同步測量13CO2和CO2實(shí)現凈生態(tài)系統CO2交換中光合作用和呼吸的重新分配

一、研究背景—研究現狀
隨著(zhù)世界范圍內越來(lái)越多的渦度協(xié)方差塔的建立，凈生態(tài)系統CO₂交換（NEE）的測量在多尺度氣候變化科學(xué)中變得越來(lái)越重要。
但由于NEE是與光合作用和呼吸相關(guān)過(guò)程中抵消通量之間的凈信號，從而使利用這些數據建立的模型具有一定的爭論性。

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研究方法

目前使用最廣泛使用的NEE劃分方法是Reichstein方法，其使用夜間NEE的溫度敏感度來(lái)預測白天的R_eco，然后通過(guò)從NEE中減去R_eco來(lái)計算GPP。然而由于夜間葉呼吸通常高于日間葉呼吸（也稱(chēng)為Kok效應），從而導致高估了日間R_eco和GPP。
工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法（ANN）已成為劃分通量建模的另一重要方法，它使用多個(gè)可變變量來(lái)預測夜間測量的白天R_eco。 ANN采用非線(xiàn)性回歸模型來(lái)估計獨立變量和從屬變量之間的互連，建立類(lèi)似神經(jīng)通路的關(guān)系網(wǎng)絡(luò )，但由于其計算費用昂貴，因此在多個(gè)年份內難以跨多個(gè)站點(diǎn)運行。

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研究目的
? ? ??由于上述調查的通量分配方法存在多種局限性，因此需要同時(shí)進(jìn)行評估和比較。 并需要大力評估和比較與其相關(guān)的不確定性。
本研究在理想的氣象條件下，采用多重分割方法（即Reichstein、ANN、連續的測量、同位素分析），從而最大限度地減少與夜間湍流、復雜蓋度和異質(zhì)景觀(guān)有關(guān)的誤差。 由于數據和模型的不確定性，我們評估了每種方法的不確定性。 最后，我們通過(guò)采用生物物理模型CANVEG來(lái)預測冠層尺度的參數，改進(jìn)了以前的同位素分配方法。
二、研究方法—R_eco與GPP區分理論

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冠層尺度：

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觀(guān)測對象

? ? ??渦度協(xié)方差和氣象測量：凈輻射、光合有效輻射、冠層上方的空氣溫度、土壤熱通量、相對濕度、葉面積指數、CO₂、H₂O、¹³CO₂；
? ? ??土壤呼吸測量：3套連續觀(guān)測系統同步觀(guān)測；

不確定性分析

? ? ??使用三種同位素分割方法中每一種方法對NEE進(jìn)行分割，以獲得每個(gè)時(shí)間點(diǎn)（n = 1000）的GPP和R_eco范圍。通過(guò) GPP和R_eco值的差異計算90％置信區間。

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三、研究結果

? ? ??總體而言，CANVEG在模擬和觀(guān)察NEE中表現出良好的一致性。其中，累積CANVEG NEE高估觀(guān)測到的5%、累積H高估30%、累積LE高估9%之間。

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? ? ? 基于分區的分割方法，每個(gè)分割法90％置信區間的數據和模型不確定性與R_soil測量允許識別的時(shí)段是不一致的；

? ? ? 晚上CANVEG-G_s-C_i、CANVEG-G_s、PM-G_c、ANN、Reichstein的R_eco重疊，平均高于R_soil測量值；

? ? ? 白天CANVEG-G_s-C_i，CANVEG-G_s?、 PM-G_c分割的GPP的量級較低；

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? ? ? 使用普通最小二乘回歸法評估分割對LUE和APAR之間關(guān)系的影響。 結果表明，所有同位素分割方法在LUE和APAR之間顯示出顯著(zhù)的負相關(guān)，而標準分割方法 LUE和APAR之間沒(méi)有關(guān)系。
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白天CANVEG-G_s-C_i，CANVEG-G_s?、 PM-G_c分割的GPP的量級較低；

長(cháng)期數據分析表明，在收獲期間，R_eco和R_soil的估計存在差異；

ANN和Reichstein方法都預測在收獲后的R_eco相對較高；

R_soil測量結果顯示，在收獲期間，R_soil減少；

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結論

? ? ??在理想條件下，我們采用了一種分割方法的集合來(lái)更好地約束NEE通量中GPP和R_eco分配的不確定性。

? ? ??CCIA-48二氧化碳同位素分析儀為生態(tài)系統通量的測量提供了強大優(yōu)勢，并估計了¹³C的上游冠層入口。

? ? ? 同位素分配的GPP和R_eco小于A(yíng)NN、Reichstein分配的GPP和R_eco，這與之前的研究結果相一致，

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? ? ? 將夜間R_eco關(guān)系推廣到當天的標準分割方法（ANN和Reichstein）中可能高估了白天R_eco，因為建模過(guò)程中忽略了植物呼吸的日間減少（Kok效應）。

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【理加聯(lián)合】

? ? ??北京理加聯(lián)合科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：理加聯(lián)合）成立于2005年，是一家專(zhuān)業(yè)的生態(tài)環(huán)境儀器供應商和技術(shù)服務(wù)商，主要產(chǎn)品涵蓋穩定性同位素測定、痕量氣體測量、地物光譜測量、水化學(xué)分析、野外便攜和長(cháng)期監測分析儀器。

?主要代理產(chǎn)品

美國LGR公司激光痕量氣體和穩定同位素分析儀

美國ASD公司地物光譜儀

意大利AMS集團全自動(dòng)化學(xué)分析儀和流動(dòng)分析儀

美國CSI公司閉路渦度相關(guān)和大氣廓線(xiàn)測量系統

美國Resonon公司高光譜成像儀

美國ThermoFisher Scientific公司氣體分析及顆粒物監測產(chǎn)品系列

美國Agilent公司傅里葉紅外光譜儀

加拿大Itres公司高光譜成像儀

美國Labsphere公司積分球

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