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《中国农业科学院》 2004年
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土壤过程的系统学分析初探——以连续秸秆还田土壤中氮素转化过程为例

李贵桐  
【摘要】:本文的中心是在土壤学研究中引入系统科学的理论和方法,从系统科学角度分析土壤过程,以期深入了解土壤过程的本质,为进一步研究土壤的具体过程提供新思路。 通过运用系统科学理论,对连续秸秆还田土壤N转化过程进行了初步分析,得到如下结果: 在描述土壤系统方面:根据系统状态参数概念,将描述土壤系统的参数划分为微观变量、中观变量和宏观变量三类。土壤系统微观变量反映的是土壤内微小子系统(肉眼无法直接观察到的体系)的变化情况,中观变量反映了系统整体某一方面的变化,尺度大小与人的观察相当,而宏观变量反映出土壤系统更为综合的状态。同时探讨了不同尺度参数的转化问题。 根据系统熵概念,初步建立了土壤系统熵概念系列。对于土壤个体系统的结构熵,可以参照熵的统计物理学方法建立,用土壤个体的特征土层数定义土壤个体结构熵S_s=-sum from i=1 to n (α_i/A ln α_i/A);对于表层土壤的结构熵S_a,定义为:S_a=-sum from i=1 to n (ρ_i ln F_i);对于土壤景观系统的结构熵S_l,定义为:S_l=(-sum from (κ_i ln K_i))×(-sum from (α_i ln α_i)×β;对于土壤系统的演化熵S_d,定义为:S_d=integral from (dM/P);对于土壤过程的结构熵S_p,计算方法为:S_p=-ln(n)×ln(m)×ρ。 依据系统过程的层次性原理,结合农田土壤N供应过程的实际,将农田土壤N供应过程分为3个级别。这对于解决土壤N过程研究中存在的跨层次现象,不同层次间结果和理论转化等问题,提供了一个思路。 在分析土壤系统演化方面:分析了土壤系统演化过程的空间序、时间序和功能序的具体内容;分析了土壤过程序因子、序参量、序因子竞争;分析了土壤母质转化为土壤的过程中,系统从无序走向有序的过程。 提出土壤系统处于近平衡态、土壤系统并非耗散结构的观点,并提出了土壤系统形成耗散结构的条件;利用具体实验数据,初步分析了土壤N转化过程的系统性。 在土壤N过程的控制方面:初步分析了土壤过程的系统控制原理和方法;提出了利用系统科学理论和方法调控集约化经营农田土壤N过程的主张。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S153

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