原文链接：
https://gmd.copernicus.org/articles/18/7545/2025/
模型开源网址：
文章简介：
陆地生态系统模型是生态学研究的重要工具，能够深化我们对于生态系统功能的理解，并预测其在全球变化背景下的动态响应。近日，浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站在国际学术期刊 Geoscientific Model Development 上在线发表了陆地生态系统碳氮磷耦合过程模型（Terrestrial ECOsystem Carbon, Nitrogen, Phosphorus Coupled Model; 以下简称“TECO-CNP”）Sv1.0版本。该模型为深入理解常绿阔叶林生态系统中碳、氮、磷的耦合循环机制及其对全球变化的响应，提供了关键的技术支撑与模拟平台。
天童国家站位于浙江省宁波市天童国家森林公园内（北纬29º48’，东经121º47’）。 该区域由栲树、木荷、米槠、云山青冈等优势种构成，是典型的常绿阔叶林生态系统。台站建有多类型科研样地，涵盖森林动态监测样地、多项控制实验及恢复示范平台，形成了研究生态系统结构、功能、动态与环境响应的综合体系。长期、系统且高质量的观测数据为过程模型的开发与评估奠定了核心的数据基础（图1）。
TECO-CNP模型（Sv1.0版本；图2）包含了植物、凋落物以及土壤有机碳、氮、磷库和土壤无机氮、磷库，并模拟各库之间的物质交换过程。该模型全面地呈现了碳氮磷循环在生态系统中的紧密耦合关系，总体包含四类耦合机制和过程：(1) 植物体内养分浓度与养分供需关系调控的生长速率；(2) 氮磷有效性依赖的碳分配模式；(3) 微生物介导养分有效性制约的有机质分解过程；(4) 由碳成本驱动的养分获取策略。这些基于过程的机理更真实地模拟了陆地生物地球化学循环。
基于天童国家站永久森林动态样地的观测数据，研究首先评估了TECO-CNP模型的模拟性能。结果显示，完整的碳氮磷耦合模型比仅含碳或碳氮的简化版本能更准确地再现植物与土壤中碳、氮、磷库的观测值。进一步利用该站2021年的碳通量数据，研究对碳输入与滞留相关的关键参数进行了同化优化。参数优化后，模型对总初级生产力、生态系统呼吸及净生态系统交换的模拟精度显著提升，具体表现为均方根误差的降低与观测-模拟一致性相关系数的提高（图3），验证了该模型在亚热带常绿阔叶林生态系统中的适用性。
此外，TECO-CNP模型内置了基于贝叶斯定理的数据同化算法，该算法通过融合模型模拟与观测数据，反演获得关键参数的后验概率分布，实现了模型参数在站点尺度的系统自动优化。嵌入式数据同化框架也极大增强了模型的可拓展性，为未来应用于多区域、多生态系统类型的模型-数据融合研究奠定了基础。
TECO-CNP模型现已正式开源，代码、完整模型及技术文档均可通过官方网站http://www.tecocnp.com获取。
作者简介：
华东师范大学生态与环境科学学院在读博士研究生万芳秀为本文第一作者，华东师范大学夏建阳教授为通讯作者。华东师范大学边晨昱博士后、康奈尔大学骆亦其教授、哥伦比亚大学翁恩生研究员为本文共同作者。该研究工作受到国家自然科学基金委、科技部国家重点研发计划和上海市基础研究特区计划的经费支持。
图1天童亚热带常绿森林观测系统的示意图。
图2 TECO-CNP模型中库和通量的示意图。
图3 2021年天童站点周尺度碳通量观测值与使用默认参数与优化参数的模型模拟值的对比。(a-c) 观测值（黑色圆点）与默认参数（蓝色实线）、优化参数（红色实线）模拟值的时间序列对比，其中优化结果从数据同化过程接受的10,000组参数中随机抽取1000组进行计算。图中阴影区域表示标准差。(d-f) 对应时间序列的模拟值与观测值散点图，虚线为1:1基准线。统计指标：相关系数（correlation coefficient，CC），均方根误差（root mean square error，RMSE）。
万芳秀：2021级硕博连读研究生（导师为夏建阳教授），本科毕业于华东师大生态学专业，目前的研究聚焦于生态系统过程模型开发，旨在揭示生态系统对气候变化的响应机制，并预测其未来动态。
文案： 万芳秀
审核： 夏建阳
来源：生态与环境科学学院
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