GCB综述 | 影响土壤碳储量和土壤碳动态的主要过程及相关过程的数学模型

土壤在底土(深度低于0.2 m)中储存了大量的碳，这些碳通常是古老的，据信在几个世纪到几千年的时间里是稳定的，这表明底土碳封存(CS)可以作为减缓气候变化的一种战略。以碳固存为目的管理土壤意味着可以准确量化新碳输入的归宿和运输时间。地下土壤碳动态的数学模型在这方面发挥了重要作用，可以用来估计由于土地管理而产生的新碳的数量和持久性。

本文综述了影响土壤碳储量和土壤碳动态的主要过程，重点介绍了土壤碳动态的数学模型。本文的指导问题是，了解土壤C通过垂直剖面移动的过程是否有助于我们评估与气候变化缓解相关的时间尺度上的C储存和持久性。生物扰动、液相输运、地下碳输入、矿物结合和微生物活动是促成土壤碳剖面形成的主要过程，这些过程在使用扩散-平流-反应范式的模型中表示。基于模拟实例和生物群系碳和放射性碳剖面的测量，发现平流和扩散运输在土壤碳剖面的形成中可能只起次要作用。垂直根输入和分解之间的差异似乎在决定碳随深度变化的形状方面起主要作用。利用碳的运输时间来评估新输入的碳储存的时间尺度，我们表明只有少量的新碳输入通过剖面传播，并且可以在超过50年的时间范围内保持稳定，这意味着促进地下土壤CS的活动必须考虑到可以长期稳定的非常小的数量。本研究回顾了过去用来表示这些过程的数学模型。在此基础上证明了大多数以前的模型可以在一个单一的建模范式下进行推广，并通过实例说明了不同过程在形成土壤碳剖面中的主要贡献。此外，本研究提出了一个概念性框架，以评估新的碳输入通过底土时的命运。我们使用隔间系统中碳传递时间分布提供的理论框架，并在减缓气候变化的土壤碳管理背景下讨论我们的研究结果。

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https://doi.org/10.1111/gcb.17153