no. +*/,p.2-ˆ31 ,**1 ˘ˇˆ - js-soilphysics.com · nh. ˘ˇ ˆ nh. ˙˝ ˝˛˚ ˜ !"#...
TRANSCRIPT
����� +����� �������������
����*�����**
Numerical Modeling of Nitrogen Transport with First-Order
Transformation Processes in Soils
Kimihito NAKAMURA* and Nobuo TORIDE**
+� � � � �
����������� ���������� ��� ������ ����� ��������� !��"#$%� ���&'�(�)*���+,�-��"�$.#�/ 012�&'���32��� ����45��������� ���� 6 !� +3327� � 32�8�����"� 6#�� ,**.7���"#91.#�/��-:;�$�����%<�= 6&> � ?@AB? � 8�� � �� � CD 7 E"F� '-(�G�EHI.J�= E)�KL�/ = )�-�&> ���?@AB? ��-)�M�*>�� ?@AB? ���8�� ��4�� ��-������� ���CD ��-�����N��� 6+,�O�� +330 b7/ 012-P-M�(�G��� $���.� ��Q�R � $�!/� pH-S0I 61#�,**-7� JTI%$�)*��UVWX423WX-Y$.Z[\)�M�/0�YT-� $����� �4]-5^�����_`���6a�$-78K1�"� ����N�b9)*-��K1� ���(�/ I%�$.� ��-P9�)*���:cdEe[�"f� �;32���-g�h��<=>?����i��jkBlmn@"J�Aop��<qr"��/��-:;���i�EAV"M�"f� ��<=>�B"C���� ����i��'D�Efst��/ M�9u� $�vU�0wM�B$��� ���)*�-��%x� ��_F�yG�"��/ JI.� K1��� ���� $Hz{�|I�}�s~i�����%x� ���E��I4M#/ ��� � $��� �s;J���J�����(��� J��J�
�Q�J�= K1.���yG�"�F� �� ���CD ��{")�K1� 6��� +3317/ J�%x��� ��-Y�������B-K�.�0F-s#6�L� ,**-7/���= )��(�-Y�����M������ 01�M�N/��;K1�"M�"� �sO#21.#�$�������i�Aop-POM�0"��f� = )�EeQI%��i��Aop��qR"��/ Sn���� '-*>�� ��� ��_FE +�M�N/��T��I� 01Ei���� 6CDE7 -U������i�Aop-�#.n�I%/ h%� ������Vs�B$����i���F� � {�POW�}�#0"EXh[� Y���B$"� $�'DEeQI.� J1�1� +�M�N/T��EfK"�ZE-[%/ JI.� B$"� $��'D����i�-�#.��WX�����E�#� = )��N/T�4|I'���[32�e�E�$%/
,� ����� �
,�+ ������$�-:;����%<�= �0wI.:F� � ¡����\f-Y$.� J�= �)�I.¢)£E= I.#�/ = )�-�� *>�� &>�� ������ ��¤T� ¥]���/ ¦�-012�§E¨��/
,�+�+ �������*>� 6mineralization7 "�� $©&>��$©�"�^��(�4_�`a��(��G�-Y$.� ?ª«�EHI.?@AB? 6NH.
¬7 -)�M�_FE#T/ ?@ABm� 6ammonification7 "®Y¯1�/ ��� &>��<�� 6immobilization7 "®Y¯1� NH.
¬�(�-�F�h1.b�K1� ?ª
*°cE�E�±����² ³0*0�2/*, °c´µ°¶de·f�g**�E�E�±�¸¹���² ³/+.�2/*1 h´º»g¼g +/11
����� : ��i�� ��= )�� M�N/i� M�N/T�
J. Jpn. Soc. Soil Phys.
$©��j�No. +*/, p. 2-�31 �,**1�
�� ���
����������� �����������NH.
�������� ��������� �� NH.
�������������� �!"#$ %&�'(� +33.) �*� NH.
������+�,� ����������-���.������!/0�1�23� .������,� 4���� C/N���5267�83#� 4���� C/N�� ,*9:����� �������;, 4���267��������*� �2 NH.
