Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến Đổi Trong Hiệu Suất Sử Dụng Ánh Sáng Đối Với Năng Suất Nguyên Thô Chính Trên Các Đồng Cỏ Vùng Đại Bình Nguyên
Tóm tắt
Năng suất nguyên thô chính (GPP) thường được ước tính ở quy mô khu vực và toàn cầu bằng cách nhân lượng bức xạ ánh sáng quang hợp (PAR) hấp thụ bởi tán cây thực vật (PARa) với hiệu suất sử dụng ánh sáng (εg; GPP/PARa). Các kỹ thuật dòng chảy đang được sử dụng để tính toán εg. Các ước tính dựa trên dòng chảy của εg phần nào phụ thuộc vào cách mà sự hấp thụ PAR của thực vật được mô hình hóa như một hàm của chỉ số diện tích lá (LAI). Chúng tôi đã sử dụng các phép đo dòng CO2 từ ba đồng cỏ bản địa ở Vùng Đại Bình Nguyên, Hoa Kỳ để xác định cách mà việc thay đổi giá trị của hệ số suy giảm bức xạ (k) được sử dụng để tính toán PARa từ LAI ảnh hưởng đến độ biến đổi trong các ước tính của εg cho từng tuần. Hệ số của hồi quy tuyến tính GPP–PARa, một chỉ số của εg, đã khác biệt rõ rệt giữa 18 năm-địa điểm dữ liệu, cho thấy rằng sự khác biệt giữa các năm trong εg đã góp phần vào sự biến đổi tổng thể trong các giá trị εg. Các độ dốc của GPP–PARa đã khác nhau giữa các năm và địa điểm bất kể việc k được chỉ định giá trị cố định hay biến đổi như một hàm số mũ của LAI. Cho phép k thay đổi theo LAI đã làm giảm độ biến động tổng thể trong εg, giảm độ dốc của hồi quy tuyến tính âm giữa giá trị trung bình theo mùa của εg và bốc hơi tiềm năng (PET), và làm rõ sự đóng góp của sự khác biệt giữa các năm trong lượng mưa đến sự biến đổi trong εg. Kết quả của chúng tôi ngụ ý rằng cần chú trọng hơn đến việc xác định động lực của hệ số k đối với các hệ sinh thái có LAI thấp và rằng PET và lượng mưa nên được sử dụng để hạn chế các giá trị εg được sử dụng trong các thuật toán hiệu suất sử dụng ánh sáng để tính toán GPP cho các đồng cỏ vùng Đại Bình Nguyên.
Từ khóa
#năng suất nguyên thô chính #hiệu suất sử dụng ánh sáng #bức xạ ánh sáng quang hợp #đồng cỏ #chỉ số diện tích lá #sự biến đổi khí hậu #hệ số suy giảm bức xạTài liệu tham khảo
Angell R, Svejcar T, Bates J, Saliendra NZ, Johnson DA. 2001. Bowen ratio and closed chamber carbon dioxide flux measurements over sagebrush steppe vegetation. Agric For Meteorol 108:153–61.
Barr AG, Black TA, Hogg EH, Griffis TJ, Morgenstern K, Kljun N, Theede A, Nesic Z. 2007. Climatic controls on the carbon and water balances of a boreal aspen forest, 1994–2003. Glob Chang Biol 13:561–76.
Chapin FS III, Matson PA, Mooney HA. 2002. Principles of terrestrial ecosystem ecology. New York, Berlin, Heidelberg: Springer. 436 p
Davidson EA, Janssens IA, Luo Y. 2006. On the variability of respiration in terrestrial ecosystems: moving beyond Q10. Glob Chang Biol 12:154–64.
Drolet GG, Middleton EM, Huemmrich KF, Hall FG, Amiro BD, Barr AG, Black TA, McCaughey JH, Margolis HA. 2008. Regional mapping of gross light-use efficiency using MODIS spectral indices. Remote Sens Environ 112:3064–78.
