天津大学地科院晏智锋教授课题组在土壤氧化亚氮(N2O)过程机理模型的构建与应用上取得进展。相关研究成果以论文“Quantifying biological processes producing nitrous oxide in soil using a mechanistic model”于2022年3月4日在线发表在Biogeochemistry(IF=4.825)。

作为一种重要温室气体，N2O在全球变化研究中受到广泛关注。土壤作为大气N2O的重要排放源，其内许多过程都会产生N2O。同时，这些过程产生N2O的速率又受到气候、土壤属性等因素的影响，使得土-气界面N2O通量呈现出显著的时空变化特性。尽管借助同位素自然丰度法和同位素标记示踪法，可以量化不同过程对土壤N2O产生的贡献，但是这些方法往往成本高且操作复杂，难以得到广泛的应用。

地科院晏智锋教授课题组根据土壤中硝化(nitrifier nitrification, NN)、硝化反硝化(nitrifier denitrification, ND)和异养反硝化(heterotrophic denitrification, HD)这三个最重要产生N2O生物过程，构建了土壤N2O排放机理模型。该模型量化了NN、ND和HD对N2O产生的贡献，并探讨气候条件与土壤属性等因子对单个过程N2O产生量和总N2O产生量的影响。通过和室内控制实验进行对比，该模型较好地重现了不同类型土壤在不同水分或氧气浓度条件下NN、ND和HD产生的N2O通量，证明该模型具有很好的稳定性和适用性。此外，通过运用该模型，模拟分析了不同环境和土壤理化特性下NN、ND和HD对N2O产生的贡献比，揭示了土壤N2O排放显著时空变化的调控机制。该研究构建的机理模型有助于解释野外监测土壤N2O通量的巨大时空差异，将来有望提高区域和全球尺度土壤N2O排放的评估精度。

图：基于土壤N2O产生过程的机理模型(A构建B验证C模拟)