我校黄晓娟研究员与合作者在《Nature》发文：对该刊发表的利用大气羰基硫作为示踪物估算全球陆地植被光合作用相关研究成果提出不同观点
近日，成都理工大学地理规划学院黄晓娟及合作者在《Nature》Matters Arising栏目发表题为《The size of tropical vegetation gross primary production》的评论文章，对Lai等学者于2024年在《Nature》发表的全球植被总初级生产力研究成果提出不同观点。
Lai等（2024）利用大气羰基硫（Carbonyl Sulfide，OCS）作为示踪物估算全球植被光合作用，提出全球陆地生态系统植被生产力（Gross Primary Production，GPP）约为157 ± 8.5 PgC yr⁻¹，显著高于当前主流卫星遥感产品估算结果（120 ~ 140 PgC yr⁻¹）。其中，两者差异主要来源于热带地区，Lai等估算热带GPP约为79 PgC yr⁻¹，比多个国际主流遥感产品高出1.33 ~ 1.85倍。
针对这一问题，作者基于泛热带涡度协方差观测网络、多源遥感产品和生态过程分析，对该研究进行了系统评估，认为原研究在模型验证、参数化方案及全球尺度推广等方面仍存在较大不确定性，并提出了不同学术观点。评论文章的核心论点如下：
1. 热带地区GPP模拟可能存在高估
研究团队利用28个泛热带涡度协方差观测站点共103个site-year观测记录，对Lai等（2024）的模拟结果进行了独立验证。结果显示，在大多数站点年份中，Lai等估算的GPP均高于观测反演结果，平均相对误差约为47%。特别是在高生产力热带森林生态系统中，模型表现高估倾向（图1）。
图1 Lai等模拟GPP与热带地区涡度协方差观测及卫星遥感GPP模拟结果比较
2. OCS方法中LRU–PAR关系假设未考虑VPD的影响
Lai等（2024）利用叶片相对吸收率（Leaf Relative Uptake，LRU）与光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）之间的经验关系估算全球GPP。LRU指的是叶片对OCS与CO2的相对吸收比例。作者认为，Lai等主要基于芬兰北方森林站点FI-Hyy的时间序列关系，并进一步推广应用于全球尺度模拟，尤其是热带地区，这可能导致热带地区GPP估算的不确定性。
LRU不仅受PAR影响，也明显受大气饱和水汽压亏缺（Vapor Pressure Deficit，VPD）的显著影响。VPD会影响气孔导度，而OCS吸收与气孔导度关系密切。因此，忽略VPD可能导致LRU被低估，进而导致GPP被高估。研究发现，在相同PAR条件下，随着VPD增加，LRU明显下降。由于VPD能够通过影响植物气孔导度改变OCS吸收过程，忽略VPD效应可能导致LRU被低估，并进一步造成GPP高估（图2）。
图2 评估PAR和VPD对LRU的影响及Lai等人提出的LRU模拟算法性能
3. 单一北方森林站点关系难以直接推广至热带生态系统
研究进一步指出，FI-Hyy属于典型北方森林生态系统，其植被组成、冠层结构、气候条件和土壤环境与热带生态系统存在显著差异。因此，将单一站点获得的时间变化关系直接推广为全球不同生态系统之间的空间变化关系，特别是用于热带地区GPP估算，可能引入较大不确定性。研究认为这可能是造成热带GPP估算偏高的原因之一。
4. 对卫星遥感产品系统低估热带GPP的判断提出不同观点
Lai等认为，热带地区长期云覆盖会导致卫星遥感反演的叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）偏低，从而使现有GPP产品低估热带植被生产力。对此，研究团队提出不同观点。研究认为，当前主流遥感GPP模型均经过大量地面观测数据校准，即使LAI存在一定误差，模型中的光能利用效率参数也可能对其进行补偿。
基于LA-LUE模型重新估算后，获得热带地区总GPP约为59.01 PgC yr⁻¹，显著低于Lai等提出的79.00 PgC yr⁻¹。对于热带常绿阔叶林生态系统，估算值约为28 PgC yr⁻¹，而Lai等对应结果为41.20 PgC yr⁻¹。作者认为目前多源遥感产品与地面观测网络以及生态过程模型的证据均表明Lai等模拟热带GPP规模可能被高估。
原文作者随后对作者提出的观点进行了回应，细节参见刊登在Nature同一期论文。
Matters Arising是Nature在2018年开办的特别专栏，专栏的评论文章主要是对已经在Nature发表的论文提出不同观点，受到读者的广泛关注。该栏目对于推动科学问题深入研究和促进国际学术交流具有重要作用。
成都理工大学黄晓娟为共同第一作者，合作者包括中山大学田洁博士等，论文通讯作者为中山大学陈修治教授和北京大学袁文平教授。该工作得到了国家自然科学基金等项目资助。
该研究围绕全球碳循环与气候变化领域的重要科学问题展开，为理解热带生态系统碳汇功能及全球植被生产力规模提供了新的科学认识，对提高全球碳循环评估精度具有重要意义。
