Estimation of photochemical efficiency and photosynthetic rate of plants using spectral reflections and chlorophyll fluorescence

概要

大気中二酸化炭素濃度の上昇は気温上昇を通して地球の気候に影響するため、炭素循環の正確な評価は地球環境の現状把握と将来の気候予測に不可欠である。陸域植生による総一次生産(gross primary production; GPP)は地球上で最大の炭素フラックスと考えられているが、光合成は複雑な生物学的プロセスの集合体であるためGPPの推定には依然として大きな推定誤差がある。植物群落のGPPはフラックスタワーを用いれば測定することができるが、地域から全球スケールでのGPPはリモートセンシング手法を用いて推定する必要がある。太陽光誘起クロロフィル蛍光(solar-induced fluorescence; SIF)は人工衛星からの観測が可能であり、従来の葉色素に関するリモートセンシング指標よりも正確に植物の光合成生理状態をモニタリングできると期待されている。このSIFから有用な情報を抽出するには、個葉や生態系レベルでの詳細な実験が不可欠である。葉のクロロフィル色素が吸収した光エネルギーは光化学反応、熱放散、蛍光放射(ChlF)の3つの経路で消費されるため、蛍光の収率は吸収光のエネルギー配分の変化を反映する。Atherton et al.(2016)は、光化学反応収率FP,熱放散NPQ,蛍光収率FFの関係式を導出し、蛍光からFFを、NPQの指標として知られる光化学反射指数(photochemical reflectance index; PRI)からNPQを推定してリモートセンシングで葉の光化学反応量子収率FPを推定した。しかし、葉は光や窒素環境、ストレスの有無、季節によって吸収光のエネルギー配分の特性を変化させることが知られており、様々な条件でこのモデル式を用いて蛍光とPRIからFPを推定できるかを調べる必要がある。本研究は、分光リモートセンシング観測で得た蛍光や反射指数から個葉と生態系スケールで光合成を推定する方法を検証することを目的とした。