[01923124]植被日光诱导叶绿素荧光垂直分层观测系统及方法

适宜转化地区/区域: 森林生态系统

成果简介：

叶绿素荧光是指叶绿素分子吸收光量子，被激发的叶绿素发射光子回到基态而产生的一种光信号。自然光条件下，植被吸收的光合有效辐射一部分用于光合作用，其他部分以热的形式向外耗散或者以长波（650~850nm）的形式发射叶绿素荧光信号，这部分荧光信号称为日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF）。SIF作为植物吸收太阳光后一个重要的能量释放过程，与植物光合作用过程有直接密切的关联，通过监测SIF变化就可以直接评价植被光合固碳动态，弥补了传统遥感植被指数观测的不足，为陆地生态系统碳循环和植被监测等提供了新的思路和技术。尽管目前多观测平台上所搭载的传感器观测到的植被SIF数据被大量应用于植被光合动态的研究，但是这些传感器只能接收到达植被冠层顶的SIF信号。SIF信号到达传感器之前需要穿过深度不一的叶片或冠层，叶片内或冠层中的多次散射和重吸收过程使得传感器获取的植被信息主要来自暴露于高辐照度下的冠层顶部，林下植被信息通常很微弱。即现有观测方式难以准确地描述林上、林下植被SIF特性和解释其与光合作用的关联机制。我们设计了一种能够搭载在野外通量塔上进行长时间的植被SIF垂直分布观测的系统，系统包括：安装于通量塔位于植被冠层顶上方的用于监测植被冠层SIF信号的SIF林上观测装置和位于林下植被层上方的用于监测林下植被层SIF信号的SIF林下观测装置；SIF林上观测装置和SIF林下观测装置均包括控制器、用于进行远程通信的通信装置、光谱仪、Y型分叉光纤组件、光路切换开关、上视光纤探头和下视光纤探头。本发明可实现植被冠层和林下植被层SIF数据的长期同步连续自动观测，能够用于解释和分析荧光在森林植被中的垂直分布以及和植被生理状态的关系；该系统具备良好的稳定性和便捷的远程操作功能，能够实现长时间序列的SIF垂直观测。本系统适用于具有复杂垂直结构的森林生态系统植被荧光监测，能够有效提升森林植被碳汇监测水平。