利用叶片荧光参数估算油蒿灌丛群落生态系统生产力

• 作者: 靳川 李鑫豪 蒋燕 徐铭泽 贾昕 田赟 刘鹏 查天山
• 来源期刊: 生态学报
• 关键词: 光合作用 叶绿素荧光 生态系统生产力 叶面积指数
• 年，卷（期）: 2022,（7）
• 所属期刊栏目: 生物多样性调查评估专栏
• 页码范围: 2899-2909
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.5846/stxb202103210750

摘要

生态系统生产力（GEP）在全球碳循环中具有重要意义，但其准确估算仍然是一个挑战。近年来，叶绿素荧光和冠层GEP的关联成为生态学的研究热点，关系尚不清楚且存在广泛争议。于2015年对宁夏盐池毛乌素沙地荒漠灌木油蒿（Artemisia ordosica）灌丛生态系统碳交换（NEE）特征进行连续观测，使用多通道荧光监测仪对通量贡献区内油蒿叶片的实时荧光（Fs）和光下荧光（Fm'）进行原位连续监测，叶面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）以及环境因子同步观测。利用光合有效辐射（PAR）、LAI和实际光化学效率（ΦPSII）等参数构建基于叶绿素荧光的生态系统生产力（GEPChlF）模型，探究叶片和冠层尺度不同参数对环境因子波动的响应，比较分析GEPChlF和基于涡度相关法监测生态系统生产力（GEPEC）相关性及GEPChlF的适用性。研究发现，ΦPSII和NEE日变化规律一致，ΦPSII、GEPChlF和GEPEC由PAR控制，受空气温度（Ta）和饱和水汽压差（VPD）调控，土壤含水量（SWC）和ΦPSII呈显著正相关（P<0.01）。PAR处于400-800 μmol m-2 s-1时，GEPChlF与GEPEC线性关系最优，斜率为0.627（R2=0.67，P<0.01）；弱光下GEPChlF的低估可能是由于冠层实际光能拦截率高造成；强光下GEPChlF显著高于GEPEC，呈非线性关系，可能是GEPEC基于夜间温度敏感性所拟合的生态系统呼吸（Re）无法预测光呼吸部分所导致。GEPChlF具有荧光参数的特性，对环境波动更加敏感，和环境因子相关性优于GEPEC。结果表明，高辐射、极端温度、高蒸腾和干旱是限制叶片和冠层尺度下油蒿光合过程的主要胁迫因素。本研究构建的荒漠生态系统光合过程模型GEPChlF能够替代GEPEC作为一个良好的冠层尺度生态参数，所提出的空间尺度上推方法可为促进区域可持续发展提供数据支撑和决策参考。