微生物土壤有机碳（SOC）模型是研究土壤碳循环的重要工具，它聚焦于微生物在土壤有机碳分解和稳定过程中的作用。随着对土壤碳循环研究的深入，微生物SOC模型不断发展，从早期简单的一阶衰减模型逐渐向更复杂、更能反映实际过程的模型转变。目前的模型在结构、假设和对微生物过程的描述上存在差异，旨在更准确地解释和预测土壤有机碳的动态变化。

微生物土壤有机碳（SOC）模型SOMic 1.0示意图。碳池之间的碳通量用箭头表示，其速率常数由微生物酶活性介导，用橙色表示。

**传统模型与发展背景：**长期以来，SOC周转多被模拟为一阶衰减过程，需要多池模型来拟合分解过程，不同SOC”类型”具有不同的平均停留时间（MRT），如CENTURY模型中的被动池和RothC模型中的惰性池，代表着极难分解的SOC部分。早期认为微生物分解产物化学稳定性强，但后来发现即使是最古老的SOC组分中也存在易分解分子，且微生物能分解任何可接触到的土壤有机物质（SOM），这使得物理保护范式逐渐受到关注，即SOC的持久性源于与土壤矿物的相互作用，包括吸附和团聚体包埋。但物理保护能否完全解释SOC在慢循环池中的长期存在仍存疑，例如其与土壤团聚体周转时间存在差异，且正激发现象表明部分稳定的SOC在特定条件下易被微生物矿化。

新型微生物SOC模型

**SOMic****模型：**SOMicv1.0模型定义了五个SOC池，包括易溶性植物物质碳（SPM）、不溶性植物物质碳（IPM）、溶解有机碳（DOC）、矿物结合有机碳（MAC）和微生物生物量碳（MB）。该模型的特点是所有生物地球化学过程都依赖微生物活动，矿物保护的SOC解吸基本速率常数比之前模型快1-2个数量级。通过对22个长期农业实验数据的校准和验证，SOMic模型对验证集中SOC浓度的模拟与观测值相关性良好（r2=0.92，p<0.001），且能准确预测全球0-0.3m土壤的SOC分布和总量，还能较好地模拟土壤剖面中放射性碳年龄分布。这表明SOC的长期持久性可由微生物种群大小和活动与矿物结合有机碳池的相互作用来解释，无需假设存在本质上稳定的SOC池。

**其他模型对比：**与其他微生物SOC模型（如CORPSE、MIMICS、MEND和RESOM）相比，SOMic模型在结构和假设上既有共性又有差异。这些模型在动力学使用、是否包含DOC池、微生物死亡率影响因素、矿物保护与质地关系、CUE变化因素、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。模型结构的差异导致长期模型预测结果不同，而SOMic模型在解释长期观测数据和全球SOC分布方面有独特优势。

**模型发展方向：**当前模型虽取得一定进展，但仍有改进空间。未来模型可纳入更多影响因素，如土壤矿物学、中型土壤动物、pH值、养分化学计量学、植物-微生物相互作用以及微生物群落功能组成对环境因素的响应等。通过进一步的模型间比较研究，结合未充分体现的过程，有望在未来大幅提升SOC模型的性能，更准确地预测土壤有机碳动态变化，为土壤碳管理和气候变化研究提供有力支持。

来源: 公众号：农林科学