包括俄勒冈州立大学研究员 Bev Law 在内的一项国际合作表示，陆地生态系统的健康状况在很大程度上取决于三个变量：植被吸收碳的能力、利用碳的效率和利用水的效率。
发表在《自然》杂志上的研究结果很重要，因为科学家和政策制定者需要更简单、更快和更便宜的方法来确定人类所依赖的生态系统如何应对气候和环境变化，包括人类造成的影响。
“我们使用这些复杂、连续的数据来开发方程式，这些方程式可以通过较少的测量来应用，以监测森林对气候和其他因素的反应，”劳说。
由德国耶拿马克斯普朗克生物地球化学研究所领导的研究小组使用卫星观测、数学模型和多个环境数据流来确定这三个因素结合起来代表了整个生态系统功能的 70% 以上。
换句话说，如果一个生态系统的碳吸收、碳利用效率和水资源利用效率都很强，那就意味着生态系统应该做的事情至少有 70% 做得很好。
“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，”俄勒冈州立大学林业学院名誉教授劳说。“这些功能和服务包括生物质生产、植物利用阳光和水的效率、保水、气候调节以及最终的粮食安全。监测这些关键指标允许以总结其适应、生存能力的方式描述生态系统功能并随着气候和环境的变化而蓬勃发展。”
科学家们说，水和碳的利用效率与气候和干旱密切相关，这表明未来几年气候变化将在塑造生态系统功能方面发挥重要作用。
当前研究的组成部分包括来自五个半干旱黄松遗址的数据，Law 在这些地点进行了 25 年的研究。
这些站点位于 AmeriFlux 网络中，该网络是北美洲、南美洲和中美洲的一系列地点，由 Law 等主要调查人员管理，负责测量生态系统二氧化碳、水和能源“通量”或与大气的交换。AmeriFlux 是国际 FLUXNET 项目的一部分，研究分析了来自 203 个代表各种气候带和植被类型的 FLUXNET 站点的数据。
鉴于生态系统结构的复杂性以及系统如何应对环境变化，衡量生态系统健康一直具有挑战性，几十年来一直在研究森林健康量化的 Law 说。
“在 1980 年代，我致力于制定包括类似碳利用效率在内的指标，许多测量结果都被纳入了林务局的森林健康监测图，”劳说。“新的通量论文展示了如何使用连续数据来开发算法以应用于监测森林状况，以及评估和改进用于估计气候对生态系统碳吸收和用水的影响的生态系统模型。”
用水指标是与生态系统用水效率相关的指标组合，即植物通过叶子蒸发的每单位水量所吸收的碳。碳使用效率指标将呼吸的碳与吸收的碳进行比较;植物呼吸是指将光合作用过程中产生的糖类转化为能量。
“使用三个主要因素，我们可以解释生态系统功能中近 72% 的变异性，”该研究的主要作者、马克斯普朗克生物地球化学研究所的研究员 Mirco Migliavacca 说。
Law说，这三个功能指标在很大程度上取决于植被的结构——绿度、叶子的氮含量、植被高度和生物量。这表明了生态系统结构的重要性，可以通过火灾等干扰以及森林管理实践来改变生态系统结构。
