Về việc tách biệt trao đổi hệ sinh thái ròng thành quá trình quang hợp và hô hấp của hệ sinh thái: tổng quan và thuật toán cải tiến

Global Change Biology - Tập 11 Số 9 - Trang 1424-1439 - 2005
Markus Reichstein1,2, Eva Falge3, Dennis Baldocchi4, Dario Papale1, Marc Aubinet5, Paul Berbigier6, Christian Bernhofer7, Nina Buchmann8,9, Tagir G. Gilmanov10, A. J. Dolman11, Thomas Grünwald7, K. Havránková12, Hannu Ilvesniemi13, Dalibor Janouš12, Alexander Knohl4,9, Tuomas Laurila14, Annalea Lohila14, Denis Loustau15, Gioṙgio Matteucci16, Tilden P. Meyers17, F. Miglietta18, Jean‐Marc Ourcival19, Jukka Pumpanen20, Serge Rambal19, Eyal Rotenberg21, M. J. Sanz22, John Tenhunen3, G. Seufert16, Francesco Primo Vaccari18, Timo Vesala23, Dan Yakir21, Riccardo Valentini1
1Department of Forest Science and Environment, University of Tuscia, 01100 Viterbo, Italy,
2Potsdam Institute for Climate Impact Research, Telgrafenberg C4, 14473 Potsdam, Germany,
3Department of Plant Ecology, University of Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany
4Department of Environmental Science, Policy and Management, Ecosystem Science Division, University of California, 151 Hilgard Hall #3110, Berkeley, CA 94720-3110, USA,
5Unité de Physique, Faculté des Sciences Agronomiques de Gembloux, B-50 30 Gembloux, Belgium
6INRA–EPHYSE, BP 81, F33883 Villenave d'Ornon Cedex, France,
7Technische Universität Dresden, IHM-Meteorologie, Pienner Strasse 9, 01737 Tharandt, Germany,
8Institute of Plant Sciences, ETH Zürich, Universitätsstrasse 2, 8092 Zürich, Switzerland,
9Max Planck Institute for Biogeochemistry, PO Box 100164, 07701 Jena, Germany
10Department of Biology/Microbiology AgH 310, Box 2207B South Dakota State University Brookings, SD 57007-2142, USA,
11INRA, Unité d’Ecophysiologie Forestière, F-54280 Champenoux, France
12Laboratory of Ecological Physiology of Forest Trees, Institute of Landscape Ecology, Academy of Sciences of the Czech Republic, Porici 3B, Brno 603 00, Czech Republic,
13Finnish Forest Research Institute, Jokiniemenkuja 1, FIN-01300 Vantaa, Finland,
14Finnish Meteorological Institute, PO Box 503, FIN-00101 Helsinki, Finland
15INRA-Ecophysiologie, Domaine de l'Hermitage-Pierroton, 69, route d'Arcachon, 33610 Cestas, France,
16JRC, Institute for Environment and Sustainability, Via Enrico Fermi, T.P. 051, 21020 Ispra (VA), Italy,
17NOAA/Atmospheric Turbulence and Diffusion, PO Box 2456 Oak Ridge, TN 37830, USA,
18IBIMET, P.le delle Cascine, 18, 50144 Firenze, Italy,
19DREAM Unit, Centre d'Ecologie Fonctionelle et Evolutive, CNRS, 1919 route de Mende, Montpellier, France,
20Department of Forest Ecology, PO Box 27, University of Helsinki, FIN-00014 Helsinki, Finland,
21Department of Environmental Sciences and Energy Research, Weizmann Institute of Science, PO Box 26, Rehovot 76100, Israel,
22CEAM, Parque Tecnológico, c/Charles H. Darwin 14, 46980 Paterna (Valencia), Spain
23Department of Physical Sciences, University of Helsinki, FIN-00014 Helsinki, Finland

Tóm tắt

Bài báo này thảo luận về những lợi thế và bất lợi của các phương pháp khác nhau tách biệt trao đổi hệ sinh thái ròng (NEE) thành các thành phần chính của nó, bao gồm quá trình hấp thu carbon ròng của hệ sinh thái (GEP) và hô hấp của hệ sinh thái (Reco). Cụ thể, chúng tôi phân tích ảnh hưởng của việc ngoại suy các giá trị hô hấp của hệ sinh thái trong giai đoạn ban đêm sang ban ngày; thường thực hiện bằng một hàm phản ứng nhiệt độ được suy ra từ các bộ dữ liệu dài hạn. Đối với phân tích này, chúng tôi đã sử dụng 16 bộ dữ liệu đo lường trao đổi carbon dioxide kéo dài một năm từ các mạng lưới đo đạc covarian rối ở Châu Âu và Mỹ. Những điểm này trải dài từ khí hậu boreal đến Địa Trung Hải, bao gồm các hệ sinh thái rừng lá rộng và rừng thường xanh, đất cây bụi và cây trồng.

