陆地碳循环平衡模型

(1)植物生物量方程：

在自然状态下，不考虑人类活动的影响，以及忽视草食动物的影响，生物量的控制方程可以表示为：

式中，为单位时间、单位面积变化的生物量(t×hm^-2×a^-1)；NPP为净光合作用速率(t×hm^-2×a^-1)，即净第一性生产力；f_VL为植被凋落速率(t×hm^-2×a^-1)，它同生物量V的线性关系表达式为，k_VL为植被凋落速率系数。

(2)NPP模型：

式中，r为年降水量(mm)；R_n为年净辐射(kcal×hm^-2)，它代表热量或温度因子，是生态系统生物物理过程强度的度量；NPP为自然植被的净第一性生产力(t×D×W×hm^-2×a^-1)；I_rd为辐射干燥度，，L为蒸发潜热，I_rd是辐射能量的年净收入与蒸发掉年降水所需能量的比值，是表示气候干燥程度的一种指数。

(3)采用Kwon建立的植被凋落速率方程：

式中，k_e为凋落物速率常数；C₁为大气中的CO₂浓度；K_M=400ppm为大气CO₂自饱和速率；根据植被生物量、NPP模型和以上方程，可以计算出k_e和k_VL参数值，并可估算陆地生态系统自然植被的碳通量。

1)凋落物方程：

式中，为单位时间、单位面积变化的凋落物量(t×hm^-2×a^-1);f_LH为凋落物转变为土壤腐殖质的腐殖化速率(t×hm^-2×a^-1)；f_LC为凋落物分解成CO₂的速率(t×hm^-2×a^-1)。

凋落物分解包括有机成分分解和腐殖质形成两个过程，并都是在微生物的作用下进行的；凋落物分解过程中，微生物一方面促使有机成分分解矿化(释放出CO₂)，另一方面又利用分解有机物放出的能量，把一些简单的有机产物转变为复杂的有机化合物。凋落物矿质化速率f_LC和腐殖化速率f_LH与植被类型和凋落物组成、微生物的活性、温度、土壤水、土壤通气性和土壤结构有关。

在平衡状态下，陆地生态系统中凋落物量没有发生变化，因为输入量等于输出量：

式中，K_j(j=1,2,3)分别为凋落物分解速率f_LC和f_LH的系数，采用Foley的凋落物分解速率系数公式，K_j值计算式为，j=1,2,3分别代表植物的叶、茎、根组成部分，表示叶、枝、根等不同凋落物类型分解的难易程度，分别等于1.0,0.5,2.0，A_ET为每年实际蒸发量(mm×a^-1，平衡态下等于水面蒸发量)。

2)土壤腐殖质方程：

腐殖质的变化率主要取决于凋落物腐殖化速率f_LH(t×hm^-2×a^-1)和腐殖质矿质化速率f_HC(t×hm^-2×a^-1)之差，它的表达式为：

式中，为单位时间、单位面积腐殖质的变化速率(t×hm^-2×a^-1)。

3)估算土壤腐殖质分解速率f_HC的半机理半经验的统计模型：

式中，f_HC为土壤呼吸速率(gm^-2×d^-1)；F(gm^-2×d^-1)是温度为零、水汽不受限制时的碳通量；Q(°C^-1)代表温度常数；T(°C)为月平均温度；P(cm)为月平均降水量，K(cm×mon^-1)为降水函数的自饱和系数；在自然状态下，F，Q和K分别为0.579,0.0396,2.19；K_HC为土壤腐殖质分解常数；联立方程(6)，(7)，(8)，可以估算出土壤腐殖质碳量分布和土壤与大气之间的碳通量，当月均温<-13.3或者>33.5°C，则土壤呼吸速率为零。

参考文献

王绍强等：东北地区陆地碳循环平衡模拟分析。地理学报，2001,56(4)