研究顯示目前對陸地生態系統碳通量估算存在差距

發布時間：2022-04-10 11:37 原文鏈接：研究顯示目前對陸地生態系統碳通量估算存在差距

（a）基于遙感影像（紅色）和基于土壤呼吸數據庫（淡藍色）估算得到的全球陸地植被初級生產力（GPP）；（b）基于遙感影像（紅色）和基于土壤呼吸數據庫（淡藍色）估算得到的全球土壤呼吸量（RS）。內插的圖為從文獻中搜集得到的全球GPP和RS估算量及其隨時間的變化趨勢。課題組供圖

近日，《自然—通訊》刊發西北農林科技大學水土保持研究所教授簡金世團隊最新研究成果。該成果是基于土壤呼吸和遙感數據估算的陸地生產系統碳通量存在巨大差距的新進展。

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

陸地植被生態系統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呼吸等形式返回大氣，還有小部分以火燒、生物揮發性有機化合物排放、可溶性有機碳進入河流系統等形式參與碳循環。

然而，以往在估算全球GPP和呼吸作用CO2排放時通常獨立進行，其中GPP通常基于遙感方式進行估算（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的土壤呼吸數據進行數學建模和升尺度實現（自下而上）。

因此，探索不同方法和數據源估算全球陸地植被GPP和呼吸作用CO2排放，對理解全球碳循環至關重要。

該研究基于文獻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、根系呼吸與總自養呼吸比值以及總自養呼吸與GPP的比值等數據，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果（Pg C yr-1）；同時，基于文獻搜索結果并進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際量存在較大偏差。

基于月時間尺度全球土壤呼吸數據，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等環境指標為預測變量，采用隨機森林建模估算得到全球土壤呼吸為93 Pg C yr-1，與基于土壤呼吸數據庫得到的結果（ Pg C yr-1）更為接近。

進一步對來自文獻的GPP估算量按照不同估算方法進行分組，并且按照分組后的數據進行重采樣，得到的結果與基于土壤呼吸數據庫的結果更為接近。

同時，研究還發現基于同位素方法以及日光誘導葉綠素熒光（SIF）技術得到的全球GPP估算量和基于土壤呼吸數據庫反推得到的結果更為接近。說明目前對全球陸地GPP的估算可能偏低，然而這一結論有待今后更多的證據給予證明。

該研究用到的站點數據在空間上的分布具有明顯的不均勻性，大部分數據來自北半球中緯度的北美、歐洲和中國東部，而其它地區的數據較少。

特別強調了來自青藏高原和沿北極等寒冷區域的數據較少，以后的研究應增加在青藏高原的野外實驗工作并獲得實測數據，對于降低全球碳循環估算的不確定性具有重要作用。