石灰性土壤硝化作用模型的研究.pdf

1、硝化作用是氮素在土壤中的重要轉(zhuǎn)化過(guò)程，研究硝化作用是提高氮素利用效率，合理施用氮肥的重要基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)以干潤(rùn)均腐土(Cal-Ustic Isohumasols)為供試土壤，通過(guò)調(diào)控培養(yǎng)溫度和水分等實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)置不同NH<,4><'+>-N添加量、N/P、NH<,4><'+>-N的伴隨離子等，在室內(nèi)進(jìn)行恒溫培養(yǎng)，在定期測(cè)定土壤中NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N含量及pH變化的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)模擬回歸，依

2、據(jù)Michaelis-Menten反應(yīng)動(dòng)力假說(shuō)，分別建立了不同NH<,4><'+>-N添加量、不同N/P和不同伴隨離子NH<,4><'+>-N和NO<,4><'+>-N變化硝化動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法分析了回歸模型及其硝化速率方程的特點(diǎn)，通過(guò)研究取得以下主要結(jié)果： 1．分別確立了在硝化過(guò)程中的NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N變化動(dòng)力學(xué)模型： 式中：N<,t<,NO>>為培養(yǎng)期間NO<,3><'->-N

3、積累量S<,NO>為NO<,3><'->-N積累量的漸近值N<,t<,NO>>為培養(yǎng)期間NH<,4><'+>-N剩余量S<,0>為NH<,4><'+>-N添加量(已知量)S<,NH>為NH<,4><'+>-N消耗量的漸近值t為實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)時(shí)間a和b為常數(shù)在上述方程的基礎(chǔ)上，將土壤中通過(guò)其它來(lái)源的NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N補(bǔ)充后，進(jìn)一步精確了在硝化過(guò)程中NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N變化的動(dòng)力學(xué)模型

4、： 式中：a、b、c和d為常數(shù)。該模型主要改包括了土壤有機(jī)氮的礦化。并由此導(dǎo)出NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N隨時(shí)間變化的速率方程。 2．發(fā)現(xiàn)最大硝化速率(dN<,t<,NH>>/dt，dN<,t<,NO>>/dt)與NH<,4>HCO<,3>添加量無(wú)關(guān)。NH<,4><'+>-N最大減少速率(dN<,t<,NH>>/dt)變化在13.048～19.908 mg/kg.d之間，NH<,4><'+>-N減少

5、速率達(dá)到最大的時(shí)間(t<,o<,NH>>)較NO<,3><'->-N增加速率達(dá)到最大的時(shí)間(t<,o<,NO>>)短；NO<,3><'->-N增加最大速率(dN<,t<,NO>>/dt)變化在4.294～9.884 mg/kg.d之間，NO<,3><'->-N增加達(dá)到最大速率的時(shí)間(t<,o>)較NH<,4><'+>-N減少速率達(dá)到最大的時(shí)間長(zhǎng)。t<,o>隨NH<,4><'+>-N添加量的增加而延長(zhǎng)。t<,o<,NO>>變化在1.469

6、-6.492d之間，t<,o<,NH>>變化在0.612-2.181 d之間，同一水平NH<,4><'+>-N添加量的t<,o<,NH>>較t<,o<,NO>>早出現(xiàn)0.1842-5.252 d，即t<,o<,NH>>>。dN<,t<,NH>>/dt變化在13.0480-19.9075 mg/kg.d之間，dN<,t<,NO>>/dt1.366-9.884 mg/kg.d之間，即dN<,t<,NH>>/dt>dN<,

7、t<,NO>>/dt。說(shuō)明鈣積干潤(rùn)均腐土的硝化作用屬于硝化作用緩慢型。NH<,4><'+>-N消耗量的漸近值大于NO<,3><'->-N積累量的漸近值，說(shuō)明土壤中NH4+-N并未全部轉(zhuǎn)化為N0<,3><'->-N，NH<,4><'+>-N還存在有其它形式轉(zhuǎn)化。在100mg/kg干土NH4+-N添加量范圍內(nèi)，NH<,4><'+>-N消耗和NO<,3><'->-N增加速率隨NH4<'+>-N添加量的增加而增加。在同-NH<,4><'+>-N

8、添加水平下，不同利用方式的土壤NH<,4><'+>-N消耗速率相同或相近，NO<,3><'->-N增加速率相同或相近。 3.在NH<,4><'+>-N添加的同時(shí)添加水溶性磷酸鹽，由于形成磷酸鹽緩沖體系?？捎行Ы档屯寥乐蠳H<,3>分壓，抑制了NH<,4>HCO<,3>加入后土壤pH的增加，降低氨揮發(fā)，此時(shí)dN<,t<,NH>>/dt與dN<,t<,NO>>/dt相當(dāng)，其dN<,t<,NO>>/dt較只添加NH<,4><'+>-N

9、處理時(shí)高。添加水溶性磷酸鹽處理的t<,o<,NH>>較對(duì)應(yīng)未添加水溶性磷酸鹽處理(3：0、2：0和1：0)時(shí)長(zhǎng)，t<,o<,NO>>較對(duì)應(yīng)未添加水溶性磷酸鹽處理(3：0、2：0和1：0)時(shí)短，S<,NH>≈S<,NO>。說(shuō)明水溶性磷酸鹽能夠促進(jìn)硝化作用的進(jìn)行：Cl<'->能夠延緩NH<'+>-N的硝化，NH<,4>Cl處理的NH<'+>-N消耗和NO<,3><'->-N增加速率在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(1 w)維持在較低水平，隨后升至與(NH<,4

10、>)<,2>SO<,4>相當(dāng)。SO<,4><'2->對(duì)NH<,4><'+>-N的硝化作用具有一定促進(jìn)作用?？傮w上伴隨離子對(duì)NH<,4><'+>-N最大消耗和NO<,3><'->-N最大增加速率影響不大。伴隨離子對(duì)NH<,4><'+>-N起始消耗和NO<,3><'->-N起始增加速率均存在較為明顯的影響。 4.鈣積干潤(rùn)均腐土NO<,3><'->-N增加最大速率(5.8～8.8 mg/kg.d)接近于一固定值與肥料種類(lèi)無(wú)關(guān)。NH<'

11、+>-N的消耗最大速率(7.8～3.5 mg/kg.d)變幅較大，與肥料性質(zhì)和土壤生物性質(zhì)有關(guān)。 5．在考慮土壤中其它NH<,4><'+>-N其它去向時(shí)，土壤中NH<,4><'+>-N消耗和NO<,3><'->-N增加規(guī)律存在著巨大的差異，NH<,4><'+>-N消耗速率明顯高與NO<,3><'->-N增加增加速率(約50％)，且培養(yǎng)后期(可能銨是土壤顆粒固定和生物固定)NH<,4><'+>-N消耗速率曲線(xiàn)出現(xiàn)再次升高現(xiàn)象。說(shuō)明