不同生态系统土壤有机碳矿化动态的预测 文献综述

摘要：本文主要针对不同生态系统土壤有机碳矿化动态的研究背景、目的及意义进行探讨，从森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统入手，对比分析不同模型的拟合及预测差异，以及模型参数在不同生态系统中的变化规律。最后列举了目前常用的数据同化方法以及模型评价指标，对之后的试验设计以及数据分析有更好的启迪作用。

关键词：数据同化；土壤有机碳矿化；模型预测；不确定性

1 前言

1.1 研究背景

政府间气候变化专门委员会（IPCC)第五次报告明确指出自工业革命以来，人类活动使大气中的温室气体——二氧化碳（CO₂）浓度大幅增加，导致全球气候变暖。研究表明，陆地土壤是地球表面最大的碳库，土壤碳库在调节碳平衡、减缓大气中的CO₂等温室气体浓度上升等方面有不可替代的作用^[1]。

作为土壤碳最重要的部分——土壤有机碳（SOC），其含量及矿化特征已成为碳循环领域的研究热点。一般认为，土壤碳库由土壤有机碳库和无机碳库两部分组成，土壤无机碳库通过影响土壤团聚体、土壤pH、有机质的分解速率，进而影响土壤有机碳库；土壤有机碳库分解并释放CO₂进入土壤溶液转化为无机碳。土壤有机碳的矿化是通过土壤生物自身活动完成代谢，分解有机质同时释放出CO₂的过程，直接关系到土壤中碳元素的释放与供应，在对土壤碳的含量与动态发展的研究中起重要作用，是生态系统物质循环和能量流动的重要环节^[2]。土壤作为生态系统碳素的主要储存场所，其有机碳的矿化联系着生态系统内部以及外部物质循环，是全球碳平衡与土壤养分的科学管理等生态环境问题研究的重要组成部分^[3]。

1.2 研究目的与意义

IPCC在2014年的第五次评估报告中指出，近百年来全球地表平均温度上升了大约0.85℃，与此同时，二氧化碳浓度也在不断升高。土壤的碳储量高达1576Pg，超过大气和植被碳储量的总和，是陆地生态系统最大的碳库。土壤碳库的微小变动都会造成全球CO₂浓度的巨大波动。土壤有机碳矿化是全球陆地生态系统碳循环的重要环节，也是土壤向大气输出CO₂的主要途径。不同生态系统由于地理位置、气候、植被、微生物种类等的差异，影响矿化特征的主要因素有所不同。因此，对土壤有机碳矿化的准确估算能够提高对生态系统CO₂排放的预测能力，研究不同生态系统中土壤有机碳的矿化动态对评估生态系统碳收支具有重要意义。