Dugas WA, Heuer ML, Mayeux HS. 1999. Carbon dioxide fluxes over Bermuda grass, native prairie, and sorghum. Agric For Meteorol 93:121–39.
Flanagan LB, Wever LA, Carlson PJ. 2002. Seasonal and interannual variation in carbon dioxide exchange and carbon balance in a northern temperate grassland. Glob Chang Biol 8:599–615.
Frank AB. 2002. Carbon dioxide fluxes over a grazed prairie and seeded pasture in the Northern Great Plains. Environ Pollut 116:397–403.
Frank AB, Sims PL, Bradford JA, Mielnick PC, Dugas WA, Mayeux HS. 2001. Carbon dioxide fluxes over three Great Plains Grasslands. In: Follett RF, Kimble JM, Lal R, Eds. The potential of US grazing lands to sequester carbon and mitigate the greenhouse effect. Boca Raton (FL): CRC Press. p 167–88.
Gilmanov TG, Tieszen LL, Wylie BK, Flanagan LB, Frank AB, Haferkamp MR, Meyers TP, Morgan JA. 2005. Integration of CO2 flux and remotely-sensed data for primary production and ecosystem respiration analyses in the Northern Great Plains: potential for quantitative spatial extrapolation. Glob Ecol Biogeogr 14:271–92.
Gower ST, Kucharik CJ, Norman JM. 1999. Direct and indirect estimation of leaf area index, fPARa, and net primary production of terrestrial ecosystems. Remote Sens Environ 70:29–51.
Hui D, Luo Y, Katul G. 2003. Partitioning interannual variability in net ecosystem exchange between climatic variability and functional change. Tree Physiol 23:433–42.
Irmak S, Mutiibwa D. 2008. Dynamics of photosynthetic photon flux density and light extinction coefficient to assess radiant energy interactions for maize canopy. Trans ASABE 51:1663–73.
Kiniry JR, Burson BL, Evers GW, Williams JR, Sanchez H, Wade C, Featherston JW, Greenwade J. 2007. Coastal bermudagrass, bahiagrass, and native range simulation for diverse sites in Texas. Agron J 99:450–61.
Nouvellon Y, Bégué A, Moran MS, Seen DL, Rambal S, Luquet D, Chehbouni G, Inoue Y. 2000a. PAR extinction in shortgrass ecosystems: effects of clumping, sky conditions and soil albedo. Agric For Meteorol 105:21–41.
Nouvellon Y, Seen DL, Rambal S, Begue A, Moran MS, Kerr Y, Qi J. 2000b. Time course of radiation use efficiency in a shortgrass ecosystem: consequences for remotely sensed estimation of primary production. Remote Sens Environ 71:43–55.
Polley HW, Mielnick PC, Dugas WA, Johnson HB, Sanabria J. 2006. Increasing CO2 from subambient to elevated concentrations increases grassland respiration per unit of net carbon fixation. Glob Chang Biol 12:1390–9.
Polley HW, Emmerich W, Bradford JA, Sims PL, Johnson DA, Saliendra NZ, Svejcar T, Angell R, Frank AB, Phillips RL, Snyder KA, Morgan JA. 2010a. Physiological and environmental regulation of interannual variability in CO2 exchange on rangelands in the western United States. Glob Chang Biol 16:990–1002.
Polley HW, Emmerich W, Bradford JA, Sims PL, Johnson DA, Saliendra NZ, Svejcar T, Angell R, Frank AB, Phillips RL, Snyder KA, Morgan JA, Sanabria J, Mielnick PC, Dugas WA. 2010b. Precipitation regulates the response of net ecosystem CO2 exchange to environmental variation on US rangelands. Rangel Ecol Manag 63:176–86.
