Som en viktig del av biogeokemisk cykling, kvävecykeln modulerar terrestriska ekosystemets kollagring, vatten konsumption, och miljökvalitet. Det är fortfarande oklart hur kvävedynamik påverkar kol- och vattenbudgetar i Kina. Att införliva den markbundna kvävecykeln i Noah LSM med alternativ för flera parametrar (Noah-MP) hjälper till att lösa ovanstående fråga.

Genom att jämföra simuleringarna av kväveförstärkt Noah-MP-CN med dem från den ursprungliga Noah-MP i Kina, en ny studie kvantifierar effekterna av kvävedynamik på de markbundna kol- och vattencyklerna, som rapporterats i Framsteg inom atmosfäriska vetenskaper .

Huvudförfattare är Jingjing Liang, en doktorsexamen student från Institute of Atmospheric Physics, Kinesiska vetenskapsakademien. "Vår studie är den första regionala tillämpningen av Noah-MP-CN genom att uttryckligen redogöra för rumsligt varierande biogeokemiska parametrar baserat på det tidigare punktskalearbetet, "förklarar Liang.

Resultaten visar att införlivandet av kvävedynamik förbättrar simuleringarna av bruttoprimärproduktivitet (GPP) och bladarealindex (LAI) i de flesta regionerna när det gäller en något högre korrelationskoefficient, ett mycket lägre rot-medelkvadratfel (RMSE), och ett bättre rumsligt mönster för flerårig klimatologi. Överskattningen av GPP av Noah-MP med ett dynamiskt vegetationsalternativ reduceras kraftigt genom att överväga begränsningen av kvävetillgänglighet, särskilt i de sydöstra regionerna i Kina. Dessutom, Noah-MP-CN ger en mer exakt LAI-simulering i olika typer av landtäcker, med reducerade RMSE och ökade korrelationer.

Konsekvenserna av gödningsmedel på odlingsmark för kolfixering, vattenförbrukning och kväveutlakning undersöks genom en avvägningsanalys. Jämfört med halverad användning av gödningsmedel, den faktiska mängden applikation ökar GPP och vattenförbrukning med endast 1,97% och 0,43%, respektive; dock, kväveutlakningen ökas med 5,35%. Detta indikerar att den nuvarande användningen av gödningsmedel endast har en försumbar inverkan på vattenförbrukningen men en skadlig påverkan på miljön.

Trots Noah-MP-CN överlägsna prestanda jämfört med Noah-MP, Noah-MP-CN fortsätter att överskatta LAI och GPP. Framtida arbete måste fokusera på mer systematisk kalibrering av modellparametrar och inkludera mer biogeokemiska processer som jordens organiska material (SOM) och mikrobdynamik.

"Som den största globala reservoaren för markbaserat organiskt kol, SOM påverkar inte bara lagringen av näringsämnen i jorden (särskilt för kväve) utan resulterar också i miljöföroreningar, "säger motsvarande författare, Professor Zong-Liang Yang från institutionen för geologiska vetenskaper, Jackson School of Geosciences, University of Texas i Austin. "Mer samordnade insatser krävs för att förbättra vår förståelse och modellering av SOM- och mikrobdynamiken i landytemodeller och jordsystemmodeller."