Remote Sensing of Environment刊發水保所呂肖良研究員團隊日光誘導葉綠素熒光研究工作進展

來源:重點室 作者: 時間:2022-01-20

  近日,水土保持研究所呂肖良研究員團隊以西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室為第一單位在國際遙感領域頂級期刊Remote Sensing of Environment(G1期刊)發表了題為“Direct estimation of photosynthetic CO2 assimilation from solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF)”的研究文章。

  日光誘導葉綠素熒光(SIF)是自然條件下植物光合作用過程中向外釋放的微弱光信號。當前SIF觀測數據廣泛用于表征不同空間和時間尺度上生態系統總初級生產力(GPP)的動態特征。大量研究表明SIF和GPP都有非常密切的聯系。但SIF-GPP相關關系研究多是基于渦度(EC)站點SIF和GPP觀測數據建立統計回歸模型,這樣的統計方法高度依賴地面EC站點觀測結果,在站點不覆蓋的區域里,GPP估算精度必然有所降低。更加重要的是,從統計回歸關系難以真正厘清SIF和GPP的內在關聯機制,這使得SIF相關研究局限在單純數據統計關系,而非科學性的機理關系。

  針對上述問題,該團隊研究發現耦合熱耗散(NPQ)和光化學效率(ΦPSII),可以實現SIF定量計算GPP。而NPQ和ΦPSII都有比較成熟的估算方法,這就開啟了SIF直接估算GPP的實用化大門。結合冠層輻射傳輸機理和光系統葉綠素熒光發射原理,研究實現了單波段SIF到機理模型所需的全冠層總熒光的轉變。過去熒光機理模型中一個重要參數(KDF)存在誤用,其顯著影響了GPP估算的準確性。研究通過試驗方法確定了KDF等于9,而不是過去研究中假設的19?;谏鲜隼碚摽蚣芟到y,研究在不依賴EC站點觀測數據的前提下,首次實現冠層SIF直接估算觀測區域的GPP。通過對比小麥站點觀測數據,研究發現估算GPP與實測GPP具有高度一致性。該研究使SIF遙感數據具備明顯的實用化優勢,有助于理清不同生態系統SIF和GPP之間的內在關聯機制,為直接從衛星SIF觀測數據估算區域或全球GPP提供了理論和應用基礎。

  西北農林科技大學博士后劉準橋為該論文第一作者,呂肖良研究員為通訊作者。水保所于強研究員,水建學院蔡煥杰教授,北京航空航天大學趙峰副教授,中國科學院空天信息創新研究院劉新杰副研究員為共同作者。該研究得到國家自然科學基金(41901293, 42071328, 41771382),中國博士后科學基金(2019M663828)和西北農林科技大學人才基金(24520212452021125)的資助。

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425722000074 

 基于SIFGPP估算機理模型 

編輯:王容娜

終審:韓鎖昌

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