�,�<��=�>�������?2����;�������@��;ABC��3� %&�'(� +33.)
,�+�, ��D� %nitrification) ,� D�E��F�267��
NH.� �GD���; %NO,
H)� �I2D���;%NO-
H) 2�����J���� D�E�,� K2NH.
� ! NO,H 2��$�LMNOL��E��NO,
H
! NO-H2��$�GD���E�2����� 1�
I,P�QRS�� CO, �T!�;U�+� NH.� V
NO,H����WXYZ[!������\�����
�� % !�]^� +330 b) _�� NH.�!"` NO-
H2��$�a#\�E�VbC�c$d$� %&�'(� +33.) LMNOL��E�� GD���E�26�D�J���e%fg,9^�&#���
NH.��-�,O,hNO,
H�H,O�,H� �
NO,H�+�,O,hNO-
H �
LMNOL��E�26�D��J�2i��� G���; %N,O) �'�$�j���� %Schmidt, +32,) Cheng et al. %,**.) ,�(k3 !�2�l + kg)�# ,** mgN %,** mgN kgH+) �LMNOL��;!*m��D�J�2i��� D���;����2�n$�op3���,���� + *./ mgN kgH+� N,O�<V+ - mgN kgH+� NO�<���1�!q+��� �I2� D�2, pHr$S��# % !�]^� +330
b ; Cheng et al., ,**.)��Ss!Qt�*� pH� 0.*9^23��D�E��F��uv2,^$� w-� xpH�,GD���E��F��yz��� _�� �;!./�$��*2{|C�^�,D�E��F�,yz���
,�+�- ���;�01$�{|C�^�,� �;�}��~#2D�2�_���;!��2}�3��$���>4!������$d$� 1�J�!5� %denitrifica-
tion)� ���,8�6D�{|%f�6� 5�26#� D�,GD�� w���;� G���;� �;����{|���
NO-HhNO,
HhNOhN,OhN,
�����7�2,� �������;{|�;�./��� ��+� pH�,^$���;����%f�8�+� N,O��<��9m$� %&�'(� +33.) 5�����3:;,� QR62c�R62c���1�����&S�RS����*� �;���9�2O,c<4��� �� O,!=�62<4$�1���� w>635��,� �;��?� �;����$d2m0� ����$d����3�a#\�S��� ��0o� ����+����[Y!\�U�$�j�� �2q$5���@�
0NO-H�/CH-OHh-N,�/CO,�1H,O�0OHH �
_�� w!���\�E�VbC�c5�@!�+��� 5�267������N,���, N,O� NO,�R���<��� � �,� AB�mm���B������NO-
H
���"^�{|B2��+�� 1�B�5���@��/0I���� %C�� +330) _�� DE�2 NO-
H
�F�2�_������ 5���@� %GH� +333) w-� I 2i��,� ��VDE"� % J� +33.)��;K��,�LMN! %H�jberg et al., +33.)� _�O^��¡¢PQ+���Rs3£�5���@�
,�+�. �����R���;��!���<4+V$�LMNOL27¤�¥�E�!�;¦S��6§� ��J�!�;¦S %nitrogen fixation)� :2��6�;¦S��� �;¦S�,� ��N2c�O¨©ª«[¬26#�
N,! NH-2{|$�
N,�2H��2eH�+0ATPh,NH-�H,�+0ADP�+0Pi �
11�� Pi, H-PO.!A$ �;¦S���c����,M���#� &� %K2®�¯&�) �2°�$� %°��;¦S) �+�� ¦S+�LMNOL!&�2±²$��~#2� &��I���V�;!�³´� �µ2T#¶t�;¦S� %°U�;¦S�) VV°��;¦S��$dcWI�237��� %&�'(� +33.)
,�+�/ �R���;X·� +��+�LMNOL %NH-) �¸' %volatilization) ��� ¸'�¹U,ºYZ[�2�_�� NH.
