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  • Behaviour of terrestrial ecosystems is governed by three main factors

    Ecosystems provide multiple services for humans. However, these services depend on basic ecosystem functions which are shaped both by natural conditions like climate and species and human interventions. in an article published in  Nature, a large international research team, led by Max Planck Institute for Biogeochemistry, has identified three key groups of functions that fully summarize ecosystem behaviour. The first function is the capacity to maximize primary productivity, the second is water-use efficiency, and third carbon-use efficiency. The sole monitoring of these key factors will make it possible to describe ecosystem behaviour and to understand the responsiveness to climatic and environmental changes.

    New study published in Nature identifies the three key groups of functions that fully summarize ecosystem behavior: the capacity to maximize primary productivity, the water-use efficiency, and the carbon-use efficiency. Figure shows biomes defined as function of the mean annual temperature and mean annual precipitation (MAP). Figure: Migliavacca, et al.

    Ecosystems on Earth’s land surface support multiple functions and services that are critical for society, such as biomass production, vegetation’s efficiency of using sunlight and water, water retention and climate regulation, and ultimately food security. Climate and environmental changes as well as anthropogenic impacts continuously threaten the provision of these functions. To understand how terrestrial ecosystems will respond to this threat, it is crucial to know which functions are essential to obtain a good representation of the ecosystems’ overall well-being and behaviour. This is particularly difficult since ecosystems are rather complex regarding their structure and their responses to environmental changes.

    Scientists from several research centers including CSIC-CREAF Barcelona contributed to a large international network of researchers, led by Dr. Mirco Migliavacca at Max Planck Institute for Biogeochemistry in Jena, Germany, to tackle this question by combining multiple data streams and methods. The scientists used environmental data from global networks of ecosystem stations, combined with satellite observations, mathematical models, and statistical and causal discovery methods.  The result is strikingly simple: “We were able to identify three key dimensions that make it possible to summarise how ecosystems behave: the maximum realized productivity, the efficiency of using water, and the efficiency of using carbon” says Dr. Migliavacca, first author of the recent publication in Nature. “Using only these three major factors, we can explain 71.8% of the variability within ecosystem functions”, he adds.

    The researchers particularly inspected the exchange rates of carbon dioxide, water vapour, and energy at 203 world-wide monitoring stations that cover a large variety of climate zones and vegetation types. For each site they calculated a set of the ecosystems’ functional properties, and further included calculations on average climate and soil water variables as well as vegetation characteristics and satellite data on vegetation biomass.

    The three identified function groups critically depend on the structure of vegetation, e.g. on vegetation greenness, and nitrogen content of leaves as well as vegetation height and biomass. This also underlines the importance of ecosystem structure, that can be shaped by disturbances and forest management in controlling ecosystem behaviour. At the same time, the water and carbon use efficiency also critically depend on climate and partly on aridity, which points to the critical role of climate change for future ecosystem functioning. “Our exploratory analysis serves as a first step towards developing indicators of the whole ecosystem behaviour” says Max Planck director Prof. Markus Reichstein, “this will facilitate a more comprehensive assessment of the overall ecosystem response to climate and environmental changes.”

    “The concept of the key axes of ecosystem functions could be used as a backdrop for the development of land surface models, which might help to improve the predictability of the terrestrial carbon and water cycle in response to future changing climatic and environmental conditions”, conclude Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC-UAB.

    Source: https://www.inrae.fr/en/news/behaviour-terrestrial-ecosystems-governed-only-three-main-factors

    Reference: Migliavacca, M., Musavi, T., Mahecha, M.D., Nelson, J.A., Knauer, J., Baldocchi, D.D., Perez-Priego, O., Christiansen, R., Peters, J., Anderson, K., Bahn, M., Black, T.A., Blanken, P.D., Bonal, D., Buchmann, N., Caldararu, S., Carrara, A., Carvalhais, N., Cescatti, A., Chen, J., Cleverly, J., Cremonese, E., Desai, A.R., El-Madany, T.S., Farella, M.M., Fernández-Martínez, M., Filippa, G., Forkel, M., Galvagno, M., Gomarasca, U., Gough, C.M., Göckede, M., Ibrom, A., Ikawa, H., Janssens, I.A., Jung, M., Kattge, J., Keenan, T.F., Knohl, A., Kobayashi, H., Kraemer, G., Law, B.E., Liddell, M.J., Ma, X., Mammarella, I., Martini, D., Macfarlane, C., Matteucci, G., Montagnani, L., Pabon-Moreno, D.E., Panigada, C., Papale, D., Pendall, E., Penuelas, J., Phillips, R.P., Reich, P.B., Rossini, M., Rotenberg, E., Scott, R.L., Stahl, C., Weber, U., Wohlfahrt, G. Wolf, S., Wright, I.J., Yakir, D., Zaehle, S., Reichstein, M. 2021. The three major axes of terrestrial ecosystem function. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03939-9

    Monitorar el diòxid de nitrogen en l’atmosfera permet predir si el confinament serà eficaç per frenar epidèmies com la COVID19


    A dalt, nivells de No2 durant les primeres quatre setmanes després del primer brot de Covid-19; a sota, nivells durant les últimes setmanes de l’estudi, entre octubre i novembre de 2020.

    Un model basat en tècniques de “machine learning” permet predir, a partir de dades de satèl·lits, si la reducció de l’activitat econòmica redueix els contagis. Desenvolupat amb participació del CSIC i de l’CREAF, el model permetrà afinar millor el temps i el grau de les mesures de confinament.

    Un treball internacional amb participació dels científics Josep Peñuelas i Jordi Sardans, del CSIC i del CREAF, ha desenvolupat un model per predir, a partir de dades satel·litals de contaminació per diòxid de nitrogen, l’eficàcia del confinament per frenar epidèmies com la COVID-19. El model desenvolupat és capaç de predir com s’acceleren els contagis quan s’aixequen les mesures de confinament. Per tant, la informació permet optimitzar el temps i la intensitat de la implementació d’intervencions no farmacèutiques, i millorar l’efectivitat de control de la COVID-19 i en general de les pandèmies.

