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《南京理工大学》 2005年
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土壤—植物生态系统中挥发性含硫化合物释放研究

张晋华  
【摘要】:为了了解土壤—植物生态系统中生物含硫气体的释放途径、主要释放机制及释放通量,首先采用室内模拟培养土壤的研究方法,对影响土壤含硫气体释放的主要因素进行了较详尽的考察。对实验结果进一步应用正交设计、多元回归数学手段定性定量的深入分析土壤含硫气体释放的机制;其次应用反应动力学理论对含硫气体释放的表观动力学模式做了探讨。为了减少大量繁琐的测试分析工作,利用人工神经网络BP算法对土壤硫释放过程建立数学模型,以对土壤硫释放进行较好的预测分析。在此基础上将室内分析研究扩展到外场实际农田,以把握实际土壤—植物生态系统中硫释放的规律和通量。整个研究工作分为室内模拟培养分析研究、农田原位释放通量测定和数模建立研究三部分。 1.室内模拟培养分析研究 采集稻田土壤,添加不同土壤硫源,进行室内模拟培养。用带双火焰光度检测器(FPD)的气相色谱测定培养土壤释放的含硫气体:羰基硫(COS)、二硫化碳(CS_2)、二甲基硫(DMS)甲硫醇(CH_3SH)、硫化氢(H_2S)和二甲基二硫(DMDS)的变化量。结果表明:土壤释放的含硫气体是微生物分解含硫氨基酸、硫酸酯、还原硫酸盐的产物。这些添加的硫源是土壤释放的含硫化合物的前体。 详细探讨了土壤培养环境因素包括:加入的硫源量、培养瓶上部气氛条件、土壤含水量、光照条件、温度、pH、Eh、碳、氮源的添加及土壤类型对含硫气体释放的影响,发现这些环境因素对土壤硫释放有着不同的影响;某些生物含硫气体与土壤中加入的硫源量有显著的线性相关性;生物含硫气体释放量的对数值与土壤温度存在线性相关性;生物含硫气体的释放量在某一土壤含水率、pH值、Eh值、光照条件下释放量达最大值。稻田硫释放远高于旱地。 正交设计实验表明:温度、含水率、pH对土壤含硫气体的释放影响较重要。 多元回归分析表明环境影响因素间的交互作用对土壤硫释放有明显的影响。不同环境因素对不同含硫气体释放的重要性不同。考虑了环境因素间交互作用的回归方程对土壤硫释放的预测准确性较高。 应用反应动力学理论对几组典型的生物含硫气体释放曲线进行了探讨。分析结果表明与一级连续反应动力学模式比较吻合,设计程序优化出反应动力学常数。此研究对一些测试结果能进行更好的解释。 2.农田原位硫释放通量测定 用密闭箱法测定水稻和小麦整个生长期内稻田和麦田释放的含硫气体。采用吸附冷凝法对痕量含硫气体进行富集预处理。稻田和麦田中均主要测出COS、DM$和CS_2三种气体。 COS气体是稻田中释放的主要含硫气体;麦田和小麦植株能吸收COS气体,释放
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