خطوات الاستخدام
أدخل درجة حرارة التربة بالدرجة المئوية: تعتبر درجة الحرارة العامل الأساسي المحفز للنشاط الميكروبي في التربة. كلما ارتفعت الحرارة، زاد معدل التنفس بشكل أسي وفق معادلة أرهينيوس. على سبيل المثال، لكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية، يتضاعف المعدل تقريبًا (معامل Q10 حوالي 2). يجب إدخال القيمة المقاسة في العمق السطحي (حتى 10 سم) لأن النشاط الميكروبي يتركز هناك.
أدخل رطوبة التربة (نسبة مئوية حجمية): تؤثر الرطوبة على توفر الأكسجين والمغذيات للكائنات الحية الدقيقة. عند الرطوبة المنخفضة جدًا (<10%)، يقل النشاط الميكروبي بسبب الإجهاد المائي. عند الرطوبة العالية (>40% مسامية)، يقل الأكسجين وتتحول العمليات إلى لاهوائية، مما يقلل تنفس التربة. القيمة المثلى تتراوح بين 20-30%. نموذجنا يستخدم دالة تربيعية تحقق أقصى معدل عند الرطوبة المثلى.
أدخل محتوى المادة العضوية (نسبة مئوية): تمثل المادة العضوية ركيزة التنفس. كلما زادت، زادت كمية الكربون المتاح للتحلل. لكن العلاقة ليست خطية: فزيادة المادة العضوية تزيد التنفس حتى حد معين (تشبع). يتم ضرب المعامل في دالة لوغاريتمية أو أسية لتعكس هذا السلوك. أدخل النسبة المئوية للمادة العضوية في التربة (على سبيل المثال، تربة غنية تحتوي على 5-10%، بينما تربة صحراوية أقل من 1%).
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على تنفس التربة بخطوات الحل كاملة.
الحل
المعادلة المستخدمة: Rs = R10 * Q10^((T-10)/10) * f(M) * f(OM). حيث R10 = 1.5 ميكرو مول CO2/م2/ثانية (معدل مرجعي عند 10°C). Q10 = 2. دالة الرطوبة تربيعية مجزأة تحقق الذروة عند Mopt=25%: إذا كانت M≤25 فإن f(M)=(M/25)^2، وإذا كانت M>25 فإن f(M)=((100-M)/75)^2، فمثلاً عند M=25% يكون f(M)=1. دالة المادة العضوية لوغاريتمية: f(OM) = 0.5 + 0.5 * ln(OM+1) / ln(11) حيث maxOM=10%. عند OM=3%: ln(4)/ln(11)=1.386/2.398=0.578، إذن f(OM)=0.5+0.5*0.578=0.789. الآن: Q10^((15-10)/10)=2^0.5=1.414. إذن Rs=1.5 * 1.414 * 1 * 0.789 ≈ 1.674 ميكرو مول CO2/م2/ثانية. هذا يعادل حوالي 0.072 جرام كربون/م2/ساعة (بالضرب في 3600 ثانية وفي 12 غرام/مول ثم القسمة على مليون).
الحل
باستخدام نفس المعادلة: R10=1.5 وQ10=2. عند T=28: معامل الحرارة = 2^((28-10)/10) = 2^1.8 ≈ 3.482. الرطوبة M=35% أعلى من المثلى (25%)، نستخدم الفرع الثاني من دالة الرطوبة: f(M) = ((100-35)/75)^2 = (65/75)^2 = 0.8667^2 = 0.751. المادة العضوية: OM=8%، f(OM) = 0.5+0.5*ln(9)/ln(11) = 0.5+0.5*2.197/2.398 = 0.5+0.458 = 0.958. إذن Rs = 1.5 * 3.482 * 0.751 * 0.958 ≈ 3.76 ميكرو مول CO2/م2/ثانية، أي أعلى بكثير من الحقل الزراعي (1.67). يوضح المثال تأثير الحرارة العالية والمواد العضوية الكثيفة، رغم أن الرطوبة الأعلى من المثلى خفضت المعدل قليلاً.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة تنفس التربة.
حقل ربيعي عند الرطوبة المثلى
- درجة حرارة التربة (مئوية)
- 15
- رطوبة التربة (%)
- 25
- المادة العضوية (%)
- 3
غابة استوائية دافئة
- درجة حرارة التربة (مئوية)
- 28
- رطوبة التربة (%)
- 35
- المادة العضوية (%)
- 8
تربة باردة وجافة
- درجة حرارة التربة (مئوية)
- 5
- رطوبة التربة (%)
- 10
- المادة العضوية (%)
- 1