    El Prof. Josep Peñuelas, investigador del CSIC i del CREAF explica que “el model millora significativament les prediccions fins ara usades per l’OMS i altres organitzacions governamentals i no governamentals”.

    “Tal com hem vist en el treball, en l’hivern 2020-2021, prop d’un milió de casos diaris de COVID-19 es podrien haver evitat si s’haguessin optimitzat el temps i els nivells de restricció del confinament”, comenta Rong Wang, científic de la Universitat de Fudan (Xina) i coordinador d’aquesta investigació, que ha comptat amb finançament del programa PANDÈMIES 2020 de l’AGAUR.

    La investigació es publica a la prestigiosa revista PNAS i ha comptat amb la participació d’una vintena de centres de recerca internacionals. Es tracta d’un treball interdisciplinari, amb especialistes en contaminació atmosfèrica, economia, epidemiologia, anàlisi de dades i intel·ligència artificial.

    Els científics han aplicat tècniques d’aprenentatge automàtic que permeten seguir com es redueix l’activitat econòmica monitoritzant en temps gairebé real els nivells de diòxid de nitrogen (NO2) a l’atmosfera.

    NO2, un indicador de l’activitat socioeconòmica

    Per entrenar el model, s’han introduït i comparat els nivells de NO2 observats pels satèl·lits en les setmanes de confinament després del brot de COVID el 2020, amb els de les mateixes àrees en els anys 2016-2019.

    Les observacions cobreixen 211 àrees geogràfiques, de les quals 31 són províncies a la Xina, 51 són estats dels EUA i 129 països d’Europa, Àsia, Est, Àfrica i Amèrica Llatina. Aquestes dades s’han correlacionat amb el nombre de contagis en cadascuna d’aquestes àrees en les setmanes de confinament i les posteriors, en què es van aixecar les mesures.

    A més, els càlculs s’han ajustat per tenir en compte variables meteorològiques, ambientals i socials que poden influir tant en els nivells de NO2 com en la dispersió dels contagis, i que no estan relacionats amb l’activitat econòmica.

    El model resultant pot predir la desacceleració en els contagis en les 211 àrees a partir de les observacions de NO2 i els 10 indicadors ambientals i socioeconòmics més determinants. En aquest sentit, el model també permet veure altres possibles resultats en funció de les mesures implementades.

    “Sabíem que mesures no farmacològiques com el confinament són efectives per contenir les epidèmies com la de la COVID-19, però encara ens faltava una avaluació quantitativa de l’efectivitat i el moment adequat d’aplicació d’aquestes intervencions en diferents regions del món”, conclou Jordi Sardans, des del CREAF.

    Article de referència: Xiaofan Xing et al. 2021. Predicting the effect of confinement on the COVID-19 spread using machine learning enriched with satellite air pollution observations. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2109098118 

    Font: https://delegacion.catalunya.csic.es/monitorar-el-dioxid-de-nitrogen-en-latmosfera-permet-predir-si-el-confinament-sera-eficac-per-frenar-epidemies-com-la-covid19/?lang=ca

    Monitorizar el dióxido de nitrógeno en la atmósfera permite predecir si el confinamiento será eficaz para frenar epidemias como la COVID19


    Arriba, niveles de No2 durante las primeras cuatro semanas tras el primer brote; debajo, niveles durante las últimas semanas del estudio, entre octubre y noviembre de 2020.

    Un modelo basado en técnicas de “machine learning” permite predecir, a partir de datos satelitales, si la reducción de la actividad económica reduce los contagios. Desarrollado con participación del CSIC y del CREAF, el modelo permitirá afinar mejor los tiempos y el grado de las medidas de confinamiento.


    Un trabajo internacional con participación de los científicos Josep Peñuelas y Jordi Sardans, del CSIC y del CREAF, ha desarrollado un modelo para predecir, a partir de datos satelitales de contaminación por dióxido de nitrógeno, la eficacia del confinamiento para frenar epidemias como la COVID-19. El modelo desarrollado es capaz de predecir cómo se aceleran los contagios cuando se levantan las medidas de confinamiento. Por lo tanto, la información permite optimizar el tiempo y la intensidad de la implementación de intervenciones no farmacéuticas, y mejorar la efectividad de control de la COVID-19 y en general de las pandemias.

    El Prof. Josep Peñuelas, investigador del CSIC y del CREAF explica que “el modelo mejora significativamente las predicciones hasta ahora usadas por la OMS y otras organizaciones gubernamentales y no gubernamentales”.

    “Tal como hemos visto en el trabajo, en el invierno 2020-2021, cerca de un millón de casos diarios de COVID-19 se podrían haber evitado si se hubieran optimizado los tiempos y los niveles de restricción del confinamiento”, comenta Rong Wang, científico de la Universidad de Fudan (China) y coordinador de esta investigación, que ha contado con financiación del programa PANDÈMIES 2020 de la AGAUR.

    La investigación se publica en la prestigiosa revista PNAS, y ha contado con la participación de una veintena de centros de investigación internacionales. Se trata de un trabajo interdisciplinar, con especialistas en contaminación atmosférica, economía, epidemiología, análisis de datos e inteligencia artificial.

    Los científicos han aplicado técnicas de aprendizaje automático que permiten seguir como se reduce la actividad económica monitorizando en tiempo casi real los niveles de dióxido de nitrógeno (NO2) en la atmosfera.

    NO2, un indicador de la actividad socioeconómica

    Para entrenar el modelo, se han introducido y comparado los niveles de NO2 observados por los satélites en las semanas de confinamiento tras el brote de COVID en 2020, con los de las mismas áreas en los años 2016-2019.

    Las observaciones cubren 211 áreas geográficas, de las cuales 31 son provincias en China, 51 son estados de los EE.UU. y 129 países de Europa, Asia, Medio Este, África y Latinoamérica. Esos datos se han correlacionado con los números de contagios en cada una de esas áreas en las semanas de confinamiento y las posteriores, en las que se levantaron las medidas.

    Además, los cálculos se han ajustado para tener en cuenta variables meteorológicas, ambientales y sociales que pueden influir tanto en los niveles de NO2 como en la dispersión de los contagios, y que no están relacionados con la actividad económica. 

