques, peut affaiblir les bases des réseaux alimentaires tropicaux, avec des effets en cascade sur la biodiversité, les pêcheries et les économies locales. Au fil du temps, ces perturbations pourraient également compromettre la capacité des régions tropicales à fonctionner comme des puits de carbone efficaces, ce qui pourrait potentiellement intensifier les impacts du réchauffement climatique.
« Si la baisse de la production primaire océanique se poursuivra – et combien de temps et dans quelle mesure augmente les terres peut compenser ces pertes – reste une question clé sans réponse avec des implications majeures pour évaluer la santé de tous les êtres vivants et pour guider l’atténuation du changement climatique », a déclaré Zhang. « La surveillance coordonnée à long terme des écosystèmes terrestres et océaniques en tant que composantes intégrées de la Terre est essentielle. »
Financement: YZ, WL et GS ont été partiellement soutenus par la collaboration du Duke University-Usda Forest Service (23-JV-11330180-119). NC a été soutenu par la National Science Foundation (OCE-2123198). JM a été soutenu par le Oak Ridge National Laboratory. JX est soutenu par la National Science Foundation (Macrosystem Biology) et le programme scientifique à niveau néon (DEB-2017870).