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稻麦农田氮素供应动态模型研究

作　者: 姜军
导　师: 黄耀
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 农田土壤氮素供应模型动态模拟环境条件
分类号: S158
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

土壤中的有机氮可分为易、难矿化两种组分，两种组分的矿化都遵循一阶动力学方程，相应的矿化速率常数受土壤环境函数的修正，土壤有机氮矿化的微分形式：（dN_S）/（dt）=f_W·f_T·[-k_S1·F-K_S2·（1-F）]·N_0S；s1、s2分别为土壤有机氮矿化的易难组分，由微分形式导出其积分形式N_S=N_0S·{F·[1-EXP(-k_S1·f_W·f_T·t)]+（1-F）·[1-EXP(-k_S2·f_W·f_T·t)]}。化学肥料供氮过程同样符合一阶动力学方程，速率常数同样受土壤环境函数的修正。化肥的供氮势可以表示为肥料利用率与施氮量的乘积，导出化学肥料供氮方程的微分形式：（dN_C）/（dt）=-k_C·f_W·f_T·N_0C。土壤矿化氮与化学肥料供应的氮素两者之和就是当季作物所能吸收利用的最大氮素营养。土壤氮素矿化是微生物参与的生物化学过程，矿化的强度和数量不仅取决于土壤中有机氮含量的多少，而且受温度、水分条件的影响。在用田间观察的土壤水分和温度校正后进行作物生育期中矿化强度与数量的预报，是定量研究土壤氮素矿化的最终目的，土壤温度与水分对矿化参数的校正是预报的关键。应用田间试验条件下的作物吸氮量作为土壤供氮量的数值，研究了土壤温度、水分对矿化参数的影响，为定量预报作物生长季节中土壤氮素矿化强度及数量提供依据。利用大田实验与文献资料对所建立的土壤与肥料供氮模型进行检验，将作物的实际吸收氮量作为观测值进行验证。结果表明，模拟值与观测值之间具有良好的一致性：水稻生长季氮素累积动态模拟和生长季氮素吸收总量模拟，小麦生长季氮素累积动态的观测值与模拟值之间的线性相关系数R分别为0.96^…（n=233），0.87^…（n=47），0.80^…（n=100），三方面的验证都达到了极显著相关。通过对我国近15年385组稻麦作物田间试验数据的统计分析，建立了平均情况下与施氮量(M_input，kg·ha^-1)相关的氮肥利用率（NUE）统计模型：NUE=144.1稻麦农田氮素供应动态模型研究‘hal，t一。·”（矛=0.627，P<0.001）.通过此模型，可以计算出整个作物生长季氮肥的供氮势。分析表明，中国典型稻麦轮作农业地区的氮肥利用率存在明显的区域差异，经济发达地区（江苏）要比欠发达地区（黑龙江）低10%左右。农田供氮模型对温度与水分有很强的敏感性，温度与水分的变化将导致模拟供氮量的显著变化。对于土壤而言，环境因素的改变将导致其整个作物生长季供氮量值的改变。对于肥料而言，淹水稻田中由于fw和f丁值都比较大，影响到肥料供应过程中的量，但是到作物收获期氮肥牙!J用率范围内的氮素营养变化不大;而旱作小麦中温度与水分影响函数值较小，导致供氮速率常数k值较小，导致最终供氮量存在一定的差异。

全文目录

摘要  7-9
SUMMAYR  9-11
引言  11-18
  1 研究意义  11
  2 国内外研究进展  11-16
    2.1 氮素矿化的动力学模型  13-14
    2.2 氮素矿化的热力学模型  14-15
    2.3 土壤氮素矿化的实用模型  15-16
  3 问题提出  16
  4 研究目的  16-18
第一章材料与方法  18-27
  1.1 技术路线  18-19
  1.2 大田试验与数据的获得  19
    1.2.1 试验区描述  19
    1.2.2 试验设计  19
    1.2.3 测定项目与方法  19
  1.3 文献资料  19-27
第二章模型的建立  27-33
  2.1 模型的基本表达  27-28
    2.1.1 微分形式  27
    2.1.2 积分形式  27-28
  2.2 基本函数  28-29
    2.2.1 温度影响函数  28
    2.2.2 水分影响函数  28-29
  2.3 参数的确定  29-32
    2.3.1 土壤矿化基本参数的确定  29-30
    2.3.2 肥料供氮基本参数的确定  30-32
      2.3.2.1 肥料利用率  30-32
      3.2.2.2 肥料供氮速率常数  32
  2.4 本章小结  32-33
第三章模型的检验  33-40
  3.1 数据来源  33
  3.2 基本输入  33-35
    3.2.1 土壤温度  33
    3.2.2 土壤水分  33-35
    3.2.3 土壤性质参数  35
    3.2.4 氮肥参数  35
  3.3 检验算法  35
  3.4 检验结果  35-38
    3.4.1 稻田供氮动态验证  35-37
    3.4.2 利用水稻产量进行的补充验证  37-38
    3.4.3 麦田供氮动态验证  38
  3.5 本章小结  38-40
第四章模型的灵敏度检验  40-45
  4.1 温度变化对稻田氮素供应的影响  40-42
  4.2 水分变化对麦田氮素供应的影响  42-44
  4.3 本章小结  44-45
第五章基于统计模型的典型地区氮肥利用率分析  45-49
  5.1 氮肥施用量与作物产量  45-46
  5.2 氮肥利用率与施氮量  46
  5.3 典型地区的氮肥利用率变化  46-47
  5.4 江苏省和黑龙江省氮肥利用率的比较  47-48
  5.5 本章小结  48-49
全文结论  49-50
参考文献  50-61
作者简介  61-62
致谢  62

稻麦农田氮素供应动态模型研究

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