    El modelo resultante puede predecir la desaceleración en los contagios en las 211 áreas a partir de las observaciones de NO2 y los 10 indicadores ambientales y socioeconómicos más determinantes. En ese sentido, el modelo también permite ver otros posibles resultados en función de las medidas implementadas.

    “Sabíamos que medidas no farmacológicas como el confinamiento son efectivas para contener las epidemias como la de la COVID-19, pero aún nos faltaba una evaluación cuantitativa de la efectividad y el momento adecuado de aplicación de estas intervenciones en diferentes regiones del mundo”, concluye Jordi Sardans desde el CREAF.

    Artículo de referencia: Xiaofan Xing et al. 2021. Predicting the effect of confinement on the COVID-19 spread using machine learning enriched with satellite air pollution observations. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2109098118


    Un trabajo internacional con participación de los científicos Josep Peñuelas y Jordi Sardans, del CSIC y del CREAF, ha desarrollado un modelo para predecir, a partir de datos satelitales de contaminación por dióxido de nitrógeno, la eficacia del confinamiento para frenar epidemias como la COVID-19. El modelo desarrollado es capaz de predecir cómo se aceleran los contagios cuando se levantan las medidas de confinamiento. Por lo tanto, la información permite optimizar el tiempo y la intensidad de la implementación de intervenciones no farmacéuticas, y mejorar la efectividad de control de la COVID-19 y en general de las pandemias.

    El Prof. Josep Peñuelas, investigador del CSIC y del CREAF explica que “el modelo mejora significativamente las predicciones hasta ahora usadas por la OMS y otras organizaciones gubernamentales y no gubernamentales”.

    “Tal como hemos visto en el trabajo, en el invierno 2020-2021, cerca de un millón de casos diarios de COVID-19 se podrían haber evitado si se hubieran optimizado los tiempos y los niveles de restricción del confinamiento”, comenta Rong Wang, científico de la Universidad de Fudan (China) y coordinador de esta investigación, que ha contado con financiación del programa PANDÈMIES 2020 de la AGAUR.

    La investigación se publica en la prestigiosa revista PNAS, y ha contado con la participación de una veintena de centros de investigación internacionales. Se trata de un trabajo interdisciplinar, con especialistas en contaminación atmosférica, economía, epidemiología, análisis de datos e inteligencia artificial.

    Los científicos han aplicado técnicas de aprendizaje automático que permiten seguir como se reduce la actividad económica monitorizando en tiempo casi real los niveles de dióxido de nitrógeno (NO2) en la atmosfera.

    NO2, un indicador de la actividad socioeconómica

    Para entrenar el modelo, se han introducido y comparado los niveles de NO2 observados por los satélites en las semanas de confinamiento tras el brote de COVID en 2020, con los de las mismas áreas en los años 2016-2019.

    Las observaciones cubren 211 áreas geográficas, de las cuales 31 son provincias en China, 51 son estados de los EE.UU. y 129 países de Europa, Asia, Medio Este, África y Latinoamérica. Esos datos se han correlacionado con los números de contagios en cada una de esas áreas en las semanas de confinamiento y las posteriores, en las que se levantaron las medidas.

    Además, los cálculos se han ajustado para tener en cuenta variables meteorológicas, ambientales y sociales que pueden influir tanto en los niveles de NO2 como en la dispersión de los contagios, y que no están relacionados con la actividad económica. 

    El modelo resultante puede predecir la desaceleración en los contagios en las 211 áreas a partir de las observaciones de NO2 y los 10 indicadores ambientales y socioeconómicos más determinantes. En ese sentido, el modelo también permite ver otros posibles resultados en función de las medidas implementadas.

    “Sabíamos que medidas no farmacológicas como el confinamiento son efectivas para contener las epidemias como la de la COVID-19, pero aún nos faltaba una evaluación cuantitativa de la efectividad y el momento adecuado de aplicación de estas intervenciones en diferentes regiones del mundo”, concluye Jordi Sardans desde el CREAF.

    Artículo de referencia: Xiaofan Xing et al. 2021. Predicting the effect of confinement on the COVID-19 spread using machine learning enriched with satellite air pollution observations. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2109098118

    Fuente: https://delegacion.catalunya.csic.es/monitorizar-el-dioxido-de-nitrogeno-en-la-atmosfera-permite-predecir-si-el-confinamiento-sera-eficaz-para-frenar-epidemias-como-la-covid19/

    Faster recovery of soil biodiversity in native species mixture than in Eucalyptus monoculture after 60 years afforestation in tropical degraded coastal terraces


    In a new study published in the journal Global Change Biology authors studied the linkages between different afforestation practices and soil biodiversity in a tropical coastal forest in South China. Images show the degraded coastal land and vegetation restoration in the study area; image source: Wu et al. Global Change Biology.

    The importance of forests in the global carbon cycle that sustains life on Earth is undisputable. The multifunctional roles of forests extend to many aspects such as moderating air temperature and supporting a vast array of biodiversity on Earth. Forests also provide economic (e.g. timber, food, and fiber) and social benefits (e.g. subsistence for local populations and cultures. However, global climate change and human activities such as farming, mining, infrastructure expansion, are causing deforestation and subsequent degradation of soil properties and functions.

    Afforestation, act or process of establishing a forest especially on land not previously forested, is an effective method to restore degraded land. Afforestation methods vary in their effects on ecosystem multifunctionality, but their effects on soil biodiversity have been largely overlooked.

    In a new study published in the journal Global Change Biology authors studied the linkages between different afforestation practices and soil biodiversity in a tropical coastal forest in South China. The afforestation practices were initiated in the 1960s with no afforestation practices (bare land) and Eucalyptus exserta rotation monoculture. Later, in 1974, some Eucalyptus forests were clear-cut and reforested with native tree species. The study tested whether afforestation with native tree mixtures would restore the community composition, diversity, and abundance of diverse soil biota to levels of undisturbed native forests, while authors expected these effects to be less in Eucalyptus rotation monoculture forests. Furthermore, they also tested if afforestation with native tree mixtures would increase functional characteristics of soil biota more than afforestation with Eucalyptus rotation monocultures.

