近日，中國科學(xué)院水土保持研究所研究員焦菊英團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室、美國斯坦福大學(xué)等，在《自然-通訊》（NatureCommunications）上發(fā)表了題為Historicallyinconsistentproductivityandrespirationfluxesintheglobalterrestrialcarboncycle的研究論文。

　　陸地植被生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用固定二氧化碳，稱為總初級生產(chǎn)力（GPP），大部分以植被地表呼吸、根系呼吸和微生物異養(yǎng)呼吸等形式返回大氣，小部分以火燒、生物揮發(fā)性有機(jī)化合物排放、可溶性有機(jī)碳進(jìn)入河流系統(tǒng)等形式參與碳循環(huán)。以往在估算全球光合作用GPP和呼吸作用CO2排放時(shí)通常是獨(dú)立進(jìn)行，全球陸地植被GPP通?；谶b感方式進(jìn)行估算（自上而下的方法），而全球呼吸作用估算通常通過集成全球不同站點(diǎn)的土壤呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和升尺度實(shí)現(xiàn)（自下而上的方法），而本研究率先嘗試在全球尺度上基于土壤呼吸數(shù)據(jù)反推GPP以及基于GPP數(shù)據(jù)反推土壤呼吸。

　　研究基于文獻(xiàn)搜索得到的全球土壤呼吸估算量、根系呼吸與土壤呼吸的比值、根系呼吸與總自養(yǎng)呼吸比值以及總自養(yǎng)呼吸與GPP的比值等數(shù)據(jù)，反推得到全球GPP為149+29-23PgCyr-1，顯著高于基于遙感方法估算得到的結(jié)果（113+18-18PgCyr-1）；同時(shí)，基于土壤呼吸數(shù)據(jù)估算得到的全球土壤呼吸量為87+9-8PgCyr-1，顯著高于基于遙感方式反推得到的全球土壤呼吸量（68+10-8PgCyr-1）（圖1）。兩種方法得到的全球GPP之間一致的可能性小于3%（圖1a中兩個(gè)分布重合的面積小于3%），而兩種方法得到的全球土壤呼吸之間一致的可能性小于2%（圖1c中兩個(gè)分布重合的面積小于2%），這說明目前對全球GPP和土壤呼吸量的估算至少有一個(gè)與實(shí)際量存在較大的偏差。

　　研究基于月時(shí)間尺度的全球土壤呼吸數(shù)據(jù)，以月降雨量、月平均溫度、氮沉降、土壤理化性狀、地表生物量以及葉面積指數(shù)等環(huán)境指標(biāo)為預(yù)測變量，采用隨機(jī)森林建模估算得到全球土壤呼吸為93PgCyr-1（圖2），與基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫得到的結(jié)果（87+9-8PgCyr-1）更為接近。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)基于同位素方法以及日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）技術(shù)得到的全球GPP估算量和基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫反推得到的結(jié)果更為接近，說明目前對全球GPP的估算可能偏低，而這一結(jié)論有待今后更多的證據(jù)證明。

　　該研究探索了基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫反推全球GPP以及基于全球GPP結(jié)果反推全球土壤呼吸量，發(fā)現(xiàn)了不同的方法在估算全球GPP或土壤呼吸時(shí)存在較大差異，強(qiáng)調(diào)了交叉比較不同來源的數(shù)據(jù)對于探究陸地碳循環(huán)的重要性。研究工作得到第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

　　圖1.a、基于遙感影像（紅色）和基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫（淡藍(lán)色）估算得到的全球陸地植被初級生產(chǎn)力（GPP），b、全球初級生產(chǎn)力和土壤呼吸之間的關(guān)系散點(diǎn)圖，c、基于遙感影像（紅色）和基于土壤呼吸數(shù)據(jù)庫（淡藍(lán)色）估算得到的全球土壤呼吸量（RS）

　　圖2.基于月時(shí)間尺度的全球土壤呼吸數(shù)據(jù)，采用隨機(jī)森林建模估算得到的全球土壤呼吸。a、隨機(jī)森林模型中使用的土壤呼吸站點(diǎn)空間分布，b、隨機(jī)森林模型預(yù)測得到的土壤呼吸全球空間分布