� V���267��@�NH.� ��
� ¸'�,� pH� \]� �R�� NH-K�2r$$�%Ritter and Bergstrom, ,**+) :2�F��»^267
4��_S ` +*/¼ %,**1)84
���������� � ������������������������ � !� ���� pH
�"#�� $���%&� '(�� +331)* NH-+,�-.�/0�-.�!��12� *
,�, ��������� ������,�,�+ �����334�5���6789+� �6��:;���78<�� �=/���>!�?���@A�B * C�� 78DE�A�� !� �=FE�GH �A�IJ� 3!��K 'L���M� +330)*�!BN� �=AJI�= B���OP Q��
A R B
�=A�FE CA�STDE+� CA� nUV�� 78DE9�2OP *
dCA
dtWXkCA
n �
33�� t+HY� k+78DEZ[� n+78\[�] * nW*� �^_78DE�FE`a��Q�A*\78� nW+�!KA +\78� b�� n\�!KAn\78!�c* +\78�Q���9A tW*�!K CA
WCA*�defg�.�hi!�
CAWCA* exp'Xkt) �
������ �= B�FE CB+�
CBWCA* j+Xexp'Xkt)k �
4�� �=A��= BAG��= C lc�[�78��mn�o Q�A�p78 'q\78)!�c*
A R B R C
78��r� +\78!� !� bPsP��=�FE �DE+t.�9�2OP *
dCA
dtWXk+ CA �
dCB
dtWk+ CAXk, CB �
dCC
dtWk, CB ��
33�� k++�=AJI Bu�78DEZ[� k,+�= BJI Cu�78DEZ[� C+�=FE�] * 3PA tW*�!K CAWCA*� CBW*� CCW*�defg�.�hi!�
CAWCA* exp'Xk+ t) ��
CBWCA*
k+
k,Xk+
jexp'Xk+ t)Xexp'Xk, t)k �
CCWCA*��+v k,
k+Xk,
exp'Xk+ t)
v k+
k,Xk+
exp'Xk, t)�� �
3�lcw���Q���p78+� �=FE�HY �A2�3!��K * x���� -yzt"��p78{�| �=FE �}~�� 3!��K *��n������� �+������ 'Org-N)RNH.
vRNO,XRNO-
XRNO,XRNORN,ORN,��
�o 78�] �� 3P+78DE����p78!�B 3!��K * 4�� �������� ��������!������+����a��� �NO,
X���� 3!+�!��� '����.�+330 b)* b���� Yamaguchi et al. '+330) !x������A NH.
vJI NO-Xu� �!���� 3!
��K * 4�� �������+� ���� ������ 'NO� N,O� N,) A�Z��!� * �++����� ��� ����A� Org-NRNH.-NRNO--N
RGas-N��������� ��] * 33�� �!BN NH.-N� ¡-N¢ +� NH.
v����A£�� * �� kmin� knit� kden+� bPsP���� ��� �����78DEZ[�] * �� 33�����+¤¥��lc����A¦�§��¨������] *4�� NH- 'NH.
v) �$�/��l �����'NO� N,O) ���}� �+5� NH.-NJI$�!��l �����u� ©ª� 78DEZ[ klos
l��� �&n��� 3!}«¬�] *,�,�, �� ��������� ��78DEZ[�Z�334�5�� +\78�78DEZ[+� 78®cFE �AZ� 3!l � ¯°�Z� 3!��K * 33�+� ±!����OP�� ²³´����DEZ[ knitA� µ¶·¸°l��¹Z���A5� 'Nakamura et al., ,**.)*
��+ ��������� ��º�
�º��»h¼ : �� �A +\789l ���������w��º� 85
�� ,,/ ml���������� /* g������� �� � *.3. g cm�-�� ������� ������������ ��NH.�, SO.� �� 2*����� ��!�� "#� ,/$�%��&�'�( ����)*�+,�-�.�/01��23�4�5�678��79)�:� �'��;��<'�(� �=>?@ �*� +� ,� /� 2� +,� +0� ,*� ,.� ,2�@������AB�CDE'��F�G'�( NH.
H
)IJ9�KL�4M��N� O�P )��Q!R�( P"� NO-
��Q!�S'�� TUV�) pHWXY#Z:�N� �9[\]4)^KL�Q!_$`a��_� ��KL� �SO.
