基于土壤呼吸和遙感數(shù)據(jù)估算的陸地生產(chǎn)系統(tǒng)碳通量存巨大差距

近日，《自然—通訊》刊發(fā)西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所教授簡金世團(tuán)隊(duì)最新研究成果。該成果是基于土壤呼吸和遙感數(shù)據(jù)估算的陸地生產(chǎn)系統(tǒng)碳通量存在巨大差距的新進(jìn)展。

該研究項(xiàng)目系第二次青藏高原綜合科考研究項(xiàng)目“人類活動與生存環(huán)境安全”任務(wù)“土地利用變化及其環(huán)境效應(yīng)”專題。

陸地植被生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用固定二氧化碳(GPP)，其中的大部分以植被地表呼吸、根系呼吸和微生物異養(yǎng)呼吸等形式返回大氣，還有小部分以火燒、生物揮發(fā)性有機(jī)化合物排放、可溶性有機(jī)碳進(jìn)入河流系統(tǒng)等形式參與碳循環(huán)。

然而，以往在估算全球GPP和呼吸作用CO2排放時通常獨(dú)立進(jìn)行，其中GPP通常基于遙感方式進(jìn)行估算(自上而下)，而全球呼吸作用估算通常通過集成全球不同站點(diǎn)的土壤呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和升尺度實(shí)現(xiàn)(自下而上)。

因此，探索不同方法和數(shù)據(jù)源估算全球陸地植被GPP和呼吸作用CO2排放，對理解全球碳循環(huán)至關(guān)重要。

該研究基于文獻(xiàn)搜索得到的全球土壤呼吸估算量、GPP、根系呼吸與土壤呼吸的比值、根系呼吸與總自養(yǎng)呼吸比值以及總自養(yǎng)呼吸與GPP的比值等數(shù)據(jù)，采用重采樣方法反推得到全球GPP為 Pg C yr-1，顯著高于遙感方法估算得到的結(jié)果(Pg C yr-1);同時，基于文獻(xiàn)搜索結(jié)果并進(jìn)行重采樣得到的全球土壤呼吸量為 Pg C yr-1，顯著高于遙感方式反推得到的全球土壤呼吸量(Pg C yr-1)。

兩種方法得到的全球GPP之間一致的可能性小于3%，而兩種方法得到的全球土壤呼吸之間一致的可能性小于2%，說明目前對全球GPP和土壤呼吸量的估算至少有一個與實(shí)際量存在較大偏差。

基于月時間尺度全球土壤呼吸數(shù)據(jù)，以月降雨量、月平均溫度、氮沉降、土壤理化性狀、地表生物量以及葉面積指數(shù)等環(huán)境指標(biāo)為預(yù)測變量，采用隨機(jī)森林建模估算得到全球土壤呼吸為93 Pg C yr-1，與基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫得到的結(jié)果( Pg C yr-1)更為接近。

進(jìn)一步對來自文獻(xiàn)的GPP估算量按照不同估算方法進(jìn)行分組，并且按照分組后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，得到的結(jié)果與基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫的結(jié)果更為接近。

同時，研究還發(fā)現(xiàn)基于同位素方法以及日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?SIF)技術(shù)得到的全球GPP估算量和基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫反推得到的結(jié)果更為接近。說明目前對全球陸地GPP的估算可能偏低，然而這一結(jié)論有待今后更多的證據(jù)給予證明。

該研究用到的站點(diǎn)數(shù)據(jù)在空間上的分布具有明顯的不均勻性，大部分?jǐn)?shù)據(jù)來自北半球中緯度的北美、歐洲和中國東部，而其它地區(qū)的數(shù)據(jù)較少。

特別強(qiáng)調(diào)了來自青藏高原和沿北極等寒冷區(qū)域的數(shù)據(jù)較少，以后的研究應(yīng)增加在青藏高原的野外實(shí)驗(yàn)工作并獲得實(shí)測數(shù)據(jù)，對于降低全球碳循環(huán)估算的不確定性具有重要作用。(作者：崔雪芹)

標(biāo)簽： 土壤呼吸 遙感數(shù)據(jù) 陸地生產(chǎn)系統(tǒng)碳通量 生存環(huán)境安全