最大碳羧化速率(Vmax)的遥感定量反演

Leaf maximum carboxylation rate is the key parameter in calculating photosynthetic capacity for forest ecosystem carbon cycle modeling. Since the lack of high spatial resolution data for Vmax, there are large errors in carbon budget estimates by carbon cycle models. A new remote sensing algorithm was developed combing with photosynthetic process equation to estimate Vmax. Vmax was retrieved by the variable of sunlit leaf GPP and its variations and differences among different vegetation types were analyzed. This method efficiently avoided the disadvantages of former algorithm using leaf chemical parameters in linear model to estimate Vmax, such as leaf nitrogen content, leaf chlorophyll content, and improved the accuracy of photosysthesis calculation. The result of this study can provide basic data for further study of carbon cycle model.

叶片最大碳羧化速率(Vmax, maximum carboxylation rate)是森林生态系统碳循环模型中计算光合作用能力的关键参数。但至今仍缺乏高空间分辨率Vmax的分布数据，致使碳循环模型估算存在很大误差。本研究提出了一种新的高光谱遥感估算Vmax的方法，结合了光合作用的机理公式，利用阳叶总初级生产力GPP反推Vmax，并分析不同植被类型Vmax的变动差异。这种算法避免了以往采用植被化学参数叶片氮含量、叶片叶绿素含量等线性估算方法估算Vmax的局限性，提高了光合作用计算的准确性，为碳循环模型的深入研究提供数据基础。

叶片最大碳羧化速率（Vcmax）是光合作用过程中羟化反应这一重要限速反应的速率，对光合速率起着决定作用。叶片最大碳羧化速率的准确估算对森林生态系统碳收支评价有着重要的意义。研究提出了一种新的高光谱数据结合光合作用机理模型Farquhar模型定量估算Vcmax的方法。首先计算叶片光化学反射指数PRI(Photochemical reflectance index)，建立PRI与阳叶叶片光利用率LUE(Light use efficiency)模型估算阳叶叶片LUE，然后根据阳叶叶片LUE与阳叶有效吸收光合辐射估算阳叶叶片总初级生产力(GPP)，最后从Farquhar机理公式出发，反推Vcmax，分析不同植被类型Vcmax的变动差异。结果表明：采用机理模型估算Vcmax与实测样地平均叶片Vcmax的决定系数为0.5336，RMSE为9.73。根据帽儿山林分类型分布图，经统计发现帽儿山人工落叶松林Vcmax平均值为40；人工樟子松林Vcmax平均值为45.7；人工红松林Vcmax平均值为38.3；柞树林Vcmax平均值为31.4；白桦林Vcmax平均值为34.8；椴树林Vcmax平均值为35.5；阔叶混交林Vcmax平均值为34.2；针阔混交林Vcmax平均值为36.5。针叶林Vcmax最大，其次是针阔混交林，最小的是阔叶林。该方法避免了简单线性公式的饱和现象及线性模型受时间地域环境条件不同而不同的缺点，也避免了实验室间接测量方法获取Vcmax的复杂性，可以得到高精度区域尺度Vcmax的分布图。.