追踪单个碳原子路径的框架

为了更好地理解这一行为，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家和合作者创建了一个新的概念框架以及一个模拟模型，该模型可追踪单个碳原子与环境相互作用的路径-经历生化转化，土壤孔隙空间，并朝着最终命运-二氧化碳(CO 2)前进。该研究发表在《全球变化生物学》杂志上。

土壤储存的碳比大气层和生物圈的总和还多，并且土壤有机碳(SOC)的形成与损失之间的平衡将推动未来世纪强有力的碳气候反馈。

预测SOC动态的最常用方法是使用基于池的模型，该模型假定SOC类具有内部均一的物理和化学特性。但是新的证据表明，土壤碳的周转不是主要由碳输入的化学性质来控制，而是由其在空间和时间上的非均质环境中的移动方式来控制。

新的框架称为土壤环境中有机物相互作用的概率表示(PROMISE)，它使用基于过程的概率方法，重点关注碳流量和动态转换，即“通量”，而不是离散池。

气候变化源于全球碳循环的扰动，土壤在调节地球气候系统中起着举足轻重的作用。由于农业集约化，多年冻土融化，大气变暖等原因，土壤是一个巨大的水库，但受到了威胁。

论文的共同作者，LLNL科学家詹妮弗·皮特·里奇(Jennifer Pett-Ridge)说：“实际上，SOC处于恒定通量状态，而新的植物来源的碳输入又因分解而导致连续SOC损失而抵消。” “这些变化幅度的微小变化都会影响地面碳汇的强度。我们需要将土壤管理转向保存碳的方法，增加碳的添加量，并在理想情况下减慢导致SOC损失的过程。”

PROMISE概念考虑了SOC循环速率如何由影响微生物分解物和有机物之间接近程度的随机过程控制，并着重于它们在土壤基质中的物理位置。研究小组展示了这种新模型的应用如何追踪单个碳原子与环境相互作用，进行生化转化并穿过土壤孔隙空间的命运。

“我们认为碳一直在运动，就像河中的水分子一样。有时它们会被卡住(就像在河边缘的涡流中一样)，但最终它们会迁移并走向最终的命运-矿化为一氧化碳2，” Pett-Ridge说。“在我们的仿真模型中，我们可以追踪单个碳原子在与环境相互作用时的命运，就像一个粒子在动态连续体中沿着河水向下移动，被卡住，然后释放回到主流中一样。”

在瞬息万变的世界中，PROMISE框架重塑了与SOC管理相关问题的对话。研究小组表示，他们希望该框架能够刺激跨学科(包括土壤生态学家，生物地球化学家，生态系统建模者和数学生物学家)的新分析工具和模型结构的开发，从而阐明对植物，土壤和大气池之间碳流量的物理控制。 。

彼得·里奇说：“生态系统之所以运转，是因为能量的传递不会停滞不前。” “通过应对土壤碳的动态特性，我们可以在不断变化的世界中更有效地管理这一关键资源。”

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