地球陆地表面的生态系统支持对社会至关重要的多种功能和服务，例如生物量生产、植被利用阳光和水的效率、保水和气候调节，以及最终的粮食安全。气候和环境变化以及人为影响不断威胁着这些功能的提供。要了解陆地生态系统将如何应对这种威胁，了解哪些功能对于获得生态系统整体福祉和功能的良好表现至关重要。这尤其困难，因为生态系统的结构和对环境变化的反应相当复杂。
由 MPI BGC 和德国 iDiv 的 Mirco Migliavacca 博士领导的大型国际研究人员网络通过组合多个数据流和方法解决了这个问题。科学家们使用来自全球生态系统站网络的环境数据，结合卫星观测、数学模型以及统计和因果发现方法。结果非常简单：该研究的第一作者 Miglivacca 博士说：“我们能够确定三个关键指标，使我们能够总结生态系统的运作方式：实现的最大生产力、用水效率和碳使用效率。”
最大生产力指标反映了给定生态系统吸收 CO2 的能力。用水指标是代表生态系统用水效率的指标的组合，即植物蒸腾每单位水量所吸收的碳。碳使用效率指标反映了生态系统对碳的使用，它代表了呼吸的碳与吸收的碳。令人惊讶的发现使该团队反思了复杂的生态系统最终是如何由一小组主要因素驱动的，就像发现的那样，例如，基于少数叶子特征的叶子光合作用。
“仅使用这三个主要因素，我们就可以解释生态系统功能中近 72% 的可变性，”Migliavacca 补充道。“由于用水效率是第二个主要因素，我们的研究结果强调了水资源可用性对生态系统性能的重要性。这对于气候变化影响的考虑至关重要，”最后一位作者、生物地球化学整合系主任 Markus Reichstein 教授说在 MPI BGC 和 iDiv。
研究人员检查了全球 203 个监测站的二氧化碳、水蒸气和能量的交换率，这些监测站属于 FLUXNET 网络，FLUXNET 网络是一个由多个研究团队和现场站点收集和共享数据的协作网络。选定的地点涵盖了多种气候带和植被类型。对于每个站点，他们计算了一组生态系统的功能特性，并进一步包括对平均气候和土壤水分可用性变量以及植被特征和植被生物量卫星数据的计算。
确定的三个功能指标严重依赖于植被结构，即植被绿度、叶片含氮量、植被高度和生物量。这一结果强调了生态系统结构的重要性，它可以通过干扰和森林管理来控制生态系统功能。同时，水和碳的利用效率也严重依赖于气候，部分依赖于干旱，这表明气候变化对未来生态系统功能的关键作用。“我们的探索性分析是制定生态系统功能和生态系统健康指标的关键一步，”Reichstein 总结道，“增加了对世界生态系统对气候和环境变化的反应的综合评估。”