    Sixty years after afforestation from bare land, plant species richness and the abundance of plant litter (398 ± 85 g m−2) and plant biomass (179 ± 3.7 t ha−1) in native tree species mixtures were restored to the level of native forests (287 ± 21 g m−2 and 243.0 ± 33 t ha−1, respectively), while Eucalyptus monoculture only successfully restored the litter mass (388 ± 43 g m−2) to the level of native forests. Soil fertility in Eucalyptus monoculture and species mixtures was increased but remained lower than in native forests.

    Authors give the example of soil nitrogen and phosphorus concentrations in species mixtures (1.2 ± 0.2 g kg−1 and 408 ± 49 mg kg−1, respectively; p < 0.05) were lower than in native forests (1.8 ± 0.2 g kg−1 and 523 ± 24 mg kg−1, respectively; p < 0.05). Soil biodiversity, abundance (except for nematodes), and community composition in species mixtures were similar or greater than those in native forests. In contrast, restoration with Eucalyptus monoculture only enhanced the diversity of microbes and mites to the level of native forests, but not for other soil biota.

    According with this study, afforestation with native species mixtures can end up restoring vegetation and most aspects of the taxonomic and functional biodiversity in soil whereas monoculture using fast-growing non-native species cannot. “Native species mixtures show a greater potential to reach completely similar levels of soil biodiversity in local natural forests if they received some more decades of afforestation. Multifunctionality of soil biotic community should be considered to accelerate such processes in future restoration practices”, highlights Dr. Wenjia Wu from the Key Laboratory of Vegetation Restoration and Management of Degraded Ecosystems & CAS Engineering Laboratory for Vegetation Ecosystem Restoration on Islands and Coastal Zones, China.

    “Although sixty years afforestation with native species did not reach the full level of soil fertility, abundance, and functional characteristics of belowground community of the more than 200-year-old native forest, certain traits of diversity of soil biota reached similar levels. This indicates that the overall habitat restoration may take several decades, with likely consequences for ecosystem functioning. However, the afforestation with native species can end up reaching similar levels of diversity than native forests whereas plantations using fast-growing non-native species cannot”, summarizes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona.

    Reference: Wu, W., Kuang, L., Li, Y., He, L., Mou, Z., Wang, F., Zhang, J., Wang, J., Li, Z., Lambers, H., Sardans, J., Peñuelas, J., Geisen, S., Liu, Z. 2021. Faster recovery of soil biodiversity in native species mixture than in Eucalyptus monoculture after 60 years afforestation in tropical degraded coastal terraces. Global Change Biology. doi: 1 0.1111/gcb.15774, in press..

    Prof Josep Peñuelas among the first 100 researchers in Spain and Spaniards abroad

    Prof. Josep Peñuelas research professor of the CSIC and CREAF and director of the Global Ecology Unit CREAF-CSIC-UB-UAB had been ranked among the first 100 researchers in Spain and Spaniards abroad according to their Google Scholar Citations public profiles.

    The list published by Webometrics and the National Research Council of Spain (CSIC) reaches the 16th Edition. The list consists of the Top 91 000 profiles ranked first by h-index in decreasing order and then by the total number of citations. In the near future Webometrics and CSIC will intend to add rankings by discipline, genre or academic age.

    Other distinguished members of the Global Ecology Unit as Prof. Jordi Sardans (among the first 1000 researchers), Prof. Iolanda Filella (among the first 1100), Prof. Marc Estiarte (among the first 1250) and Prof. Joan Llusià (among the first 1500) are also ranked in the list.

    Link: https://www.webometrics.info/en/GoogleScholar/Spain

    Imbalance-P situa el desequilibrio de nutrientes en la agenda mundial

    El mundo avanza hacia una modelización climática más precisa, una formulación de políticas más equitativa y una producción de alimentos más sostenible, gracias a Imbalance-P, con Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens and Philippe Ciais.

    ImbalanceP. Imagen: European Research Council

    Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens y Philippe Ciais, los investigadores europeos a cargo del proyecto Imbalance-P. Imagen: European Research Council

    Este proyecto interdisciplinario European Research Council (ERC) Synergy Synergy ha permitido el trabajo conjunto entre cuatro científicos especializados en diversidad de ecosistemas, biogeoquímica, modelización de la Tierra y economía de los recursos: Josep Peñuelas, del CREAF y del CSIC, Ivan Janssens de la Universidad de Ambetes; Philippe Ciais, del Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement , y Michael Obersteiner, del International Institute for Applied Systems Analysis.

    Gracias a Imbalance-P, el desequilibrio de nutrientes está ahora firmemente incluido en la agenda mundial y sus resultados ya influyen en la comunidad científica y política mundial. Los frutos de una intensa y sinérgica colaboración entre los cuatro destacados investigadores europeos son los impresionantes resultados: se han publicado más de 500 artículos, muchos de ellos en Science y Nature.Gracias a Imbalance-P, el desequilibrio de nutrientes está ahora firmemente incluido en la agenda mundial y sus resultados ya influyen en la comunidad científica y política mundial.

    En su trabajo, los cuatro científicos se concentran en el impacto sobre el cambio climático, la biodiversidad, la seguridad alimentaria e incluso sobre la geopolítica que provoca el desequilibrio entre la disponibilidad de fosforo, carbono y nitrógeno. Entre estos elementos esenciales para la vida, la disponibilidad de carbono y de nitrógeno aumenta rápidamente en la mayor parte del mundo, pero la del fósforo no lo hace y es, por tanto, un recurso finito.

    Frenar la pérdida de biodiversidad

    Uno de los resultados más evidentes del proyecto Imbalance-P es que se han demostrado vías viables para frenar la pérdida de biodiversidad. Para ello, se han incluido datos sobre el ciclo de los nutrientes en relación con el funcionamiento de los ecosistemas en 9 modelos de biodiversidad. “La inclusión de la dimensión de los nutrientes en los modelos climáticos es especialmente importante para los países con mucha vegetación, como Rusia o Brasil”, según explica Obersteiner, “y hemos demostrado que es factible hacerlo”. Asimismo, se han mejorado y desarrollado modelos del sistema terrestre con más detalle que nunca, parametrizando los componentes de los ciclos de los tres nutrientes, a partir de datos de diferentes ecosistemas en Europa, América, Groenlandia, África y Asia.

