土地利用和土壤有機碳變化模型進展

李姝娟

摘要：本文綜述了國內外目前的土地利用和土壤有機碳變化模型研究，認為當前模型研究主要集中于3類，即土壤有機碳降解模型、土壤有機碳動態模型和土壤有機碳空間分布模型。對各個模型的建模原理、特點、研究尺度和適用范圍等做了對比分析，為我國土壤有機碳模型的研究提供思路。

關鍵詞：土地利用;土壤有機碳;模型;碳循環

【中圖分類號】S15316

【文獻標識碼】A

【文章編號】2236-1879（2018）13-0164-01

對土壤有機碳變化進行中大尺度的估算和預測，模型模擬是最重要、最可靠的技術途徑。目前為止，關于土地利用變化的模型很多，土壤碳匯模型研究也非常多。本文著重從土地利用和土壤有機質儲存的角度分析現在的模型發展及趨勢。

1土壤有機碳降解模型

目前主要有室內模擬模型和基于假設的模擬模型兩類。室內模擬主要是利用一室模型，通過Miami模型估算植被生產力，在開放性一室模型中分別建立土壤、植被呼吸與植被生產力之間的關系，最終獲得土壤碳降解速率。

Yasso是基于一系列假設條件下的凋落物降解模型。假設凋落物和有機質分別以不同的降解速率進行降解，需要輸入的數據包括凋落物的種類、所占比例、凋落物中有機碳的含量、降解率等。

2土壤有機碳匯動態模型

土壤碳匯潛力及動態的模型研究很多且比較成熟，經典模型有CENTURY、Roth-C、EPIC、DNDC等，其中每種模型的原理都不同，都各具特點。

Century。最初是草地模型。是一個綜合性模型，以月為步長，可以模擬碳、氮、磷和硫循環。CENTURY在模擬碳循環時只限制在上層土壤（O-20cm），不考慮有機質分層。該法要求干式燃燒法測定土壤有機碳含量，濕氧化法偏差較高。該模型已在多個國家地區驗證。

EPIC，模擬農業生態系統的作物產量、土壤腐殖質和土壤碳動態。Billena等證明EPIC模型在德國西南部的農業耕作系統中十分有效。需要地形、土壤、氣候數據。地形包括坡度信息，土壤包括土壤層深度、容重、質地、有機碳、有機氮、陽離子交換率，氣候信息包括月最大溫度、最小溫度、降雨量、降雨天數、太陽輻射、相對濕度。類似的農業系統模型還有DAISY，CERES。

DNDC（Denitri cation-Decomposition），最初是用來預測美國農業生態系統的生物地球化學循環，由6個子系統組成，分別模擬土壤氣候、植被生長、降解、硝化、反硝化和發酵。DNDC通過追蹤光合作用、呼吸、水和N需求、C分配、作物產量和殘余物產量來模擬植被生長。

Roth-C，最初是耕地模型。模擬耕作地的碳匯，以月為步長，需要界定一個惰性的含碳率。但是對于免耕地的模擬沒有明確的方法。需要數據較少且容易獲取，不需要植被數據。Roth-C需要輸入的數據即是可降解植物物質和難降解植物物質的比例，以及轉變為微生物生物量和腐殖質的比例。

3土壤有機碳空間分布模型

土壤碳的空間分布大部分都是通過CIS技術實現的，一般是采用模型與GIS結合的形式。如CENTURY與GIS結合，EPIC與CENTURY結合，或者地統計技術與GIS結合。

4其他模型

目前為止，還有關于土壤碳剖面分布模型、土地碳匯增加引起的經濟成本模型、陸地碳循環模型等等。

5討論

目前的模型研究主要集中于3類，即土壤有機碳降解模型、土壤有機碳匯動態模型和土壤有機碳空間分布模型。各模型都有其原理、特點和適用范圍。從模擬地面凋落物降解、模擬人類活動到模擬地面植被的生長等，研究者們從各個角度模擬土壤碳的變化。此外，利用多個模型結合或者將模型與技術結合的方法也是一個發展趨勢。本文將這些模型集中起來討論，旨在為我國的土壤碳模型研究提供思路，為我國實現碳減排目標作出貢獻。