Aurelie Violette, Philippe Ciais, Hui Zeng, Bertrand Guenet, Yan Sun, Benjamin Poulter, Shilong Piao, Josep Peñuelas, Daniel S. Goll, Matthieu Guimberteau, Philippe Hinsinger, Ivan A. Janssens, Xiaojuan Yang, Yi Yin, Shushi Peng, Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University [Beijing], Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ICOS-ATC (ICOS-ATC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Plant and Vegetation Ecology (PLECO), University of Antwerp (UA), Global Ecology Unit CREAF-CEAB-CSIC, Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Montana State University (MSU), Oak Ridge National Laboratory [Oak Ridge] (ORNL), UT-Battelle, LLC, Peking University Shenzhen Graduate School, European Research Council Synergy project SyG-2013-610028 IMBALANCE-P, Accelerated Climate Modeling for Energy (ACME) project ( U.S. Department of Energy, Office of Science, Office of Biological and Environmental Research), TRY initiative on plant traits (http://www.try-db.org), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École pratique des hautes études (EPHE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Universitat Autònoma de Barcelona [Barcelona] (UAB), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École pratique des hautes études (EPHE), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Most of the Earth System Models (ESMs) project increases in net primary productivity (NPP) and terrestrial carbon (C) storage during the 21st century. Despite empirical evidence that limited availability of phosphorus (P) may limit the response of NPP to increasing atmospheric CO2, none of the ESMs used in the previous Intergovernmental Panel on Climate Change assessment accounted for P limitation. We diagnosed from ESM simulations the amount of P need to support increases in carbon uptake by natural ecosystems using two approaches: the demand derived from (1) changes in C stocks and (2) changes in NPP. The C stock‐based additional P demand was estimated to range between −31 and 193 Tg P and between −89 and 262 Tg P for Representative Concentration Pathway (RCP) 2.6 and RCP8.5, respectively, with negative values indicating a P surplus. The NPP‐based demand, which takes ecosystem P recycling into account, results in a significantly higher P demand of 648–1606 Tg P for RCP2.6 and 924–2110 Tg P for RCP8.5. We found that the P demand is sensitive to the turnover of P in decomposing plant material, explaining the large differences between the NPP‐based demand and C stock‐based demand. The discrepancy between diagnosed P demand and actual P availability (potential P deficit) depends mainly on the assumptions about availability of the different soil P forms. Overall, future P limitation strongly depends on both soil P availability and P recycling on ecosystem scale., Key Points None of the ESMs used in the IPCC AR5 accounted for the effect of P limitation on the increase in NPP and carbon storageFuture additional P demand was estimated to have very large uncertainties under different climate scenarios and approachesFuture P limitation strongly depends on soil P availability, litter P turnover, the C:P stoichiometry of plant, and the P content in soil organic matter