    Los nuevos Modelos del Sistema Tierra desarrollados permiten ahora evaluar en profundidad las posibilidades de producción biofísica optimizada para alimentar a una sociedad humana global cada vez más numerosa y exigente. Además, estos modelos permiten computar miles de nuevos escenarios globales del sistema Tierra que contemplan diferentes estrategias de gestión global, lo que potencialmente informará el desarrollo de un nuevo conjunto de objetivos del sistema Tierra basados en la ciencia.

    Josep Peñuelas

    “Este trabajo ERC Synergy nos ha permitido aprender mucho unos de otros. Así es como se consigue una ciencia de vanguardiaa”.

    JOSEP PEÑUELAS, investigador del CREAF y del CSIC.

    A lo largo de los dos últimos años, los cuatro científicos han combinado sus conocimientos y han despertado a la comunidad científica sobre lo que los desequilibrios de nutrientes pueden significar para nuestro planeta y para nuestra especie. “Este trabajo ERC Synergy nos ha permitido aprender mucho unos de otros. Así es como se consigue una ciencia de vanguardia”, afirma Josep Peñuelas.

    Peñuelas, Ciais, Janssens y Obersteiner han cerrado de forma global el ciclo del fósforo y han generado un nuevo conocimiento integrado de los impactos de los desequilibrios de carbono, nitrógeno y fósforo en la diversidad y la función de los ecosistemas naturales, el clima, la agricultura y la sociedad. Las respuestas de la vida, la sociedad y el sistema de la Tierra están estrechamente interconectadas, pero hasta ahora se han considerado en su mayor parte en una investigación monodisciplinar fragmentada.

    Fuente: Blog CREAF

    Imbalance-P places nutrient imbalance on the world agenda

    The world is leading towards more accurate climate modelling, more equitable policymaking, and more sustainable food production thanks to the Imbalance-P project, with Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens and Philippe Ciais.

    ImbalanceP. Image: European Research Council

    Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens and Philippe Ciais, the European researchers in charge of the Imbalance-P project. Image: European Research Council

    The interdisciplinary European Research Council (ERC) Synergy project brought together four leading researchers specialising in ecosystem diversity, biogeochemistry, Earth modelling and resource economics: CREAF and CSIC researcher Josep Peñuelas, Ivan Janssens from University of Antwerpen; Philippe Ciais from Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement , and Michael Obersteiner from the International Institute for Applied Systems Analysis.

    Thanks to Imbalance-P, the issue of nutrient imbalance is now firmly on the global agenda and its results are already influencing the global scientific and policy community. The fruits of an intense, synergistic collaboration among the four highlighted scientists are the impressive results: more than 500 papers have been published, most of them in top-tier journals such as Science and Nature.Thanks to Imbalance-P, the issue of nutrient imbalance is now firmly on the global agenda and its results are already influencing the global scientific and policy community.

    In their work, the four scientists focus on the impact on climate change, biodiversity, food security and even geopolitics caused by the imbalance in the availability of phosphorus, carbon and nitrogen. Among these elements essential for life, the availability of carbon and nitrogen is increasing rapidly in most parts of the world, but the availability of phosphorus is not, and is therefore a finite resource.

    Halting biodiversity loss

    One of the results with the greatest impact of the Imbalance-P project is that it has demonstrated viable pathways towards curbing biodiversity loss. For this purpose, data on on nutrient cycling have been included, as it relates to ecosystem functioning in 9 biodiversity models. “The inclusion of the nutrient dimension in climate modelling is especially important for countries with a lot of vegetation, like Russia or Brazil”, according to Michael Obersteiner, “and we have demonstrated that this is feasible to do”. Earth system models have also been improved and developed in more detail than ever before, parameterising the components of the three nutrient cycles, based on data from different ecosystems in Europe, America, Greenland, Africa and Asia.

    The new developed Earth System Models now allow in-depth assessments of optimized biophysical production possibilitislaes to feed an ever increasing and more demanding global human society. Moreover, these models make it possible to compute thousands of new global scenarios of the Earth system looking at different global management strategies, which will potentially inform the development of a new set of science-based Earth system targets.

    Josep Peñuelas

    “This Synergy grant enabled us to learn a lot from each other. This is how breakthrough science is achieved”.

    JOSEP PEÑUELAS, researcher at CREAF and at CSIC.

    Over the last two years the four of them combined their expertise and awoken the scientific community to what nutrient imbalances could mean for our planet, and for our species. “This Synergy grant enabled us to learn a lot from each other. This is how breakthrough science is achieved”, says Josep Peñuelas.

    Peñuelas, Ciais, Janssens and Obersteiner have comprehensively closed the phosphorus cycle and generated new integrated knowledge of the impacts of carbon, nitrogen and phosphorus imbalances on the diversity and function of natural ecosystems, climate, agriculture and society. The responses of life, society and the Earth system are closely interconnected, but have so far been largely considered in fragmented monodisciplinary research.

    Source: CREAF Blog

    Imbalance-P situa el desequilibri de nutrients a l’agenda mundial

    El món avança cap a una modelització climàtica més precisa, una formulació de polítiques més equitativa i una producció d’aliments més sostenible, gràcies al projecte Imbalance-P, amb Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens i Philippe Ciais. 

    ImbalanceP. Imatge: European Research Council

    Josep Peñuelas, Michael Obersteiner, Ivan Janssens i Philippe Ciais, els investigadors europeus a càrrec de projecte Imbalance-P. Imatge: European Research Council

    Aquest projecte interdisciplinari European Research Council (ERC) Synergy ha permès el treball conjunt entre quatre científics especialitzats en diversitat d’ecosistemes, biogeoquímica, modelització de la Terra i economia dels recursos: Josep Peñuelas, del CREAF i del CSIC, Ivan Janssens, de la Universitat d’Anvers; Philippe Ciais, del Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, i Michael Obersteiner, de l’International Institute for Applied Systems Analysis.

