论文题目: 土壤—植物生态系统中挥发性含硫化合物释放研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 张晋华
导师: 王连军,赵宝昌,杨震
关键词: 含硫气体,释放,土壤,稻田,麦田,人工神经网络,多元回归分析,反应动力学模式
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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（CS2）、二甲基硫（DMS）甲硫醇（CH3SH）、硫化氢（H2S）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CS2三种气体。 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
论文目录:
第一章 绪论
1．1 问题的提出及研究意义
1．2 大气硫源释放概述
1．3 土壤-植物生态系统中挥发性含硫化合物释放研究进展
1．3．1 土壤-植物生态系统中挥发性含硫化合物的释放源
1．3．2 大气中挥发性含硫化合物的沉降
1．4 有关土壤-植物生态系统中硫释放和沉降基础理论部分
1．4．1 挥发性含硫化合物产生机理
1．4．1．1 微生物作用下硫的还原
1．4．1．2 植物中硫的还原
1．4．2 影响土壤挥发性含硫化合物释放的因素
1．5 大气中挥发性含硫化合物的分析测定方法
1．6 存在的问题
1．7 研究设想
1．7．1 研究的内容
1．7．2 预期结果和意义
1．7．3 研究方法与实验设计
1．8 本论文的创新点
第二章 室内模拟培养条件下土壤生物含硫气体释放的研究
2．1 实验部分
2．1．1 土壤释放的生物含硫气体的分析方法
2．1．1．1 气相色谱分析
2．1．1．2 标准气样的配制
2．1．2 水稻土的采集与培养
2．2 土壤硫释放反应类型的确定
2．2．1 研究设想
2．2．2 实验方法
2．2．3 结果讨论
2．3 土壤生物含硫气体释放种类、释放规律及源的确定
2．3．1 实验方法
2．3．2 土壤添加胱氨酸前后硫释放的研究
2．3．3 土壤添加半胱氨酸后硫释放的研究
2．3．4 土壤添加甲硫氨酸后硫释放的研究
2．3．5 土壤添加硫酸二乙酯后硫释放的研究
2．3．6 土壤添加硫酸盐后硫释放的研究
2．3．7 小结
2．4 土壤温度变化对含硫气体释放的影响
2．4．1 培养条件及方式
2．4．2 实验结果与讨论
2．4．2．1 纯土样在不同温度下含硫气体释放规律
2．4．2．2 土壤温度对胱氨酸分解释放含硫气体的影响
2．4．2．3 土壤温度对甲硫氨酸分解释放含硫气体的影响
2．4．2．4 土壤温度对硫酸二乙酯分解释放含硫气体的影响
2．4．2．5 土壤温度对无水硫酸钠分解释放含硫气体的影响
2．4．2．6 小结
2．5 土壤环境因子变化对含硫气体释放影响的研究
2．5．1 研究设想
2．5．2 土壤含水量与Eh变化对含硫气体释放的影响
2．5．2．1 实验方法
2．5．2．2 实验结果与分析
2．5．2．3 小结
2．5．3 土壤pH、Eh值变化对含硫气体释放的影响
2．5．3．1 实验方法
2．5．3．2 pH、Eh值变化对胱氨酸分解释放含硫气体的影响
2．5．3．3 pH、Eh值变化对半胱氨酸分解释放含硫气体的影响
2．5．3．4 pH、Eh值变化对甲硫氨酸分解释放含硫气体的影响
2．5．3．5 pH值对硫酸二乙酯分解的影响
2．5．3．6 小结
2．6 光照强度变化对含硫气体释放的影响
2．6．1 实验方法
2．6．2 实验结果与分析
2．6．2．1 光照强度变化对纯土样含硫气体释放的影响
2．6．2．2 光照强度变化对胱氨酸分解释放含硫气体的影响
2．6．2．3 甲硫氨酸在土壤中分解释放含硫气体与光照强度关系
2．6．2．4 光照强度变化对硫酸二乙酯分解释放含硫气体的影响
2．6．2．5 光照强度变化对无水硫酸钠还原释放含硫气体的影响
2．6．2．6 小结
2．7 正交实验设计探讨环境因素对土壤释放含硫气体的影响
2．7．1 建立因素水平表
2．7．2 结果分析
2．7．2．1 好氧条件下的结果分析
