Como a maioria de nosaprendeu na escola, as plantas usam a luz solar para sintetizar dia³xido de carbono (CO 2 ) e águaem carboidratos em um processo chamado fotossa­ntese. Mas as "fa¡bricas" da natureza não apenas nos fornecem alimentos - elas também geram percepções sobre como os ecossistemas ira£o reagir a um clima em mudança e uma atmosfera cheia de carbono.

Por causa de sua capacidade de fazer produtos valiosos a partir de compostos orga¢nicos como o CO 2 , as plantas são conhecidas como " produtores prima¡rios ". A produção prima¡ria bruta (GPP), que quantifica a taxa de fixação de CO 2 nas plantas por meio da fotossa­ntese, éuma manãtrica chave para monitorar a saúde e o desempenho de qualquer ecossistema baseado em plantas.

Uma equipe de pesquisa com o Centro de Bioenergia Avana§ada e Inovação de Bioprodutos (CABBI) do Departamento de Energia dos Estados Unidos da Universidade de Illinois Urbana-Champaign desenvolveu um produto para medir com precisão o GPP: o produto SatelLite Only Photosynthesis Estimation Gross Primary Production (SLOPE GPP) em um passo de tempo dia¡rio e resolução espacial em escala de campo.

A equipe aproveitou o supercomputador Blue Waters, localizado no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação (NCSA) da Universidade de Califa³rnia, em suas pesquisas. Seu artigo foi publicado na Earth System Science Data em fevereiro de 2021.

"Quantificar a taxa na qual as plantas em uma determinada área processam CO 2 éfundamental para uma compreensão global do ciclo do carbono, gestãoda terra terrestre e saúde da águae do solo - especialmente devido a s condições erra¡ticas de um planeta em aquecimento", disse Kaiyu Guan, do projeto lider e professor do NCSA Blue Waters.

"Medir a fotossa­ntese éespecialmente pertinente para os ecossistemas agra­colas, onde a produtividade das plantas e os na­veis de biomassa estãodiretamente ligados ao rendimento das colheitas e, portanto, a  segurança alimentar. Nossa pesquisa se aplica diretamente não apenas ao serviço do ecossistema, mas também ao bem-estar social", disse Chongya Jiang, a cientista pesquisador do projeto.

Particularmente intrigante éa releva¢ncia do monitoramento GPP para ecossistemas agra­colas de bioenergia, onde as "fa¡bricas" das lavouras são especialmente projetadas para produzir biocombusta­veis renova¡veis. Quantificar a fixação de CO 2 nesses ambientes éfundamental para otimizar o desempenho de campo e contribuir para a bioeconomia global. Cientistas do CABBI, como o pesquisador do Tema de Sustentabilidade Andy VanLoocke, sugerem que esses novos dados cra­ticos podem ser usados ​​para restringir simulações de modelos para potenciais de produção de safras de bioenergia.

A tecnologia usada neste experimento éde ponta. Como o pra³prio nome sugere, ele épuramente derivado de dados de satanãlite e, portanto, totalmente baseado em observação, em vez de depender de manãtodos de modelagem complexos e incertos.

Um exemplo de tecnologia baseada em observação éa fluorescaªncia de clorofila induzida pelo sol (SIF), um sinal de luz fraco emitido por plantas que tem sido usado como um novo proxy para GPP. Inspirado por suas observações terrestres de anos de SIF, o grupo de Guan desenvolveu um manãtodo ainda mais avana§ado para melhorar a estimativa de GPP: integrando um novo a­ndice de vegetação chamado "refleta¢ncia de vegetação próxima ao infravermelho ajustada pelo solo" (SANIRv) com radiação fotossinteticamente ativa (PAR )

SLOPE éconstrua­do sobre essa integração inovadora. SANIRv representa a eficiência da radiação solar usada pela vegetação, e PAR representa a radiação solar que as plantas podem realmente usar para a fotossa­ntese. Ambas as manãtricas são derivadas de observações de satanãlite.

Por meio de uma análise de 49 sites AmeriFlux, os pesquisadores descobriram que PAR e SANIRv podem ser aproveitados para estimar com precisão o GPP. Na verdade, o produto SLOPE GPP pode explicar 85% das variações espaciais e temporais em GPP adquiridas dos locais analisados ​​- um resultado bem-sucedido e o melhor desempenho já alcana§ado com base nesses dados padra£o-ouro. Como o SANIRv e o PAR são "apenas satanãlite", essa éuma conquista que os pesquisadores buscam hámuito tempo, mas que são agora estãosendo implementada em um produto GPP operacional.

Os processos existentes para quantificar a GPP são ineficientes por três razões principais: precisão espacial (baseada em imagem), precisão temporal (baseada no tempo) e lataªncia (atraso na disponibilidade de dados). O produto SLOPE GPP criado pela equipe de Guan usa imagens de satanãlite duas vezes mais na­tidas do que a maioria dos estudos em grande escala (medindo a 250 metros versus o ta­pico> 500 metros) e recupera dados em um ciclo dia¡rio, oito vezes mais preciso do que o normal. Mais importante, esse novo produto tem lataªncia de um a três dias, enquanto os conjuntos de dados existentes ficam para trás em meses ou mesmo anos. Finalmente, a maioria dos produtos GPP empregados hoje são baseados em análise, em vez de observação, as manãtricas que eles usam para calcular GPP (por exemplo, umidade do solo, temperatura, etc.) são derivados de algoritmos em vez de condições do mundo real recolhidas de observações de satanãlite .

"A fotossa­ntese, ou GPP, éa base para quantificar o ora§amento de carbono emnívelde campo. Sem informações precisas de GPP, quantificar outras varia¡veis ​​relacionadas ao carbono, como a mudança anual de carbono do solo, émuito menos confia¡vel", disse Guan. "O supercomputador Blue Waters tornou possí­vel a nossa computação de peta-bytes. Usaremos esses novos dados GPP para avana§ar significativamente nossa capacidade de quantificar a contabilidade do ora§amento de carbono agra­cola, e servira¡ como uma entrada principal para restringir a modelagem da mudança de carbono orga¢nico do solo para cada campo que requer quantificação de carbono do solo. Além dos dados SLOPE GPP, manãtodos semelhantes nos permitem gerar dados GPP em resolução de 10 metros e dia¡ria para permitir atémesmo o manejo agra­cola de precisão no subcampo. "