Als een belangrijk onderdeel van biogeochemische cycli, de stikstofcyclus moduleert de koolstofopslag van het terrestrische ecosysteem, waterverbruik, en milieukwaliteit. Het blijft onduidelijk hoe de stikstofdynamiek de koolstof- en waterbudgetten in China beïnvloedt. Het opnemen van de terrestrische stikstofcyclus in de Noah LSM met opties voor multiparameterisatie (Noah-MP) helpt bij het beantwoorden van de bovenstaande vraag.

Door de simulaties van de met stikstof verrijkte Noah-MP-CN te vergelijken met die van de originele Noah-MP in China, een recente studie kwantificeert de effecten van stikstofdynamiek op de terrestrische koolstof- en watercycli, zoals gerapporteerd in Vooruitgang in atmosferische wetenschappen .

De hoofdauteur is Jingjing Liang, een doctoraat student van het Instituut voor Atmosferische Fysica, Chinese Wetenschapsacademie. "Onze studie is de eerste regionale toepassing van Noah-MP-CN door expliciet rekening te houden met ruimtelijk variërende biogeochemische parameters op basis van het vorige puntschaalwerk, " legt Liang uit.

De resultaten laten zien dat het opnemen van stikstofdynamiek de simulaties van de bruto primaire productiviteit (GPP) en de bladoppervlakte-index (LAI) in de meeste regio's verbetert in termen van een iets hogere correlatiecoëfficiënt, een veel lagere root-mean-square error (RMSE), en een beter ruimtelijk patroon van meerjarige klimatologie. De overschatting van GPP door Noah-MP met een dynamische vegetatieoptie wordt sterk verminderd door rekening te houden met de beperking van de stikstofbeschikbaarheid, vooral in de zuidoostelijke regio's van China. Bovendien, Noah-MP-CN biedt een nauwkeurigere LAI-simulatie in verschillende soorten landbedekking, met verminderde RMSE's en verhoogde correlaties.

De effecten van bemesting op akkerland op koolstoffixatie, waterverbruik en stikstofuitspoeling worden onderzocht door middel van een trade-off analyse. Vergeleken met gehalveerd kunstmestgebruik, de werkelijke hoeveelheid applicatie verhoogt het GPP en het waterverbruik met slechts 1,97% en 0,43%, respectievelijk; echter, de stikstofuitspoeling wordt verhoogd met 5,35%. Dit geeft aan dat het huidige niveau van kunstmestgebruik slechts een verwaarloosbare impact heeft op het waterverbruik, maar een schadelijke impact op het milieu.

Ondanks de superieure prestaties van Noah-MP-CN ten opzichte van Noah-MP, Noah-MP-CN blijft LAI en GPP overschatten. Toekomstig werk moet zich richten op een meer systematische kalibratie van modelparameters en op meer biogeochemische processen zoals organische stof (SOM) en microbedynamiek.

"Als het grootste wereldwijde reservoir van terrestrische organische koolstof, SOM heeft niet alleen invloed op de opslag van nutriënten in de bodem (vooral voor stikstof) maar zorgt ook voor milieuvervuiling, " zegt de corresponderende auteur, Prof. Zong-Liang Yang van de afdeling Geologische Wetenschappen, Jackson School of Geowetenschappen, de Universiteit van Texas in Austin. "Er zijn meer gezamenlijke inspanningen nodig om ons begrip en modellering van de SOM- en microbe-dynamiek in landoppervlak- en aardsysteemmodellen te verbeteren."