SOM的化学成分和物理聚合
在模型中,土壤有机质和所代表的是一个状态变量的溶解有机物(DOM)和聚合(急性中耳炎)。添加外源有机质(加工)也考虑与外部输入添加到DOM和分区根据他们特定的化学成分。
固体13 c NMR光谱被用来评估在凋落物分解有机物的化学成分研究,与不同类型的organic-C化合物相关的特定的核磁共振光谱区域(Spaccini et al . 2000;Almendros et al . 2000;Kogel-Knabner 2002)。在SOMDY的框架模型中,七个共振区域被认为是,据以前的参考研究(Lorenz et al . 2000;Kogel-Knabner 2002;源泉> et al . 2007;窗格中et al . 2011年):0-45 ppm =烷基C, 46-60 ppm =甲氧和N-alkyl C, 61 - 90 ppm = O-alkyl C, 91 - 110 ppm = di-O-alkyl C, 111 - 140 ppm雷竞技csgo = H - C和C-substituted芳香,141 - 160 ppm = O-substituted芳香C(酚醛和O-aryl C), 161 - 190 ppm =羧基C .校准的目的,在每个地区广泛引用,一个受限制的信号序列被选中,选择那些与垃圾腐烂率。然后,以下范围使用,指的是不同SOMDY模型层(图11.1)代表SOM质量:10 - 19,53-57,70 - 75,103 - 106,132 - 136,149 - 153,175 - 180 ppm。
这样的数学公式表示的有机质质量模型如下:
有机物的物理聚合表示模型中通过溶解有机物(DOM)或三个不同的维度聚合类:微观(研究,颗粒直径< 0.25毫米)、中观(meso-aggregates 0.25至1毫米)和宏观(macro-aggregates > 1毫米)(见灰色框在图11.1)。
根据物理结构的SOM(11.1)就变成了:
下面的过程被认为是SOM系统动力学:
——矿物和有机吸附
——物理聚合
- - - - - -矿化
——微生物营业额
——农业实践
11.2.3矿物和有机吸附
的adsorbing表面有机化合物的聚合是一个函数的土壤矿物的吸附面积分数和残余接触表面积的neo-formed有机聚合物。
这是实现模型中通过计算可用的矿物表面吸附,ASmineral,表面积的总和在每个结构类(沙子、淤泥和粘土):
ASmineral =沙•ASsand +淤泥•ASsilt +克莱•ASday (11.3)
ASsand, ASsiit和ASciay纹理class-adsorbing参数。
然后,DOM吸附率的乘积是一个吸附系数和免费的矿物表面积。
此外,随着聚合所得通过有机分子的吸附在土壤颗粒,该模型计算的新表面吸附上创建新成立的土壤总量。不同于矿物表面吸附,这种吸附有机表面不能饱和,因为聚合过程逐步产生新的额外的DOM提供结合位点,从而维持一个有点可用吸附表面。为简单起见,有机质表面吸附模型考虑球面几何学有机C总量。
11.2.4物理聚合
外源有机质(加工)被认为是在模型中作为外部输入DOM隔间,来自垃圾分解或添加有机修正案通过农业实践(例如,堆肥)。DOM可以与顺向矿化矿物质和有机质土壤CO2释放或吸附的组件。新成立的研究可以进一步聚集形成大的颗粒(中观和宏观总量)。下面描述的聚合过程的控制因素。聚合过程是可逆的,也就是说。,该模型还模拟退化从宏观到中央,从中央到micro-fractions。在退化,有机化合物的一小部分,以前被困到聚合,也释放溶解物质可能回流DOM隔间。
11.2.5矿化
矿化的过程模型中分别表示每个化学类的有机化合物和根据不同程度的物理聚合(如DOM和差异微观、中观、宏观)。二氧化碳矿化流是不同的参数的函数:
•矿化率。衰变率的变化根据化学成分,即。模型层有不同的矿化率。这些定义的基础上,一个广泛的相关分析之间的固体13 c NMR光谱区域和64年观测到的衰变速率控制的最优条件下不同样品分解垃圾。一般而言,该模型模拟不同种类的化合物的分解计算13 c光谱区域的变化。图11.2显示了两个固体13 c NMR光谱之间的比较,相应的新鲜和Quercus冬青属植物凋落物分解,选择的输出模型仿真得到的光谱区域。结果强调了模型能力预测垃圾腐烂和相对最优分解条件下一般化学变化。
•饱和度对矿化的影响。矿化过程可用吸附矿物表面积成反比。这反映了一个事实,在饱和条件下有机质更暴露于微生物攻击和容易采集矿物。另一方面,不饱和矿物粒子强烈吸附残留有机化合物,这成为顽固的在土壤溶液和解吸微生物降解。
•温度对矿化的影响。几个评论描述温度对矿化过程的影响可在文献中(劳埃德和泰勒1994年;Kirschbaum) 1995;罗德里戈et al . 1997;德尔格罗索et al . 2005年)。在SOMDY模型中,一个简单的指数函数(如Roth-C或CASA波特et al . 1993年),为了与温度成比例增加的矿化率增加。
