水保学院吕肖良研究员团队在叶绿素荧光估算光合固碳研究中取得新进展

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Agricultural and Forest Meteorology和Science of The Total Environmental分别以“Improved estimation of gross primary productivity (GPP) using solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) from photosystem II”和“A practical approach for extracting the Photosystem II (PSII) contribution to near-infrared solar-induced chlorophyll fluorescence”为题发表两篇研究论文。博士研究生郭晨辉与刘准桥副研究员为论文共同第一作者，吕肖良研究员为论文通讯作者，硕士生金晓倩、李琳柯为论文合作者。

近年来，日光诱导叶绿素荧光(SIF)被广泛的应用于表征陆地总初级生产力(GPP)。近期的荧光光合理论研究强调了光系统II荧光在机理方面估算GPP的能力。然而目前光谱仪实测的SIF是包含了光系统I和光系统II各自的贡献。为了更好的实现SIF在机理上直接估算GPP，我们需要从实测SIF中分离出光系统II的贡献。针对这一问题，研究团队首先将观测的单波段SIF (O₂-A波段)与光合光反应机理模型结合，估算了一系列相关参数(如：光系统II相对吸收截面，光系统II荧光产率等) (图1)，进而获取了SIF中光系统II荧光的相对贡献。研究团队以旱研院冬小麦样地的实测数据验证该方法，结果发现：光系统II相对吸收截面的变化对光系统II荧光相对贡献的估算有明显的影响，基于动态的光系统II相对吸收截面可以提高SIF直接估算GPP的能力。该研究有助于更深入地理解SIF与GPP之间的机理联系，提高冠层、区域和全球尺度实测SIF直接估算对应尺度GPP的能力。

荧光的发射范围在640-850 nm。由于光系统I与光系统II荧光激发谱的差异，导致光系统II荧光的相对贡献随着波段的变化而变化。利用这一特征，研究团队基于O₂-B（686nm）与O₂-A（760nm）波段观测的荧光提出了另一种新的方法用于估算O₂-A波段的光系统II荧光的相对贡献(图2)。研究结果表明，考虑O2-A波段光系统II荧光相对贡献的变化可以显著提高SIF直接估算GPP的精准度。该研究提供了一种简单实用的方法用于提取光系统II荧光对O₂-A波段的实测SIF的相对贡献，为基于SIF的GPP机理估算模型在应用方面提供了理论和实践依据。

以上研究工作得到了国家自然科学基金(42071328、41901293)和中国高校科学基金(24520212452021125)的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110090

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175203

图1. 基于冠层顶实测SIF(SIF_TOC)中提取的光系统II的SIF_PSII及其估算GPP流程图

图2. 基于O₂-B (SIF_{TOC_686})和O₂-A波段(SIF_{TOC_760})冠层顶部实测SIF直接估算总初级生产力(GPP)的流程图

编辑：王容娜

终审：韩锁昌