红树林日光诱导叶绿素荧光与涡度相关协同观测研究

作     者：侯玉文 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱旭东

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：日光诱导叶绿素荧光 总初级生产力 红树林 光能利用率 生态遥感 

摘      要：滨海湿地生态系统提供了许多重要的生态系统服务,具有极高的生产力,所以滨海湿地碳收支受到越来越多的生态学者们的关注。其中红树林湿地生态系统是蓝色碳汇的重要贡献者,所以在评估红树林碳收支时准确描述总初级生产力（Gross Primary Productivity,以下简称GPP）至关重要,但目前对常绿红树林GPP季节性变化的了解非常有限。日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced Chlorophyll Fluorescence,以下简称SIF）遥感已成为一种非常具有应用前景的方法,可以模拟估算农田、草地、落叶林和常绿森林等生态系统GPP,但是其在红树林生态系统的应用能力尚未得到评估。本研究以中国东南沿海的福建漳江口亚热带红树林为研究对象,利用塔基SIF自动观测系统和涡度协方差系统进行连续一年的时间序列测量,展示了亚热带红树林SIF和GPP在不同时间尺度上的动态变化,探讨了亚热带红树林SIF与GPP的关系及受到环境胁迫的响应。主要研究内容和结果如下:（1）本文首先在亚热带红树林探究了 SIF和GPP在日和季节时间尺度上的变化规律。SIF和GPP在日和季节的时间尺度上总体呈现相似的规律,即在日时间尺度上呈现出先上升后下降的规律,在季节时间尺度上呈现同波峰波谷的变化规律。同时分析了 SIF的荧光效率（Yield of Solar-induced Fluorescence,以下简称SIFy:SIF与植被吸收光合有效辐射（APAR）的比值）和光能利用率（Light Use Efficiency,以下简称LUE:GPP与APAR的比值）在日和季节时间尺度上的变化规律,SIFy与LUE的关系在时间上比SIF-GPP的关系更具动态性,且SIFy和LUE在中午时趋于稳定,而在上午和下午时则彼此分离。这些发现证实SIF可以作为红树林冠层光合作用的潜在遥感指标。（2）本文通过线性和非线性分析,探究了 SIF和GPP的在日和季节时间尺度上的拟合关系,它们的拟合关系在日、季两个时间尺度上表现为非线性和线性的时间尺度依赖关系。在30 min时间尺度上非线性回归函数GPP=（18.7 × SIF-2.93）/（SIF+0.24）解释14%的变异。在较长的季节性时间尺度上,SIF-GPP关系最好用线性回归函数（GPP=14.29+4.01 × SIF;R2=0.17）来描述。（3）本文分析了环境胁迫（如高温、高光照、高水位等）对SIF与GPP的关系影响,在中午左右出现环境胁迫时（过量光照和高VPD）,会使SIF与GPP的关系降低,而在一定范围内潮汐水位的升高会提高红树林SIF和GPP的关系。本研究首次提供了红树林生态系统中高时间分辨率的连续SIF观测,研究了红树林生态系统SIF和GPP的关系,并强调了不同环境条件对SIF-GPP关系影响的重要性。今后的研究应考虑到这些问题,可以减少基于遥感SIF估算GPP的不确定性。本研究对了解红树林湿地生态系统碳循环、驱动机制以及红树保育和规划工作有着重要的意义。