Chúng tôi chỉ ra rằng độ nhạy nhiệt độ của Reco, được suy ra từ các bộ dữ liệu dài hạn (hàng năm), không phản ánh độ nhạy nhiệt độ ngắn hạn có hiệu lực khi ngoại suy từ ban đêm sang ban ngày. Cụ thể, trong các hệ sinh thái hoạt động vào mùa hè, độ nhạy nhiệt độ dài hạn vượt quá độ nhạy nhiệt độ ngắn hạn. Do đó, trong những hệ sinh thái này, việc áp dụng một độ nhạy nhiệt độ dài hạn cho việc ngoại suy hô hấp từ ban đêm sang ban ngày dẫn đến việc đánh giá quá cao hô hấp của hệ sinh thái từ quy mô thời gian nửa giờ đến hàng năm, có thể đạt hơn 25% cho ngân sách hàng năm và do đó ảnh hưởng đến ước tính của GEP. Ngược lại, trong các hệ sinh thái thụ động vào mùa hè (Địa Trung Hải), độ nhạy nhiệt độ dài hạn thấp hơn độ nhạy nhiệt độ ngắn hạn dẫn đến việc đánh giá thấp tổng hô hấp hàng năm.

Chúng tôi giới thiệu một thuật toán tổng quát mới cho phép suy ra độ nhạy nhiệt độ ngắn hạn của Reco từ dữ liệu đo đạc covarian rối, áp dụng cho việc ngoại suy từ ban đêm sang ban ngày, và thêm vào đó thực hiện việc điền các khoảng trống dữ liệu dựa trên cả sự tương quan giữa các dòng chảy và các yếu tố khí tượng, cũng như cấu trúc tạm thời của các dòng chảy. Mặc dù thuật toán này nên cung cấp các ước tính ít thiên lệch hơn về GEP và Reco, chúng tôi thảo luận về những thiên lệch còn lại và khuyến nghị rằng các phép đo covarian rối vẫn cần được hỗ trợ bởi các phép đo dòng chảy phụ trợ nhằm giảm thiểu sự không chắc chắn vốn có trong dữ liệu covarian rối.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1016/S0168-1923(01)00244-1

10.1016/S0065-2504(08)60018-5

10.1046/j.1365-3040.1997.d01-147.x

10.1175/1520-0477(2001)082<2415:FANTTS>2.3.CO;2

10.1016/S0168-1923(00)00228-8

10.1016/S0168-1923(01)00240-4

10.1007/978-3-662-05171-9_6

10.1111/j.1529-8817.2003.00727.x

10.1046/j.1365-2486.1998.00128.x

10.1016/S0168-1923(00)00235-5

10.1016/S0168-1923(00)00225-2

10.1016/S0168-1923(02)00102-8

10.1016/S0168-1923(02)00103-X

10.1016/0168-1923(95)02248-1

GeorgiadisT MagliuloE MigliettaFet al. (2002)A contribution to Pianosa‐LAB from Agenzia. An advanced ground based network for the study of gas exchanges between terrestrial vegetation and the atmosphere. Proceedings of the First Italian IGBP Conference Paestum pp.41–42.

10.1029/2002GB002023

10.1046/j.1365-2435.2000.00434.x

10.1046/j.1365-2486.2003.00612.x

10.1046/j.1365-2486.2002.00488.x

10.1890/03-4049

10.2307/1939390

10.1016/S0168-1923(98)00057-4

10.1016/S0168-1923(03)00158-8

10.1046/j.1365-2486.2001.00412.x

10.1111/j.1529-8817.2003.00743.x

10.1016/S0168-1923(03)00115-1

Kok B, 1948, A critical consideration of the quantum yield of Chlorella‐photosynthesis, Enzymologia, 13, 1

10.1029/97JD01173

10.1016/S0168-1923(99)00019-2

10.1016/S0168-1923(02)00104-1

10.1016/S0168-1923(01)00279-9

10.1046/j.1354-1013.2001.00439.x

10.2307/2389824

10.1029/2004JD004715

Loreto F, 2001, Respiration in the light measured by 12CO2 emission in 13CO2 atmosphere in maize leaves, Australian Journal of Plant Physiology, 28, 1103

10.1016/S0168-1923(00)00213-6

NardinoM MigliettaF GeorgiadisTet al. (2002)CO2 water and heat fluxes in a Kyoto‐reforestation. Proceeding of the First Italian IGBP Conference Paestum pp.37–39.

10.1046/j.1365-2486.2003.00609.x

10.1093/jxb/erg187

10.1029/2000JD900715

10.1046/j.1365-2486.2003.00588.x

10.1111/j.1365-2486.2003.00687.x

10.1016/S0168-1923(02)00022-9

ReichsteinM DinhN RunningSet al. (2003a)Towards improved European carbon balance estimates through assimilation of MODIS remote sensing data and CARBOEUROPE eddy covariance observations into an advanced ecosystem and statistical modeling system. Proceedings of the International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'03) Toulouse France July 21–25 2003.

10.1029/2003JD003430

Reichstein M, 2002, Ecosystem respiration in two Mediterranean evergreen holm oak forests, Functional Ecology, 16, 27, 10.1046/j.0269-8463.2001.00597.x

10.1046/j.1365-2486.2002.00530.x

Sanz MJ, 2004, Effects of a dry and warm summer conditions on CO2 and Energy fluxes from three Mediterranean ecosystems, Geophysical Research Abstracts, 6, 3239

10.1016/S0038-0717(03)00241-4

Tirone G, 2003, PhD Thesis, Department of Forest Science and Resources (DISAFRI), 98

10.1038/35009084

10.1016/j.agrformet.2003.10.004

10.1046/j.1354-1013.2001.00435.x

Thông tin
Thông tin xuất bản

Global Change Biology

Tập 11 Số 9

1424-1439

Thông tin tác giả