一种测量冠层光合的新方法

科学家对精确测量的追求是无止境的。人们虽然在20世纪初就对冠层光合进行了测定，但精度太差，几乎不能说明任何科学问题。1951年，Swinbank使用涡度相关法进行草地显热和潜热通量的测量，这种先进的技术加上超声风速计使得冠层二氧化碳通量的测量成为可能，直到1968年人们才在美国堪萨斯州的农田进行大气边界层的观测。20世纪80年代，涡度相关法大量应用于生态系统的研究，包括冠层光合的测定，解决了很多生态学问题。
在植物生理学领域，人们可以通过对叶片光合的测定尺度推移到冠层，但这种方法的不确定性太大。对于整树碳同化而言，也有人尝试整合同位素和树干液流的方法计算冠层光合。还有对于小树的测量则可以通过整树箱法。这些方法都比较复杂，误差大。即使使用涡度相关法进行冠层碳通量的实时测定，也不能很好地捕捉植物生理的微小变动。
上世纪90年代，有人大胆地提出要在太空使用传感器监测叶绿素荧光。经过多次试验，地面验证的效果很不理想。但随着技术和仪器设备的进步，人们已经可以在大尺度上进行植被荧光的观测了，2011年成功发布了全球植被的叶绿素荧光图，而在2014年PNAS上的一篇论文再次把研究推向高潮。因此，能否通过冠层叶绿素荧光的监测直接反演冠层光合呢？答案是肯定的。近期发表在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”向我们展示了这种新技术的魅力。
作者Yang等发现，在一温带落叶林（哈佛森林），无论在天尺度还是季节尺度地面原位测量的荧光值与卫星遥感的和涡度相关法测定的结果相关性较好，证实了地面原位观测荧光的巨大潜力。那么，为什么这种方法要优于涡度相关法和卫星遥感呢？相比于涡度相关法，它监测的范围更广，能够直接反映植物的生理学信息。而相比于传统卫星遥感数据，如NDVI和EVI，荧光反映的是植被真实的生理学信息（或许以后就可以避免“Amazon Forest Greenness”），同时较高的时间分辨率也可以帮助人们监测作物长势、进而预测收成，而通过监测森林冠层则能够帮助科学家即时查明森林健康状况，甚至火险隐情，而这些是普通的遥感手段很难做到的。