Direct estimation of photosynthetic CO2 assimilation from solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF)
Direct estimation of photosynthetic CO2 assimilation from solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF)
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根据太阳诱导的叶绿素荧光 (SIF) 直接估算光合 CO2 同化
DOI：
10.1016/j.rse.2022.112893
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发表时间：
2022-03
影响因子：
13.5
通讯作者：
Lu Xiaoliang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu Zhunqiao;Zhao Feng;Liu Xinjie;Yu Qiang;Wang Yunfei;Peng Xiongbiao;Cai Huanjie;Lu Xiaoliang
通过太阳诱导的叶绿素荧光（SIF）预测陆地总初级生产力（GPP）方面已经取得了很大进展。然而，SIF-GPP 关系主要是通过将冠层顶部 (TOC) SIF 观测值 (SIFTOC) 与涡流协方差通量塔 GPP 估计值进行统计关联来建立的。我们开发了一个基于过程的模型，以机械光响应 (MLR) 模型为基础，将 SIFTOC 与植被的光合作用活动机械地联系起来。为了在冠层尺度上应用这种机制模型，我们1）通过用非光化学猝灭（NPQ）和光系统II的量子产率（ΦP）替换开放PSII反应中心的分数（qL）和光系统II的最大量子产率（ФPmax）来重新制定方程； 2) 根据光系统 I 和 II 贡献的定向观测 SIFTOC 重建光系统 II (PSII) 处的半球宽带 SIF 通量； 3) 根据假设和现场测量，估计冠层尺度的其他关键参数，包括 KDF（本构热损失和荧光的速率常数之间的比率）、Cc（叶绿体 CO2 分压）和 Г*（CO2 叶绿体补偿点）。与冬小麦研究地点基于通量塔的 GPP 的比较表明，由 760 nm 处的 SIFTOC、气温、入射光合有效辐射 (PAR) 以及红色和近红外区域的定向反射率驱动的模拟 GPP 能够在每半小时以良好的精度量化冠层光合作用（R2 = 0.85，RMSE = 5.62 μmol m−2） s−1，rRMSE = 9.10%）和每日（R2 > 0.90，RMSE = 3.25 μmol m−2 s−1 和 rRMSE = 8.69%）尺度。目前的模型增强了我们在冠层尺度上使用 SIF 机械估计 GPP 的能力，这是使用卫星 SIF 在区域和全球尺度上模拟碳吸收的重要步骤。
Much progress has been made in predicting terrestrial gross primary productivity (GPP) from solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF). However, SIF-GPP relationships are mostly built by statistically relating top-of-canopy (TOC) SIF observations (SIFTOC) to eddy covariance flux-tower GPP estimates. We developed a process-based model, based on the mechanistic light response (MLR) model, to mechanistically link SIFTOC with the photosynthetic activity of vegetation. To apply this mechanistic model at the canopy scale, we 1) reformulate the equations by replacing the fraction of open PSII reaction centers (qL) and the maximum quantum yield of photosystem II (ФPmax) with nonphotochemical quenching (NPQ) and the quantum yield of photosystem II (ΦP); 2) reconstruct hemispherical broadband SIF fluxes at photosystem II (PSII) from the directional observed SIFTOC that is contributed from photosystem I and II; 3) estimate other key parameters including KDF (ratio between the rate constants for constitutive heat loss and fluorescence), Cc (chloroplastic CO2 partial pressure), and Γ* (chloroplastic compensation point of CO2) at the canopy scale based on assumptions and in-situ measurements. A comparison against flux-tower based GPP at a winter-wheat study site, demonstrates that the modeled GPP, driven by SIFTOC at 760 nm, air temperature, incoming photosynthetically active radiation (PAR), and directional reflectance in the red and near-infrared region, is able to quantify canopy photosynthesis with good accuracy at both half-hourly (R2 = 0.85, RMSE = 5.62 μmol m−2 s−1, rRMSE = 9.10%) and daily (R2 > 0.90, RMSE = 3.25 μmol m−2 s−1 and rRMSE = 8.69%) scales. The present model enhances our ability to mechanistically estimate GPP with SIF at the canopy scale, an essential step to model carbon uptake using satellite SIF at regional and global scales.
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DOI：
10.1073/pnas.1211017109
发表时间：
2012-08
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
J. Zaks;K. Amarnath;D. Kramer;K. Niyogi;G. Fleming
通讯作者：
J. Zaks;K. Amarnath;D. Kramer;K. Niyogi;G. Fleming
干旱半湿润气候条件下玉米蒸散发分配及作物系数
影响因子：
6.7
作者：
Wang Yunfei;Cai Huanjie;Yu Lianyu;Peng Xiongbiao;Xu Jiatun;Wang Xiaowen
通讯作者：
Wang Xiaowen
影响因子：
13.5
作者：
R. Pedrós;Y. Goulas;S. Jacquemoud;J. Louis;I. Moya
通讯作者：
R. Pedrós;Y. Goulas;S. Jacquemoud;J. Louis;I. Moya
影响因子：
9.4
作者：
Galmes, Jeroni;Medrano, Hipolito;Flexas, Jaume
通讯作者：
Flexas, Jaume
DOI：
10.1073/pnas.1900278116
发表时间：
2019-06-11
影响因子：
11.1
作者：
Magney, Troy S.;Bowling, David R.;Frankenberg, Christian
通讯作者：
Frankenberg, Christian