水保学院吕肖良研究员团队在日光诱导叶绿素荧光估算陆地总初级生产力研究中取得新进展

　　  近日，水土保持科学与工程学院(水土保持研究所)吕肖良研究员团队以西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室为第一单位在国际遥感领域顶级期刊《环境遥感》(Remote Sensing of Environment)发表了题为“A SIF-based approach for quantifying canopy photosynthesis by simulating the fraction of open PSII reaction centers (q_L)”的研究论文。水保学院刘准桥副研究员与资源环境学院博士生郭晨辉为论文第一作者，吕肖良研究员为通讯作者。水保学院于强研究员，香港大学朱鹏助理教授，西北农林科技大学水利与建筑工程学院(水利水电科学研究院)蔡焕杰教授等研究人员参与了该项工作。

　　日光诱导叶绿素荧光(SIF)是植物在自然条件下光合作用过程中释放的微弱光信号。近年来，SIF已经被证明可有效表征陆地总初级生产力的动态特征。近期的荧光光合理论研究强调了光系统II反应中心开放比例(q_L)在SIF直接估算植被总初级生产力中的重要作用。然而，目前对于q_L的预测仍处于早期研究阶段，对不同环境和生理特征下q_L的响应机制尚不清楚，这导致SIF直接估算植被总初级生产力的能力受限。针对这一问题，研究团队首先对拓展了光合作用机理模型(图1)，通过机理模型敏感度分析，发现光系统II发射的全波段总荧光和叶片温度是决定q_L变化的主要因素。为了弄清叶温和总荧光如何定量描述q_L，研究团队自主研发了一种叶片尺度的“荧光-光合-光谱”同步观测系统(图2)。该设备可以准确提供不同环境条件下植物叶片的主动荧光参数、被动的荧光光谱、以及光合气体交换速率的同步变化特征，为精准获取荧光与光合的耦合机制提供了有力支持。

　　本研究以冬小麦为试验对象，利用同步观测系统，精准的获取不同叶温和总荧光下q_L的动态变化特征，发现q_L可以建模为总荧光和叶温的双曲线函数。这一发现为预测不同光照和温度条件下的q_L提供了新的定量模型。基于该模型，研究团队利用冬小麦冠层尺度实测SIF与温度等变量，描述了冠层q_L的动态特征，简化了SIF直接估算冬小麦冠层总初级生产力的过程(图3)，进一步提高了模型的估算精度。该研究为利用SIF技术在大尺度上精确量化植被总初级生产力提供了新的理论和实践基础，有望推动荧光遥感在区域尺度上精准估算植被光合生产力的进一步发展。

　　该工作得到了国家自然科学基金(42071328、41901293和52179046)、中国高校科学基金(24520212452021125)和中央高校基本科研业务费专项资金(2452023027)的资助。

　　原文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425724001226

编辑：王容娜

终审：韩锁昌