一種測量冠層光合的新方法

科學家對測量的追求是無止境的。人們雖然在20世紀初就對冠層光合進行了測定，但精度太差，幾乎不能說明任何科學問題。1951年，Swinbank使用渦度相關法進行草地顯熱和潛熱通量的測量，這種先進的技術加上超聲風速計使得冠層二氧化碳通量的測量成為可能，直到1968年人們才在美國堪薩斯州的農田進行大氣邊界層的觀測。20世紀80年代，渦度相關法大量應用于生態系統的研究，包括冠層光合的測定，解決了很多生態學問題。

在植物生理學領域，人們可以通過對葉片光合的測定尺度推移到冠層，但這種方法的不確定性太大。對于整樹碳同化而言，也有人嘗試整合同位素和樹干液流的方法計算冠層光合。還有對于小樹的測量則可以通過整樹箱法。這些方法都比較復雜，誤差大。即使使用渦度相關法進行冠層碳通量的實時測定，也不能很好地捕捉植物生理的微小變動。

上世紀90年代，有人大膽地提出要在太空使用傳感器監測葉綠素熒光。經過多次試驗，地面驗證的效果很不理想。但隨著技術和儀器設備的進步，人們已經可以在大尺度上進行植被熒光的觀測了，2011年成功發布了植被的葉綠素熒光圖，而在2014年PNAS上的一篇論文再次把研究推向高潮。因此，能否通過冠層葉綠素熒光的監測直接反演冠層光合呢？答案是肯定的。近期發表在Geophys. Res. Lett.的文章“Solar-induced chlorophyll fluorescence that correlates with canopy photosynthesis on diurnal and seasonal scales in a temperate deciduous forest”向我們展示了這種新技術的魅力。

作者Yang等發現，在一溫帶落葉林（哈佛森林），無論在天尺度還是季節尺度地面原位測量的熒光值與衛星遙感的和渦度相關法測定的結果相關性較好，證實了地面原位觀測熒光的巨大潛力。那么，為什么這種方法要優于渦度相關法和衛星遙感呢？相比于渦度相關法，它監測的范圍更廣，能夠直接反映植物的生理學信息。而相比于傳統衛星遙感數據，如NDVI和EVI，熒光反映的是植被真實的生理學信息（或許以后就可以避免“Amazon Forest Greenness”），同時較高的時間分辨率也可以幫助人們監測作物長勢、進而預測收成，而通過監測森林冠層則能夠幫助科學家即時查明森林健康狀況，甚至火險隱情，而這些是普通的遙感手段很難做到的。