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CoLM的土壤酸化模型研发

陆面模式；土壤酸化；缓冲体系；碳氮循环；施氮

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.5 气候-生态-大气化学间相互作用

农业施肥与大气氮沉降的增加，在提升农业及自然生态系统生产力的同时，也显著改变了土壤环境，从而深刻影响陆地生态系统的碳氮循环过程。越来越多的研究表明，土壤酸化作为氮添加的关键伴随效应，通过调控植被生长与微生物活动，已成为影响碳氮循环动态的重要因素。然而，国内外陆地生态系统模型尚未纳入土壤pH值的动态变化模块，忽略了酸化过程对生物地球化学循环的抑制作用。这一关键过程的缺失，导致模型可能严重低估氮添加对生态系统碳氮平衡的潜在负效应。本研究基于通用陆面模式CoLM，耦合溶质垂向运移与多化学缓冲体系，并参数化pH对土壤呼吸、光合作用及硝化速率的反馈机制，构建了CoLM动态土壤酸化模块。结果表明：（1）碳酸盐的存在与否通过控制主导缓冲体系决定土壤pH的背景范围，酸性条件下以阳离子交换缓冲为主，碱性条件下以碳酸盐–CO₂平衡缓冲为主；（2）模型在长期模拟与区域尺度上表现稳健，能够再现土壤pH的时序收敛与空间分布特征（RMSE为0.2-0.7）；（3）施氮梯度实验表明，氮循环产酸是驱动pH变化的主导机制，忽略该过程后pH对施肥梯度的响应显著减弱；（4）酸化通过多过程反馈影响碳氮循环，土壤呼吸抑制效应随施氮量增大而持续增强，GPP因受氮底物限制对酸化胁迫响应有限。氮添加通过驱动土壤酸化进而影响碳循环，是评估人类活动影响陆地碳平衡的一条新路径。CoLM土壤酸化模型的构建，则为量化该路径的生态效应提供了关键工具。