200 180 160 140 120 100 80 40 60 20 0
图11.2比较真实和模拟化学成分数据。固体13 c NMR光谱Quercus冬青属植物垃圾新鲜(黑线)或分解为120天(灰线)。单杠代表模拟光谱区域(初始值:黑色;120天后变化:灰色)
200 180 160 140 120 100 80 40 60 20 0
图11.2比较真实和模拟化学成分数据。固体13 c NMR光谱Quercus冬青属植物垃圾新鲜(黑线)或分解为120天(灰线)。单杠代表模拟光谱区域(初始值:黑色;120天后变化:灰色)
•水对矿化的影响。一个简单的水平衡子模型计算土壤含水量。模型使用一个NASA-CASA-like方程(波特et al . 1993)的函数每日降水(P,毫米)和潜在蒸散(ETP,毫米)计算根据Thornthwaite (1948)。土壤含水量的影响在矿化过程由一个s形的曲线实现含水量区间,在没有矿化发生在一个低水平的土壤含水量。相反,含水量的增加比例相关矿化率的增加。负面影响对矿化率发挥作用在土壤含水量大,自缺氧条件下考虑到。
•物理保护。除了化学成分的影响,温度和含水量,OM矿化率还取决于一个参数定义为“物理保护,”由h表示,这是一个土壤聚合功能维度(hmicro < hmeso < hmacro)。这是说聚合通常产生保护效果与DOM,而且研究的有机C更容易分解然后中间macro-aggregates,除非不集成在较大的土壤聚合研究。
•化学保护。不同的化合物显然是不同的在他们的抵抗矿化,这是反映在观察到的变量分解率在真实和模拟地区核磁共振光谱(图11.2)。各种化学类的组合的存在可以减少最不稳定的组件的矿化率,因为它们可以成为合并,从而保护,到域由抗分数。这种现象反映在模型的参数命名为“化学保护。”This is a weighing score varying in the [—1;1] range attributed to each chemical layer which reflects the relative resistance to mineralization. A score of 1 indicates a highly protective action against microbial mineralization; zero is given to compounds unaffected by chemical protection, —1 means an enhancement of mineralization due to easily decomposable compounds. The total chemical protection is then calculated by summing up the contributions of all chemical layers. By this procedure, the model shows a considerable effect on OM mineralization rates, thereby well integrating the physical aggregation state and the chemical nature of organic C. In fact, aggregates of similar size can show different mineralization rates due to their specific chemical composition that may be different from that of neighboring aggregates. In other words, the presence of highly resistant compounds can act as a protective shell slowing down mineralization of labile compounds, and, vice versa, easily decomposable materials may enhance the decay of recalcitrant fractions of SOM.
11.2.6微生物营业额
层间模型基于结构的化学差异也提供了一个概念性的框架实现微生物营业额的子模型。在成矿过程中,百分之一的有机C转化为微生物生物量。模型没有明确描述微生物过程的喂养,生长和繁殖,只是计算总微生物生物量根据“代谢比率”的成矿流。micro-bial死亡是隐式建模通过重新进入系统中的微生物质量分区相关的微生物组成(Kogel-Knabner 2002)的引用。换句话说,每次发生矿化,涉及微生物回收在DOM隔间(模型层),在相干的化学描述微生物组成、有机质,因此,整体化学成分改变。
这篇文章有用吗?