碳氧同位素观测系统修正涡度协方差方法对于生长季前期光合和白天呼吸的高估

美国科研人员利用涡度协方差（EC）和同位素红外光谱（QCLAS）技术对美国温带落叶森林连续三个生长季（2011-2013）净生态系统交换（NEE）等进行观测，利用同位素通量分割法（IFP）将NEE拆分为GEP（生态系统总初级生产力）和DER（白天生态系统呼吸），而GEP和DER具有不同的δ¹³C信号，该方法不依赖于对呼吸或光合作用的环境响应函数假设，而是基于同位素质量平衡方程（Keeling Plot 混合模型）。

研究结果表明：（1）传统模型假定白天生态系统呼吸强于夜间，但实测数据表明白天生态系统呼吸低于夜间，这表明在生态系统尺度上存在光照抑制叶片呼吸效应；（2）与同位素通量拆分方法相比，涡度协方差统计拆分方法高估了生长季前期的生态系统光合（25%）和白天呼吸（100%），错误的描述了生态系统光合光利用效率；（3）揭示了现有陆地生物圈模型在碳通量模拟中的系统性偏差，强调需整合光合和呼吸的独立过程而非依赖NEE推算，以提升全球碳汇预测准确性。

上述研究中使用到的核心设备为量子级联激光光谱仪（QCLAS），连续、原位测量大气CO₂的同位素（δ¹³C和δ¹⁸O）组成，此外研究也涉及到涡度协方差通量塔观测，由澳作公司代理的碳氧同位素同步观测系统符合研究需求，推荐配置为双激光（激光1：N2O、CH4、H2O，激光2：δ13C-CO2、δ18O-CO2、CO2）同步测量CO2同位素和痕量气体。

该产品的技术优势如下所示：

·高精度连续测量：δ13C和δ18O（10s）测量精度分别为0.03‰和0.035‰，满足碳同位素统计拆分需求，区分光合作用和呼吸作用，修正涡度协方差拆分方法对于生长季前期光合和白天呼吸的高估。

·时间分辨率高：时间分辨率为0.1s（采集频率10Hz），高频测量δ13C、δ18O、CO2等，满足涡度协方差测量需求，推动碳循环模型的改进，为全球生态系统碳交换研究提供新的观测基础。

·CO2同位素和痕量气体同步测量：一台分析仪实现碳氧同位素与痕量气体（CH4、N2O等）同步测量，减少测量时的系统误差，揭示碳、氮、水循环的耦合机制，提升通量分区与机理研究的能力。