    Gràcies a Imbalance-P, el desequilibri de nutrients està ara fermament inclòs en l’agenda mundial i els seus resultats ja influeixen en la comunitat científica i política mundial. Els fruits d’una intensa i sinèrgica col·laboració entre els quatre destacats investigadors europeus són els impressionants resultats: s’han publicat més de 500 articles, molts d’ells a Science i Nature.

    En el seu treball, els quatre científics es concentren en l’impacte sobre el canvi climàtic, la biodiversitat, la seguretat alimentària i fins i tot sobre la geopolítica que provoca el desequilibri entre la disponibilitat de fòsfor, carboni i nitrogen. Entre aquests elements essencials per a la vida, la disponibilitat de carboni i de nitrogen augmenta ràpidament en la major part del món, però la de el fòsfor no ho fa i és, per tant, un recurs finit.Gràcies a Imbalance-P, el desequilibri de nutrients està ara fermament inclòs en l’agenda mundial i els seus resultats ja influeixen en la comunitat científica i política mundial.

    Frenar la pèrdua de biodiversitat

    Un dels resultats més evidents d’Imbalance-P és que s’han demostrat vies viables per frenar la pèrdua de biodiversitat. Per això, s’han inclòs dades sobre el cicle dels nutrients en relació amb el funcionament dels ecosistemes en 9 models de biodiversitat. “La inclusió de la dimensió dels nutrients en els models climàtics és especialment important per als països amb molta vegetació, com ara Rússia o el Brasil”, segons explica Obersteiner, “i hem demostrat que és factible fer-ho”. Així mateix, s’han millorat i desenvolupat models de sistema terrestre amb més detall que mai, parametritzant els components dels cicles dels tres nutrients, a partir de dades de diferents ecosistemes a Europa, Amèrica, Groenlàndia, Àfrica i Àsia.

    Els nous Models del Sistema Terra desenvolupats permeten ara avaluar amb profunditat les possibilitats de producció biofísica optimitzada per alimentar una societat global cada vegada més nombrosa i exigent. A més, aquests models permeten computar milers de nous escenaris globals del sistema Terra que contemplen diferents estratègies de gestió global, la qual cosa potencialment informarà el desenvolupament d’un nou conjunt d’objectius de sistema Terra basats en la ciència.

    Josep Peñuelas

    “Aquest treball ERC Synergy ens ha permès aprendre molt els uns dels altres: és així com s’aconsegueix una ciència d’avantguarda”.

    JOSEP PEÑUELAS, investigador del CREAF i el CSIC.

    Al llarg dels dos darrers anys, els quatre científics han combinat els seus coneixements i han despertat a la comunitat científica sobre el que poden significar per al nostre planeta i per a la nostra espècie els desequilibris de nutrients. “Aquest treball ERC Synergy ens ha permès aprendre molt els uns dels altres: és així com s’aconsegueix una ciència d’avantguarda”, afirma Josep Peñuelas.

    Peñuelas, Ciais, Janssens i Obersteiner han tancat de manera global el cicle del fòsfor i han generat un nou coneixement integrat dels impactes dels desequilibris de carboni, nitrogen i fòsfor en la diversitat i la funció dels ecosistemes naturals, el clima, la’gricultura i la societat. Les respostes de la vida, la societat i el sistema de la Terra estan estretament interconnectades, però fins ara s’han considerat en la seva major part en una investigació monodisciplinar fragmentada.

    Font: Blog CREAF

    Human settlement causes changes in the plant biodiversity of islands around the world 11 times more intense than the climate

    Iceland was colonized about 1,000 years ago by Vikings, a navigating people who turned the economy upside down. Newcomers also left a mark on the natural environment that would never be erased again, as did many other people who have colonized islands around the world.

    Iceland was colonized about 1,000 years ago by Vikings

    In Iceland from the year 920 the activity of the first settlers accelerated changes in vegetation, intensified erosion and destroyed forests in favor of pastures. Image: Pûblic domain.

    The raw materials and resources offered by the remote island in the Arctic Ocean aroused a strong interest in the newcomers, who would forever influence the economy of the area, northern Europe and almost the whole world.  But the Vikings left an imprint on Iceland’s natural environment that would never be erased again, like many of the other peoples who colonised islands around the world.

    In Iceland, although the rate of change in an ecosystem’s plant-life is linked to the climate prior to the arrival of humans, from the year 920 onwards the activity of the first settlers accelerated changes in the plant biodiversity, intensified erosion and destroyed forests in favour of pastures. The wood needed to build boats, the stone and metal of an island so rich in resources were plundered for years.

    Today, most inhabited islands around the world have undergone at least two different waves of settlement, each with its own characteristic changes and increasingly complex legacy. This is due to the irreversible nature of the changes that have occurred, which are becoming faster and faster.

    Human settlement causes changes in the plant biodiversity of islands around the world 11 times more intense than the climate

    Santo Antão Island, Cape Verde (North Atlantic), where European settlers first landed 370 years ago. Cape Verde is considered the first tropical European colony in the Atlantic. Image: Sandra Nogué.

    The article ‘The human dimension of biodiversity changes on islands’ published at the end of April 2021   in the journal Science indicates that changes in the plant life of an island ecosystem caused by human colonisation are 11 times greater than those due to climate or effects such as predicted volcanic eruptions. The research has been carried out on 27 islands around the world.

    The research was conducted on 27 islands around the world

    The research was carried out on 27 islands around the world, with geographical locations and climates as diverse as those of the South Pacific Ocean, the Indian Ocean, the South Atlantic and the Arctic Ocean, among others. Image: Sandra Nogué.

    This modification caused by human action is irreversible and is constantly reproducing itself, centuries after colonisation by humans. The first author of the article is the researcher Sandra Nogué, from the Southampton University (United Kingdom), who analysed the data and shaped the work while she was a visiting researcher at CREAF, when she collaborated with researcher Josep Peñuelas. The study involves an international team of professionals from all over the world, including Manuel Steinbauer, who co-led the paper, researcher at the University of Bayreuth (Germany) and at the University of Bergen (Norway).

