土地利用和土壤有机碳变化模型进展

李姝娟

摘要：本文综述了国内外目前的土地利用和土壤有机碳变化模型研究，认为当前模型研究主要集中于3类，即土壤有机碳降解模型、土壤有机碳动态模型和土壤有机碳空间分布模型。对各个模型的建模原理、特点、研究尺度和适用范围等做了对比分析，为我国土壤有机碳模型的研究提供思路。

关键词：土地利用;土壤有机碳;模型;碳循环

【中图分类号】S15316

【文献标识码】A

【文章编号】2236-1879（2018）13-0164-01

对土壤有机碳变化进行中大尺度的估算和预测，模型模拟是最重要、最可靠的技术途径。目前为止，关于土地利用变化的模型很多，土壤碳匯模型研究也非常多。本文着重从土地利用和土壤有机质储存的角度分析现在的模型发展及趋势。

1土壤有机碳降解模型

目前主要有室内模拟模型和基于假设的模拟模型两类。室内模拟主要是利用一室模型，通过Miami模型估算植被生产力，在开放性一室模型中分别建立土壤、植被呼吸与植被生产力之间的关系，最终获得土壤碳降解速率。

Yasso是基于一系列假设条件下的凋落物降解模型。假设凋落物和有机质分别以不同的降解速率进行降解，需要输入的数据包括凋落物的种类、所占比例、凋落物中有机碳的含量、降解率等。

2土壤有机碳汇动态模型

土壤碳汇潜力及动态的模型研究很多且比较成熟，经典模型有CENTURY、Roth-C、EPIC、DNDC等，其中每种模型的原理都不同，都各具特点。

Century。最初是草地模型。是一个综合性模型，以月为步长，可以模拟碳、氮、磷和硫循环。CENTURY在模拟碳循环时只限制在上层土壤（O-20cm），不考虑有机质分层。该法要求干式燃烧法测定土壤有机碳含量，湿氧化法偏差较高。该模型已在多个国家地区验证。

EPIC，模拟农业生态系统的作物产量、土壤腐殖质和土壤碳动态。Billena等证明EPIC模型在德国西南部的农业耕作系统中十分有效。需要地形、土壤、气候数据。地形包括坡度信息，土壤包括土壤层深度、容重、质地、有机碳、有机氮、阳离子交换率，气候信息包括月最大温度、最小温度、降雨量、降雨天数、太阳辐射、相对湿度。类似的农业系统模型还有DAISY，CERES。

DNDC（Denitri cation-Decomposition），最初是用来预测美国农业生态系统的生物地球化学循环，由6个子系统组成，分别模拟土壤气候、植被生长、降解、硝化、反硝化和发酵。DNDC通过追踪光合作用、呼吸、水和N需求、C分配、作物产量和残余物产量来模拟植被生长。

Roth-C，最初是耕地模型。模拟耕作地的碳汇，以月为步长，需要界定一个惰性的含碳率。但是对于免耕地的模拟没有明确的方法。需要数据较少且容易获取，不需要植被数据。Roth-C需要输入的数据即是可降解植物物质和难降解植物物质的比例，以及转变为微生物生物量和腐殖质的比例。

3土壤有机碳空间分布模型

土壤碳的空间分布大部分都是通过CIS技术实现的，一般是采用模型与GIS结合的形式。如CENTURY与GIS结合，EPIC与CENTURY结合，或者地统计技术与GIS结合。

4其他模型

目前为止，还有关于土壤碳剖面分布模型、土地碳汇增加引起的经济成本模型、陆地碳循环模型等等。

5讨论

目前的模型研究主要集中于3类，即土壤有机碳降解模型、土壤有机碳汇动态模型和土壤有机碳空间分布模型。各模型都有其原理、特点和适用范围。从模拟地面凋落物降解、模拟人类活动到模拟地面植被的生长等，研究者们从各个角度模拟土壤碳的变化。此外，利用多个模型结合或者将模型与技术结合的方法也是一个发展趋势。本文将这些模型集中起来讨论，旨在为我国的土壤碳模型研究提供思路，为我国实现碳减排目标作出贡献。