Come parte importante del ciclo biogeochimico, il ciclo dell'azoto modula lo stoccaggio del carbonio nell'ecosistema terrestre, consumo d'acqua, e qualità ambientale. Non è chiaro come le dinamiche dell'azoto influenzino i bilanci del carbonio e dell'acqua in Cina. L'integrazione del ciclo dell'azoto terrestre nel Noah LSM con opzioni di multi-parametrizzazione (Noah-MP) aiuta a rispondere alla domanda di cui sopra.

Confrontando le simulazioni del Noah-MP-CN potenziato con azoto con quelle del Noah-MP originale in Cina, un recente studio quantifica gli impatti della dinamica dell'azoto sui cicli terrestri del carbonio e dell'acqua, come riportato in Progressi nelle scienze dell'atmosfera .

L'autore principale è Jingjing Liang, un dottorato di ricerca studente dell'Istituto di Fisica dell'Atmosfera, Accademia cinese delle scienze. "Il nostro studio è la prima applicazione regionale di Noah-MP-CN tenendo conto esplicitamente dei parametri biogeochimici spazialmente variabili in base al precedente lavoro su scala puntuale, " spiega Liang.

I risultati mostrano che l'incorporazione della dinamica dell'azoto migliora le simulazioni della produttività primaria lorda (GPP) e dell'indice di superficie fogliare (LAI) nella maggior parte delle regioni in termini di coefficiente di correlazione leggermente più elevato, un errore quadratico medio (RMSE) molto più basso, e un migliore modello spaziale della climatologia pluriennale. La sovrastima del GPP da parte di Noah-MP con un'opzione di vegetazione dinamica è notevolmente ridotta considerando la limitazione della disponibilità di azoto, soprattutto nelle regioni sudorientali della Cina. Inoltre, Noah-MP-CN fornisce una simulazione LAI più accurata in diversi tipi di copertura del suolo, con RMSE ridotti e correlazioni aumentate.

Gli impatti dell'applicazione di fertilizzanti sui terreni coltivati ​​sulla fissazione del carbonio, il consumo di acqua e la lisciviazione di azoto sono studiati attraverso un'analisi del trade-off. Rispetto all'uso di fertilizzanti dimezzati, la quantità effettiva di applicazione aumenta il GPP e il consumo di acqua solo dell'1,97% e dello 0,43%, rispettivamente; però, la lisciviazione dell'azoto è aumentata del 5,35%. Ciò indica che l'attuale livello di utilizzo di fertilizzanti ha solo un impatto trascurabile sul consumo di acqua, ma un impatto dannoso sull'ambiente.

Nonostante le prestazioni superiori di Noah-MP-CN rispetto a Noah-MP, Noah-MP-CN continua a sopravvalutare LAI e GPP. Il lavoro futuro deve concentrarsi su una calibrazione più sistematica dei parametri del modello e includere più processi biogeochimici come la materia organica del suolo (SOM) e la dinamica dei microbi.

"Come il più grande serbatoio globale di carbonio organico terrestre, La SOM non influisce solo sullo stoccaggio dei nutrienti nel suolo (soprattutto per l'azoto) ma provoca anche inquinamento ambientale, " dice l'autore corrispondente, Prof. Zong-Liang Yang del Dipartimento di Scienze Geologiche, Jackson School of Geosciences, l'Università del Texas ad Austin. "Sono necessari maggiori sforzi concertati per migliorare la nostra comprensione e modellazione del SOM e delle dinamiche dei microbi nei modelli della superficie terrestre e del sistema terrestre".