土壤呼吸和遥感数据估算的陆地生产系统碳通量存巨大差距

近日，《自然—通讯》刊发西北农林科技大学水土保持研究所教授简金世团队最新研究成果。该成果是基于土壤呼吸和遥感数据估算的陆地生产系统碳通量存在巨大差距的新进展。

该研究项目系第二次青藏高原综合科考研究项目“人类活动与生存环境安全”任务“土地利用变化及其环境效应”专题。

陆地植被生态系统通过光合作用固定二氧化碳(GPP)，其中的大部分以植被地表呼吸、根系呼吸和微生物异养呼吸等形式返回大气，还有小部分以火烧、生物挥发性有机化合物排放、可溶性有机碳进入河流系统等形式参与碳循环。

然而，以往在估算全球GPP和呼吸作用CO2排放时通常独立进行，其中GPP通常基于遥感方式进行估算(自上而下)，而全球呼吸作用估算通常通过集成全球不同站点的土壤呼吸数据进行数学建模和升尺度实现(自下而上)。

因此，探索不同方法和数据源估算全球陆地植被GPP和呼吸作用CO2排放，对理解全球碳循环至关重要。

该研究基于文献搜索得到的全球土壤呼吸估算量、GPP、根系呼吸与土壤呼吸的比值、根系呼吸与总自养呼吸比值以及总自养呼吸与GPP的比值等数据，采用重采样方法反推得到全球GPP为 Pg C yr-1，显著高于遥感方法估算得到的结果(Pg C yr-1);同时，基于文献搜索结果并进行重采样得到的全球土壤呼吸量为 Pg C yr-1，显著高于遥感方式反推得到的全球土壤呼吸量(Pg C yr-1)。

两种方法得到的全球GPP之间一致的可能性小于3%，而两种方法得到的全球土壤呼吸之间一致的可能性小于2%，说明目前对全球GPP和土壤呼吸量的估算至少有一个与实际量存在较大偏差。

基于月时间尺度全球土壤呼吸数据，以月降雨量、月平均温度、氮沉降、土壤理化性状、地表生物量以及叶面积指数等环境指标为预测变量，采用随机森林建模估算得到全球土壤呼吸为93 Pg C yr-1，与基于土壤呼吸数据库得到的结果( Pg C yr-1)更为接近。

进一步对来自文献的GPP估算量按照不同估算方法进行分组，并且按照分组后的数据进行重采样，得到的结果与基于土壤呼吸数据库的结果更为接近。

同时，研究还发现基于同位素方法以及日光诱导叶绿素荧光(SIF)技术得到的全球GPP估算量和基于土壤呼吸数据库反推得到的结果更为接近。说明目前对全球陆地GPP的估算可能偏低，然而这一结论有待今后更多的证据给予证明。

该研究用到的站点数据在空间上的分布具有明显的不均匀性，大部分数据来自北半球中纬度的北美、欧洲和中国东部，而其它地区的数据较少。

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