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为解决无法解释不同观测站点漫射施肥效应（DFE）差异的问题，研究人员开展了关于云层和气溶胶影响冠层光合作用的研究。结果表明 DFE 随云类型和站点特征变化，该研究有助于准确量化 DFE，为全球碳预算和气候研究提供依据。
在大自然的舞台上，植物的冠层光合作用（canopy photosynthesis，
Acan）如同一场奇妙的演出，而太阳辐射则是这场演出中至关重要的 “灯光师”。长久以来，人们都知道太阳辐射的多少对冠层光合作用起着决定性作用。然而，自上世纪九十年代起，科学家们发现，太阳辐射的 “几何形状” 也会对其产生影响。当太阳辐射穿越大气层时，会与分子、气溶胶或云层相互作用，从而变得 “散漫” 起来，这种漫射辐射能更均匀地分布在冠层的叶片间，有可能推动冠层光合作用超越晴朗天空时的速率，这一现象被称为漫射施肥效应（Diffuse Fertilization Effect，DFE）。
不过，这场光合作用的 “演出” 并不总是按照人们预期的剧本发展。DFE 的出现并非必然，因为云层和气溶胶在增加漫射辐射的同时，也会削弱太阳总辐射，进而降低冠层光合作用。而且，DFE 还受到诸多因素的调制，如纬度、冠层结构、微气候、叶片特性以及土壤性质等（统称为 “站点特征”）。这些复杂的因素交织在一起，使得观测到的冠层光合作用对云层的响应各不相同。有时，云层会增加冠层光合作用；而有时，却没有明显效果。这种不确定性给全球碳预算的估算带来了巨大的挑战，因为植被对漫射辐射的响应是全球碳预算中陆地碳汇的主要不确定性来源之一，而全球碳预算又对气候预测至关重要。
为了揭开这场 “光合作用演出” 背后的神秘面纱，来自国外的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上，为我们理解云层和气溶胶如何影响冠层光合作用提供了新的视角。
研究人员采用了多种关键技术方法。在观测方面，他们于 2018 年春季在德国的 Terrestrial Environmental Observatory Selhausen 开展了野外实验，利用涡度相关（Eddy Covariance，EC）系统、光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）传感器等设备，收集了土壤、植物和大气的相关数据。在模型方面，使用了一个一维多层稳态Acan模型，该模型包含耦合的叶片光合作用（A） - 气孔导度（gs）模型和辐射传输（Radiative Transfer，RT）模型，通过优化模型参数，模拟不同站点特征下的光合作用情况。
量化 DFE
研究人员首先发现，目前文献中对 DFE 的定义和量化存在不一致的情况。为此，他们提出了新的量化 DFE 的指导原则，旨在分离 DFE 的因果因素。通过分析观测数据，他们发现不同日子的冠层光合作用（以总初级生产力 Gross Primary Productivity，GPP 表示）受云层影响各不相同。有些多云的日子，GPP 会显著增加，出现实际漫射施肥效应（Actual DFE，ADFE）；而有些日子，尽管漫射辐射增加，但总辐射的减少导致 GPP 并未增加。同时，他们还量化了潜在漫射施肥效应（Potential DFE，PDFE），发现小麦冠层对$ f_{dif}$（漫射辐射与总辐射的比值）的增加有积极响应，PDFE 在中等 PAR 时绝对值最大，在低 PAR 时相对值最大。
云类型和 ADFE
研究人员进一步研究了不同云类型对 ADFE 的影响。他们发现，在观测站点，Cirrus 和 Altocumulus 是最常见的云类型，而 Stratus 最少见。通过分析云类型与辐射的关系，发现气溶胶条件和薄云（如 Cirrus、Altocumulus、Cumulus）更有可能导致 ADFE，因为它们在增加$ f_{dif}$的同时，对 PAR 的减少较小。相比之下，厚云（如 Cumulonimbus、Nimbostratus、Stratus）几乎不会导致 ADFE，因为它们会大幅减少 PAR。此外，他们还发现云增强（Cloud Enhancement，CE）在 ADFE 期间经常出现，尤其是在 Cumulus 云中。
站点特征和 PDFE
利用Acan模型，研究人员探讨了站点特征对 PDFE 的影响。结果表明，PDFE 在不同时间和模型场景下大多为正，且对叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）、冠层氮分布、叶倾角分布（Leaf Inclination Angle Distribution，LIAD）和叶透射率更为敏感。LAI 的增加会使 PDFE 增大，且这种影响在黎明和黄昏时更为明显。冠层氮分布在太阳中午时对 PDFE 影响较小，但在黎明和黄昏时影响较大。LIAD 对 PDFE 的影响则随时间变化，不同的 LIAD 类型（如水平、垂直、球形、锥形）会导致 PDFE 在不同时间呈现不同的变化趋势。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功解决了当前无法解释不同观测站点 DFE 差异的问题。新的量化指导原则有助于更准确地研究 DFE，而对云类型和站点特征影响的分析，为理解 DFE 的变化提供了重要依据。研究还发现，目前全球气候模型在表示太阳辐射成分和云类型方面存在不足，需要改进以更准确地预测 GPP。此外，不同云类型对作物光合作用的影响不同，这为作物遗传改良和育种提供了新的思路。总之，这项研究强调了系统准确量化 DFE 的重要性，同时也凸显了记录云气候和站点特征对于解释 DFE 变化的必要性，为全球碳预算和气候研究提供了关键支持，推动了相关领域的进一步发展。
