Landväxter bidrog till en ökning av den globala fotosyntesen mellan 2003 och 2021, en trend som delvis motverkades av en svag nedgång i fotosyntesen – processen där solljus omvandlas till näring – hos marina alger, enligt en studie publicerad i Nature Climate Change.
Resultaten kan ligga till grund för bedömningar av planetens hälsa, förbättra ekosystemförvaltningen och vägleda prognoser om klimatförändringar och strategier för att mildra dessa.
Fotosyntetiska organismer – även kända som primärproducenter – utgör basen i näringskedjan och möjliggör det mesta av livet på jorden. Med hjälp av energi från solen fixerar eller omvandlar primärproducenter kol från luften till organiskt, eller kolbaserat, material. Men primärproducenter släpper också ut kol genom en process som kallas autotrofisk respiration, som påminner om andning.
Den hastighet med vilken kol tillförs efter avdrag för förluster genom respiration kallas nettoprimärproduktion.
”Nettoprimärproduktion mäter den mängd energi som fotosyntetiska organismer fångar upp och gör tillgänglig för att stödja nästan allt annat liv i ett ekosystem”, säger försteförfattaren Yulong Zhang, forskare i Wenhong Lis laboratorium vid Duke Universitys Nicholas School of the Environment.
”Som grund för näringsvävarna avgör nettoprimärproduktionen ekosystemets hälsa, förser människor med mat och fibrer, mildrar antropogena koldioxidutsläpp och bidrar till att stabilisera jordens klimat.”
Tidigare forskning om nettoprimärproduktion har vanligtvis fokuserat på antingen land- eller havsekosystem, vilket har lämnat luckor i vår förståelse av nettoprimärproduktionen på jorden och de potentiella konsekvenserna för klimatbegränsningen.
I denna studie undersökte teamet årliga trender och variationer i den globala nettoprimärproduktionen, med fokus på samspelet mellan land- och havsekosystem.
”Om man tittar på planetens hälsa vill man titta på både land- och havsdomäner för att få en helhetsbild av nettoprimärproduktionen. De banbrytande studierna som först kombinerade primärproduktion på land och i havet har inte uppdaterats väsentligt på över två decennier”, säger medförfattaren Nicolas Cassar, Lee Hill Snowdon Bass Chair vid Nicholas School, som tillsammans med Zhang övervakade forskningen.
Satellitinsikter
Observationer från satelliter ger en kontinuerlig bild av fotosyntesen hos växter och marina alger som kallas fytoplankton. Speciella satellitinstrument mäter ytans grönska, som representerar mängden av ett grönt pigment som kallas klorofyll och som produceras av fotosyntetiska organismer.
Datorer uppskattar sedan nettoprimärproduktionen genom att kombinera grönskedata med andra miljödata, såsom temperatur, ljus och näringsvariationer.
Författarna till den nya studien använde sex olika satellitbaserade dataset om nettoprimärproduktion – tre för land och tre för hav – för åren 2003 till 2021. Med hjälp av statistiska metoder analyserade de årliga förändringar i nettoprimärproduktionen för land och, separat, för havet.
De fann en signifikant ökning av den terrestriska nettoprimärproduktionen, med en hastighet av 0,2 miljarder ton koldioxid per år mellan 2003 och 2021. Trenden var utbredd från tempererade till boreala, eller höglatitudinella, områden, med ett noterbart undantag i tropikerna i Sydamerika.
Däremot identifierade teamet en total minskning av den marina primärproduktionen på cirka 0,1 miljarder ton koldioxid per år under samma tidsperiod. Starka minskningar inträffade främst i tropiska och subtropiska hav, särskilt i Stilla havet.
Sammantaget dominerade trenderna på land över trenderna i haven: den globala primärproduktionen ökade betydligt mellan 2003 och 2021, med en hastighet av 0,1 miljarder ton koldioxid per år.
Miljödrivande faktorer
För att förstå de potentiella miljöfaktorer som spelar in analyserade teamet variabler som ljustillgång, luft- och havsyta temperatur, nederbörd och blandningsskiktets djup – ett mått som speglar omfattningen av blandningen i havets översta skikt genom vind, vågor och ytströmmar.
”Ökningen av primärproduktionen på land berodde främst på växter i högre breddgrader, där uppvärmningen har förlängt växtsäsongen och skapat mer gynnsamma temperaturer, samt i tempererade regioner som upplevt lokal fuktighet i vissa områden, skogsexpansion och intensifiering av jordbruket”, säger Wenhong Li, professor i jord- och klimatvetenskap vid Nicholas School och medförfattare till studien.
Uppvärmningen tycks ha haft motsatt effekt i vissa havsområden.
”Stigande havstemperaturer minskade sannolikt den primära produktionen av fytoplankton i tropiska och subtropiska regioner”, tillägger Cassar. ”Varmare vatten kan lägga sig ovanpå kallare vatten och störa blandningen av näringsämnen som är nödvändiga för algernas överlevnad.”
Även om land var den drivande kraften bakom den totala ökningen av den globala primärproduktionen, var det främst havet som påverkade variationerna från år till år, särskilt under starka klimatfenomen som El Niño och La Niña, konstaterar författarna.
”Vi observerade att den primära produktionen i havet reagerar mycket starkare på El Niño och La Niña än den primära produktionen på land”, säger medförfattaren Shineng Hu, biträdande professor i klimatdynamik vid Nicholas School.
”En serie La Niña-händelser var delvis ansvariga för den trendvändning i den primära produktionen i havet som vi identifierade efter 2015. Detta fynd understryker havets större känslighet för framtida klimatvariationer.”
Breda konsekvenser
Studien pekar på den viktiga roll som landekosystemen spelar för att kompensera för minskningen av den primära nettoproduktionen bland marint fytoplankton, enligt författarna.
Men de tillägger att minskningen av den primära nettoproduktionen i tropiska och subtropiska hav, i kombination med stagnation på land i tropikerna, kan försvaga grunden för tropiska näringsvävar, med följdverkningar för biologisk mångfald, fiske och lokal ekonomi.
Med tiden kan dessa störningar också äventyra tropiska regioners förmåga att fungera som effektiva kolsänkor, vilket potentiellt kan intensifiera effekterna av klimatuppvärmningen.
”Om nedgången i havens primärproduktion kommer att fortsätta – och hur länge och i vilken utsträckning ökningar på land kan kompensera för dessa förluster – är fortfarande en viktig obesvarad fråga med stora konsekvenser för bedömningen av alla levande organismers hälsa och för styrningen av klimatförändringarna”, säger Zhang.
”Långsiktig, samordnad övervakning av både land- och havsekosystem som integrerade delar av jorden är avgörande.”
Mer information: Kontrasterande biologiska produktionstrender över land och hav, Nature Climate Change (2025). DOI: 10.1038/s41558-025-02375-1