    The islands, an ideal laboratoryIt is one of the first times that human impact on a landscape is quantified. It has been made possible by analyzing fossilized pollen from 5,000 years ago extracted from sediments.

    The study is one of the first times it has been possible to quantify the human impact on a landscape, as until now it has been difficult to separate the effects of climate and other environmental impacts on continental masses from those caused by early humans. The research team has studied fossilised pollen from 5,000 years ago, extracted from sediments from the 27 islands, which has allowed them to understand the composition of the vegetation on each island and how it changed from the oldest pollen samples to the most recent ones.

    “The islands are ideal laboratories for measuring human impact,” says Sandra Nogué, “as most of them were colonised in the last 3,000 years, when the climates were similar to today. Knowing when an isolated territory was colonised facilitates the scientific study of the changes in the composition of its ecosystem in earlier and later years, and provides an idea of its magnitude”.

    For this reason it has been key to know that the population of the Polynesian islands arrived 3,000 years ago to remote islands such as Poor Knight (New Zealand, South Pacific Ocean) and also to Fiji (South Pacific); that in 2,800 years ago they arrived in New Caledonia (Pacific), and 370 years ago Europeans landed at Cabo Verde (North Atlantic), considered the first tropical European colony in the Atlantic. And, for example, on some islands in the archipelago of the Canary Islands (Atlantic Ocean), the European population arrived between 1,800 and 2,000 years ago, while on the Mauritius Islands (Indian Ocean), European settlers arrived only 302 years ago.

    Laurisilva vegetation in La Gomera, Canary Islands

    In some islands of the Canary Islands (Atlantic) the European population arrived between 1,800 and 2,000 years ago. This has made it possible to maintain the ‘laurisilva’ vegetation. Image: Sandra Nogué.

    “Those that were colonised by more modern populations, such as the Galapagos Islands (Equator, Pacific Ocean, first inhabited in the 16th century) or the New Zealand Poor Knight, had a greater impact on their environment,” exposes Nogué. “On the other hand, the occupied areas were previously inhabited by more primitive populations, who developed a life more closely linked to the natural rhythm and more sustainable and, therefore, the territory was more resilient to human setllement“. For example, the study shows that the islands where humans arrived more than 1,500 years ago, such as Fiji and New Caledonia, experienced a slower rate of change.

    “This difference in change could mean that the previously populated islands were more resistant to the arrival of humans. But it is more likely that the land-use practices, technology and species introduced by the later settlers were more transformative than those of the earlier ones,” explains the lead researcher of the study.

    Josep Peñuelas

    “This scientific study can help guide restoration efforts and understand the territory’s ability to respond to change”.

    JOSEP PEÑUELAS, researcher at CREAF.

    Although it is not possible to expect the ecosystems to recover the situation before the settlements, the work can help to “guide restoration efforts and to understand the capacity of the territory to respond to change”, in the words of Josep Peñuelas.

    From Fiji to Cabo VerdeThe research team has found that human disturbances outweigh natural phenomena and the changes they cause are often irreversible.

    The trends were observed in geographic locations and climates as diverse as those of the South Pacific Ocean, the Indian Ocean, the South Atlantic and the Arctic Ocean, among others. Changes in ecosystems can also be due to various natural factors, such as earthquakes, volcanic eruptions, extreme weather conditions and changes in sea level. However, the research team has found that the disturbances caused by humans outweigh all these phenomena and the change is often irreversible. For this reason, they recommend that conservation strategies take into account the long-term impact of humans and the extent to which current ecological changes differ from those of pre-human times.

    The results show little evidence that the ecosystems affected by humans resemble the dynamics present before their arrival. Therefore, anthropogenic impacts on islands are long-lasting components of these systems that usually involve an initial cleansing (for example, through the use of fire), and are compounded by the introduction of a range of species and the extinction of endemic ones, in addition to ongoing disturbance.

    Source: http://blog.creaf.cat/en/noticias/human-settlement-changes-plant-biodiversity-islands-11-times-more-intense-climate-science/

    La colonización humana provoca cambios en la vegetación de islas de todo el mundo 11 veces más intensos que el clima

    Islandia fue colonizada hace unos 1.000 años por vikingos, un pueblo navegante y negociante que le dio la vuelta la economía. Pero los recién llegados también dejaron una huella en el entorno natural que nunca más se borraría, al igual que muchos otros pueblos establecidos en islas de todo el mundo.

    La colonización humana provoca cambios en la vegetación de islas de todo el mundo 11 veces más intensos que el clima

    En Islandia a partir del año 920 la actividad de los primeros pobladores aceleró cambios en la vegetación, intensificó la erosión y destruyó bosques a favor de los pastos. Imagen: Dominio público.

    Las materias primas y los recursos que ofrecía la remota isla del Océano Ártico despertaron un fuerte interés de los recién llegados, que dieron la vuelta para siempre a la economía de la zona, del norte de Europa y de casi todo el mundo. Pero los vikingos dejaron una huella en el entorno natural de Islandia que nunca más se borraría, al igual que muchos otros pueblos que han colonizado islas en todo el mundo.

    En Islandia, si bien la vegetación muestra cambios en el clima previos a la llegada humana, a partir del año 920 la actividad de los primeros pobladores aceleró cambios en la vegetación, intensificó la erosión y destruyó bosques a favor de los pastos. La madera necesaria para construir embarcaciones, la piedra y el metal de una isla tan rica en recursos fueron saqueados durante años.

    Actualmente, la mayoría de islas habitadas de todo el mundo han experimentado al menos dos oleadas de asentamientos diferentes, cada una con cambios característicos y con legados cada vez más complejos. Esto se debe a la condición irreversible de los cambios que se han producido, que cada vez son más rápidos.

    La colonización humana provoca cambios en la vegetación de islas de todo el mundo 11 veces más intensos que el clima

    Isla de Santo Antão, Cabo Verde (Atlántico Norte), donde colonizadores europeos desembarcaron por primera vez hace 370 años. Cabo Verde se considera la primera colonia europea tropical del Atlántico. Imagen: Sandra Nogué.