2．7．2．2 厌氧条件下的结果分析
2．7．2．3 小结
2．8 土壤多种环境因素的交互作用对含硫气体释放的影响
2．8．1 多因素组合条件下对土壤含硫气体释放影响的交互作用
2．8．1．1 实验设计
2．8．1．2 结果分析
2．8．2 交互作用模式参数的重要性
2．8．3 小结
2．9 土壤添加碳氮源对硫源释放的影响
2．9．1 添加有机碳源对硫源分解释放含硫气体的影响
2．9．1．1 实验方法
2．9．1．2 结果分析与讨论
2．9．2 有机氮肥的添加对几种硫源分解释放含硫气体的影响
2．9．2．1 实验方法
2．9．2．2 结果分析与讨论
2．9．3 小结
2．10 不同土壤类型对硫释放的影响
2．10．1 水稻土和旱地土的硫释放情况
2．10．1．1 实验方法
2．10．1．2 结果分析与讨论
2．10．2 多种自然土样硫释放情况
2．10．2．1 实验方法
2．10．2．2 实验结果与讨论
2．10．3 小结
第三章 表观反应动力学模式的拟合
3．1 表观反应动力学模式
3．2 表观活化能计算
3．3 小结
第四章 利用人工神经网络建立土壤中生物含硫气体释放模型
4．1 建模原理
4．2 实验部分
4．2．1 实验材料
4．2．2 实验方法
4．3 结果与讨论
4．3．1 BP网络的结构
4．3．2 网络参数初始化
4．3．3 样本选取与训练
4．3．4 BP网络模型的检验
4．4 小结
第五章 稻田生物含硫气体释放的研究
5．1 实验设计与分析方法
5．1．1 实验研究方案与步骤
5．1．2 野外含硫气体样品的分析方法
5．1．2．1 实验仪器
5．1．2．2 野外农田气体样品的采集
5．1．2．3 气体样品低温冷凝吸附富集方法与步骤
5．1．2．4 气体样品的色谱分析
5．1．2．5 标准曲线的绘制
5．1．3 土壤理化性质及相关环境因素的测定
5．1．3．1 土壤样品的采集和处理
5．1．3．2 土壤基本理化性质的测定
5．1．4 实验田的管理
5．1．4．1 实验田布置
5．1．4．2 实验田的水肥管理
5．2 稻田含硫气体释放测定结果分析与讨论
5．2．1 概述
5．2．2 稻田生物含硫气体释放通量的季节变化
5．2．2．1 COS气体释放通量的季节变化
5．2．2．2 CS_2的释放
5．2．2．3 DMS的释放
5．2．2．4 其它含硫气体的释放
5．2．2．5 小结
5．2．3 环境因素对稻田中含硫气体释放的影响
5．2．3．1 温度对硫释放的影响
5．2．3．2 土壤pH对硫释放的影响
5．2．3．3 Eh值对硫释放的影响
5．2．3．4 正交分析法讨论环境因素对硫释放的影响
5．2．3．5 小结
5．2．4 硫释放的通量计算
5．2．5 施肥对整个植稻期内含硫气体释放的影响
5．2．5．1 概述
5．2．5．2 实验结果与讨论
5．2．5．3 小结
第六章 麦田中生物含硫气体释放研究
6．1 概述
6．1．1 小麦的生理特点
6．2 实验方法与材料
6．2．1 实验田的管理
6．2．2 土壤理化性质及环境因素的测定
6．2．2．1 土壤样品的采集和处理
6．2．2．2 土壤基本理化性质的测定
6．2．2．3 温度测定
6．2．3 气体样品的采集
6．2．3．1 麦田气样的采集
6．2．3．2 小麦植株的气样采集
6．2．4 气体样品的分析方法
6．2．5 排放通量计算公式
6．3 结果分析与讨论
6．3．1 小麦田中硫释放规律
6．3．1．1 小麦田中硫释放的季节变化
6．3．1．2 小麦田中硫释放的日变化
6．3．1．3 小结
6．3．2 施肥对麦田含硫气体释放的影响
6．3．3 麦田含硫气体释放的影响因素
6．3．3．1 土壤温度对硫释放的影响
6．3．3．2 土壤含水量对硫释放的影响
6．3．3．3 土壤pH值对硫释放的影响
6．3．3．4 土壤 Eh值对硫释放的影响
6．3．3．5 小结
6．3．4 小麦植株的硫释放
6．3．5 麦田硫释放量计算
6．4 小结
结论
致谢
参考文献
附录
作者攻读博士学位期间发表文章一览
发布时间: 2005-09-12
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