微生物土壤有機碳（SOC）模型

微生物土壤有機碳（SOC）模型是研究土壤碳循環(huán)的重要工具，它聚焦于微生物在土壤有機碳分解和穩(wěn)定過程中的作用。隨著對土壤碳循環(huán)研究的深入，微生物SOC模型不斷發(fā)展，從早期簡單的一階衰減模型逐漸向更復雜、更能反映實際過程的模型轉(zhuǎn)變。目前的模型在結(jié)構(gòu)、假設(shè)和對微生物過程的描述上存在差異，旨在更準確地解釋和預測土壤有機碳的動態(tài)變化。

微生物土壤有機碳（SOC）模型SOMic 1.0示意圖。碳池之間的碳通量用箭頭表示，其速率常數(shù)由微生物酶活性介導，用橙色表示。

**傳統(tǒng)模型與發(fā)展背景：**長期以來，SOC周轉(zhuǎn)多被模擬為一階衰減過程，需要多池模型來擬合分解過程，不同SOC”類型”具有不同的平均停留時間（MRT），如CENTURY模型中的被動池和RothC模型中的惰性池，代表著極難分解的SOC部分。早期認為微生物分解產(chǎn)物化學穩(wěn)定性強，但后來發(fā)現(xiàn)即使是最古老的SOC組分中也存在易分解分子，且微生物能分解任何可接觸到的土壤有機物質(zhì)（SOM），這使得物理保護范式逐漸受到關(guān)注，即SOC的持久性源于與土壤礦物的相互作用，包括吸附和團聚體包埋。但物理保護能否完全解釋SOC在慢循環(huán)池中的長期存在仍存疑，例如其與土壤團聚體周轉(zhuǎn)時間存在差異，且正激發(fā)現(xiàn)象表明部分穩(wěn)定的SOC在特定條件下易被微生物礦化。

新型微生物SOC模型

**SOMic****模型：**SOMicv1.0模型定義了五個SOC池，包括易溶性植物物質(zhì)碳（SPM）、不溶性植物物質(zhì)碳（IPM）、溶解有機碳（DOC）、礦物結(jié)合有機碳（MAC）和微生物生物量碳（MB）。該模型的特點是所有生物地球化學過程都依賴微生物活動，礦物保護的SOC解吸基本速率常數(shù)比之前模型快1-2個數(shù)量級。通過對22個長期農(nóng)業(yè)實驗數(shù)據(jù)的校準和驗證，SOMic模型對驗證集中SOC濃度的模擬與觀測值相關(guān)性良好（r2=0.92，p<0.001），且能準確預測全球0-0.3m土壤的SOC分布和總量，還能較好地模擬土壤剖面中放射性碳年齡分布。這表明SOC的長期持久性可由微生物種群大小和活動與礦物結(jié)合有機碳池的相互作用來解釋，無需假設(shè)存在本質(zhì)上穩(wěn)定的SOC池。

**其他模型對比：**與其他微生物SOC模型（如CORPSE、MIMICS、MEND和RESOM）相比，SOMic模型在結(jié)構(gòu)和假設(shè)上既有共性又有差異。這些模型在動力學使用、是否包含DOC池、微生物死亡率影響因素、礦物保護與質(zhì)地關(guān)系、CUE變化因素、是否包含酶分解以及是否存在休眠微生物池等方面存在不同。模型結(jié)構(gòu)的差異導致長期模型預測結(jié)果不同，而SOMic模型在解釋長期觀測數(shù)據(jù)和全球SOC分布方面有獨特優(yōu)勢。

**模型發(fā)展方向：**當前模型雖取得一定進展，但仍有改進空間。未來模型可納入更多影響因素，如土壤礦物學、中型土壤動物、pH值、養(yǎng)分化學計量學、植物-微生物相互作用以及微生物群落功能組成對環(huán)境因素的響應等。通過進一步的模型間比較研究，結(jié)合未充分體現(xiàn)的過程，有望在未來大幅提升SOC模型的性能，更準確地預測土壤有機碳動態(tài)變化，為土壤碳管理和氣候變化研究提供有力支持。