    El artículo ‘The human dimension of biodiversity changes on islands’ publicado a final de abril 2021 en la revista Science indica que los cambios en la vida vegetal del ecosistema de una isla producidos por la colonización humana son 11 veces mayor que los debidos al clima o a efectos como erupciones volcánicas previos. La investigación se ha llevado a cabo en 27 islas de todo el mundo.

    La investigación se ha llevado a cabo en 27 islas de todo el mundo

    La investigación se ha llevado a cabo en 27 islas de todo el mundo, de ubicaciones geográficas y climas tan diversos como los del Océano Pacífico Sur, el Índico, el Atlántico Sur o el Océano Ártico, entre otros. Imagen: Sandra Nogué.

    Esta modificación causada por la acción humana es irreversible y se reproduciendo de manera constante, siglos después de la colonización por parte del hombre. La primera autora del artículo es  es la investigadora Sandra Nogué, de la Universidad de Southampton (Reino Unido), que analizó los datos y dio forma al trabajo mientras era investigadora visitante en el CREAF, período en que colaboró ​​con el investigador Josep Peñuelas. En el estudio interviene un equipo internacional con profesionales de todo el mundo, entre los que destaca Manuel Steinbauer, co-autor del artículo e investigador de la Universidad de Bayreuth (Alemania) y de la Universidad de Bergen (Noruega).

    Las islas, un laboratorio idealEs una de las primeras veces que se cuantifica el impacto humano en un paisaje. Se ha podido hacer analizando polen fosilizado de hace 5.000 años extraído de sedimentos.

    El estudio constituye una de las primeras veces que se puede cuantificar el impacto humano en un paisaje, ya que hasta ahora en las masas continentales era difícil separar los efectos del clima y otros impactos ambientales de los provocados por los primeros humanos. El equipo de investigación ha estudiado polen fosilizado de hace 5.000 años, extraído de sedimentos de las 27 islas, que ha permitido entender la composición de la vegetación de cada una y cómo cambió desde las muestras de polen más antiguas hasta a las más recientes.

    “Las islas son laboratorios ideales para medir el impacto humano”, apunta Sandra Nogué, “ya que la mayoría fueron colonizadas los últimos 3.000 años, cuando los climas eran similares a los actuales. Saber cuándo se colonizó un territorio aislado facilita estudiar científicamente los cambios de la composición de su ecosistema en años anteriores y posteriores, y aporta una dimensión de su magnitud”.

    Por eso ha sido clave conocer que la población de las islas de la Polinesia llegó hace 3.000 años a zonas remotas como Poor Knight (Nueva Zelanda, Océano Pacífico Sur) y también a Fiji (Pacífico Sur); que hace 2.800 que llegaron a Nueva Caledonia (Pacífico), y 370 años que los europeos desembarcaron en Cabo Verde (Atlántico Norte), considerada la primera colonia europea tropical del Atlántico. Y, por ejemplo, a algunas islas del archipiélago de las Canarias (Atlántico) la población europea llegó hace entre 1.800 y 2.000 años, mientras que en las Islas Mauricio (Océano Índico) sólo hace 302 años que pusieron un pie colonizadores europeos.

    Vegetación de laurisilva en La Gomera, Canarias

    A algunas islas del archipiélago de las Canarias (Atlántico) la población europea llegó hace entre 1.800 y 2.000 años. Esto ha permitido mantener la vegetación de la laurisilva. Imagen: Sandra Nogué.

    “El medio ambiente de las que fueron colonizadas por poblaciones más modernas, como las Galápagos (Ecuador, Océano Pacífico, habitadas por primera vez en el siglo XVI) o la neozelandesa Poor Knight, recibieron más impacto”, explica Nogué. “En cambio, las ocupadas previamente recibieron poblaciones más primitivas, que desarrollaron una vida más ligada al ritmo natural y más sostenible y, por tanto, el territorio fue más resiliente a la colonización”. Por ejemplo, el estudio evidencia que las islas a las que llegaron los humanos hace más de 1.500 años, como Fiji y Nueva Caledonia, experimentaron un ritmo de cambio más lento.

    “Esta diferencia en el cambio podría significar que las islas pobladas antes fueron más resistentes a la llegada de los humanos. Pero es más probable que las prácticas de uso de la tierra, la tecnología y las especies introducidas por los últimos pobladores fueran más transformadoras que las de los primeros”, explica la investigadora principal del trabajo.

    Josep Peñuelas

    “Este estudio científico puede ayudar orientar los esfuerzos de restauración y entender la capacidad de respuesta del territorio al cambio”.

    JOSEP PEÑUELAS, investigador del CREAF.

    Si bien no se puede esperar que los ecosistemas recuperen la situación anterior a los asentamientos, el trabajo puede ayudar a “orientar los esfuerzos de restauración y entender la capacidad de respuesta del territorio al cambio”, en palabras de Josep Peñuelas.

    De las Fidji a Cabo VerdeEl equipo de investigación ha comprobado que las perturbaciones causadas por los humanos superan los fenómenos naturales, y que los cambios que provocan suelen ser irreversibles.

    Las tendencias se observaron en ubicaciones geográficas y climas tan diversos como los del Océano Pacífico Sur, el Índico, el Atlántico Sur o el Océano Ártico, entre otros. Los cambios en los ecosistemas también pueden ser debidos a varios factores naturales, tales como terremotos, erupciones volcánicas, condiciones meteorológicas extremas y cambios en el nivel de mar. Sin embargo, el equipo de investigación ha comprobado que las perturbaciones causadas por el hombre superan todos estos fenómenos y el cambio suele ser irreversible. Por ello, aconsejan que las estrategias de conservación tengan en cuenta el impacto a largo plazo de los humanos y el grado en que los cambios ecológicos actuales difieren de los de la época pre humana.

    Los resultados muestran pocos indicios de que los ecosistemas afectados por el hombre se parezcan a las dinámicas presentes antes de su llegada. Por lo tanto, los impactos antropogénicos en las islas son componentes duraderos de estos sistemas que suelen implicar una limpieza inicial (por ejemplo, mediante el uso de fuego), y se ven agravados por la introducción de una serie de especies y la extinción de endémicas, además de perturbaciones continuas.

    Fuente: Blog Creaf

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