巴西农业研究公司（Embrapa）的ProCarbon-Soil（简称Procs）模型已进入开发尾声。Procs是首个在热带地区开发的用于测量所谓“碳农业”动态的模型。碳农业是指旨在从大气中吸收碳并将其储存在土壤中的农业活动。该模型已发表在《美国土壤科学学会期刊》（Soil Science Society of America Journal）上。除了适应巴西农业的实际情况外，该模型还提高了实测变量和模拟变量之间的一致性，这有助于提高碳市场对经营者和农民的透明度。
传统的土壤碳利用多室模型包含 4 到 8 个状态变量和 7 到 20 个参数（其中一些参数复杂且难以测量），而所提出的模型仅使用两个可测量的变量：总碳储量及其可分解性。
Procs模型基于数学方法和土壤有机碳动态理论框架，能够精确模拟不同气候条件下作物轮作、免耕和土壤改良等农业措施的影响。为了开发该模型，我们使用了一个包含巴西农业研究公司（Embrapa）和项目合作伙伴拜耳公司研究信息的初始数据库。模型校准则需要另一个包含来自巴西所有地区的4.290个土壤样本的大型二级数据库，这些样本来源于370项已发表的研究。
“碳市场需要的是动态性，是碳总量的变化。第二个指标与碳的质量，也就是它的稳定性有关。其他模型将碳划分为不同的部分。而我们的模型评估的是碳的整体质量，”巴西农业研究公司数字农业中心（圣保罗）的研究员、该项目负责人路易斯·古斯塔沃·巴里奥尼说道。
巴里奥尼解释说，除了可测量、可验证和可报告的方式更简便之外，所提出的模型还能为巴西农业带来诸多优势。在此之前，碳市场认可的所有其他模型都是在温带地区开发的，而温带地区的生产系统与巴西不同，土壤中有机质的行为也截然不同。
“在这些优势中，我们特别强调自主性和持续发展，这样就不会过时。这是我们自己的模式，我们拥有知识产权，这是另一个重要的优势，”巴里奥尼说。
Procs模型要被采纳，需要获得在自愿碳市场运营的认证机构的认可。目前，研究人员正在准备一份模型验证报告，提交给全球最大的碳信用认证机构Verra。
Procs系统是在巴西农业研究公司（Embrapa）和拜耳公司合作的PRO Carbono项目框架下开发的。它将被整合到这家跨国公司的大型平台中；此外，它还将支持国家温室气体排放和减排清单以及公共政策行动。
“这种模型需要得到学术界和其他利益相关者的认可。使用它的人越多，它的可信度就越高，”巴里奥尼解释道。
准确性和可靠性
衡量碳农业动态有两种方法。一种方法是基于初始时间点采集的土壤样本，并在一段时间后重复采集。这种方法成本高昂、费时费力。第二种方法是通过碳市场认证机构认可的模型。
在研究中，Procs 展示了其模型能够生成与经典多室模型 Century 模型生成的轨迹非常相似的轨迹。在 50 年的模拟期内，模型估算值的均方根误差为每公顷 1,03 吨碳。
据相关研究人员称，与使用传统方法进行的实地测量相比，Procs 方法的不确定性甚至更低。在对巴西典型农田（约 40 公顷）碳储量变化进行直接测量时，误差可达每公顷 3,8 吨。
除了达到认证机构认可的可接受的准确度水平外，Procs 还致力于克服碳交易计划 (CFTS) 中的挑战，使碳信用项目更具可行性、可靠性和可审计性。
模型与数据融合
ProCarbon-Soil的另一优势在于其与新型模型数据融合技术（也称数据同化）的兼容性。借助这些技术，例如，可以自动将卫星数据输入模型。此外，利用模型数据融合技术和人工智能，还可以根据测量结果识别并校正偏差。
“这就是所谓的数据学习——数据同化和机器学习——结合数据模型融合。我们的模型更适合这种应用，我们相信这些新技术将越来越多地用于估算碳储量的变化，”路易斯·古斯塔沃·巴里奥尼解释道。
文章作者
文章 ProCarbon-Soil：一种用于提高碳农业模型与数据兼容性的动态模型 它发表在五月份的杂志上。 美国土壤科学学会杂志除了 Luis Barioni 之外，这项工作的签名者还包括该项目的研究员 Beatriz Valladão、Vitor Mourão、Yusuf Karatay、Junior Damian 和 Vinicius Melício。来自 Climate LLC（美国）的 Robert Ewing、来自拜耳作物科学的 Rodrigo Rejaili 和来自爱丁堡大学（苏格兰）的 Rafael Silva 也签署了该文章。