Reichstein M, Falge E, Baldocchi D, Papale D, Aubinet M, Berbigier P, Bernhofer C, Buchmann N, Gilmanov T, Granier A, Grünwald T, Havráknová K, Ilvesniemi H, Janous D, Knohl A, Laurila T, Lohila A, Loustau D, Matteucci G, Meyers T, Miglietta F, Ourcival J-M, Pumpanen J, Rambal S, Rotenberg E, Sanz M, Tenhunen J, Seufert G, Vaccari F, Vesala T, Yakir D, Valentini R. 2005. On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: review and improved algorithm. Glob Chang Biol 11:1424–39.
Ruimy A, Kergoat L, Bondeau A. 1999. Comparing global models of terrestrial net primary productivity (NPP): analysis of differences in light absorption and light-use efficiency. Glob Chang Biol 5:56–64.
Running SW, Nemani RR, Heinsch FA, Zhoa M, Reeves M, Hashimoto H. 2004. A continuous satellite-derived measure of global terrestrial primary production. Bioscience 54:547–60.
Schwalm CR, Black TA, Amiro BD, Arain MA, Barr AG, Bourque CP-A, Dunn AL, Flanagan LB, Giasson M-A, Lafleur PM, Margolis HA, McCaughey JH, Orchansky AL, Wofsy SC. 2006. Photosynthetic light use efficiency of three biomes across an east-west continental-scale transect in Canada. Agric For Meteorol 140:269–86.
Shaver GR, Street LE, Rastetter EB, Van Wijk MT, Williams M. 2007. Functional convergence in regulation of net CO2 flux in heterogeneous tundra landscapes in Alaska and Sweden. J Ecol 95:802–17.
Sims PL, Singh JS, Lauenroth WK. 1978. The structure and function of ten western North American grasslands I. Abiotic and vegetational characteristics. J Ecol 66:251–85.
Stephenson NL. 1990. Climatic control of vegetation distribution: the role of the water balance. Am Nat 135:649–70.
Svejcar T, Angell R, Bradford JA, Dugas W, Emmerich W, Frank AB, Gilmanov T, Haferkamp M, Johnson DA, Mayeux H, Mielnick P, Morgan J, Saliendra NZ, Schuman GE, Sims PL, Snyder K. 2008. Carbon fluxes on North American rangelands. Rangel Ecol Manag 61:465–74.
Tahiri AZ, Anyoji H, Yasuda H. 2006. Fixed and variable light extinction coefficients for estimating plant transpiration and soil evaporation under irrigated maize. Agric Water Manage 84:186–92.
Turner DP, Urbanski S, Bremer D, Wofsy SC, Meyers T, Gower ST, Gregory M. 2003. A cross-biome comparison of daily light use efficiency for gross primary production. Glob Chang Biol 9:383–95.
Veroustraete F, Sabbe H, Eerens H. 2002. Estimation of carbon mass fluxes over Europe using the C-Fix model and Euroflux data. Remote Sens Environ 83:376–99.
Webb EK, Pearman GI, Leuning R. 1980. Correction of flux measurements for density effects due to heat and water vapor transfer. Q J Roy Meteorol Soc 106:85–100.
Wolf A, Saliendra N, Akshalov K, Johnson DA, Laca E. 2008. Effects of different eddy covariance correction schemes on energy balance closure and comparisons with the modified Bowen ratio system. Agric For Meteorol 148:942–52.
Xu L, Baldocchi DD. 2004. Seasonal variation in carbon dioxide exchange over a Mediterranean annual grassland in California. Agric For Meteorol 123:79–96.
Yuan W, Liu S, Zhou G, Zhou G, Tieszen LL, Baldocchi D, Bernhofer C, Gholz H, Goldstein AH, Goulden ML, Hollinger DY, Hu Y, Law BE, Stoy PC, Vesala T, Wofsy SC. 2007. Deriving a light use efficiency model from eddy covariance flux data for predicting daily gross primary production across biomes. Agric For Meteorol 143:189–207.