,�� �b%9_ NO-��DZc5
d8e&'� NO-��Q!)'f4`�Z�8'�(
�F4)� �� KCl�� �+** g L�+� (g'�)E'�h�*� NH.-N* NH.-N �i�+HQ!+� 8'�i�+� NH.-N� NO--N� NO,-N)� ;,i4�AB)E'�h�*��8'�( jk)� �� + kg��D*� /*� +**� ,**� /** mgN�����-'�l5� ,
m�n �.o/05�(p�,)�* NH.-N� NO--N��qr1s4M�( �t� NO,-N��)� 2���3u�vN�+,Aw�( x�� �� pH) 0./� ����������� pH
) 1.,4M�d8AB� �2yz94{|�NH-�}�)'f4`�8e!B��(d�~ )�* NH.-N�����4]_�B��Aw�d8ABZ5�8e!B��( x�� *'�+6���>q7�1s)�8���B��� ,B�� �_�s74Mw�d8AB� 86){|�� '�sZ'f4`�8e!B��( ���D� d����hk�t5�)� NH.-NAB NO--N�
��s?9� +�:���_{|�5�8~ '� p�,�b� � NO--N�1s8�����` knit N� knit
�*.**3-- h�+;� �p�, �b� *�<��( = ��]�+330 a� ���8� Q!'� NH.-N)Q!'�5�5Z��3u�������s����w��s,��R5( 'A'� i�+� Q!+ NH.-N8Z�>| knit��w� NO--N�1J,��8~ '� * NH.-N��1s��R�8p�, �a�*�<�8�D� jn/8��?�'�( i�+8Q!+�:�� =jk7��N� ¡@)�B��5_� A +¢£8'�B¤C'58~ R�d8)5�4M¥ ( O��N� @¦�§¨@4)� NH.-N�B©� Org-N�i�+8Q!+�-R�:�� =)C'58'�(p�-)�>|TUV��-'�>D�"E��w��N� knit�#WX98i��WX94M�( i���_ 0*��P [\4)� ,*$94 knit)$`aªg'� x�#� ,/$�P [\]4)� �� 0*��]4 knit)$`a«¬'�( �� +**�4Z�s�_4]�®$/¯'��)� Fi°+4�5�N�� ±��²³°+�G'�Aw��N8e!B��(d�� �� knit�)#t�©�*i���-R�$`�WX9_M�d8_´H,��(dd4)� NH.-NAB NO--N���s?9��_{
|�5�85 ~ ���` knitµ '�_� '�s� NH-�}�� �s�86�I ��+6���{_'f4`�5¶�ZM�( �8!·� '�s �Org-N¸NH.-N� 8�s �NH.-N¸NO--N�� M�5)�s �NH.-
N¸NO--N� 886 �NO--N¸��+6�� _O�¹�>q�{|�5�¶��)���º���05��:��
��, TUV�05��s?9����hk�t1�'�+6��1s�<� : +�:��� =/ : (g NH.-N� �mgN kg�+��
�»�JK9 A +*/¼ �,**1�86
������������� + ������������������������������ ������������ !� + ��"�#$��������%&'()*+,� '�-.� Tanji et al. /+3130*� +��12� '���3456�� ! Org-N�7�� + ��"-� 894:;<��7������� kmin� 0=+*>1 h>+ /+=+*>. week>+0 � !,�� Zak et al. /+3330 *� ?� � kmin�@��A8BCDEFG<H6����IJK�LCMNOPQR� � ,/S� >*.3* MPa���TU� 2.0=+*>. h>+
/*.+./ week>+0 ��!,�� VWQ /+3200 *� LCMNO�X� � kmin /,/SYZ�0 �%&� [K\]^ ,.*=+*>. h>+ /*.**.1* d>+0� ^_`a ,.0=+*>. h>+ /*.**0+, d>+0� b_ -.0=+*>. h>+ /*.**21.
d>+0� c���� '[K\]^ 2.1=+*>/d+.1=+*>/ h>+ /*.**,*2d*.**.,, d>+0 � '� ]� /+33*0*� efa��g� /hP�i�jk 0 � ,/S�7��K�� !� k minl+.*=+*>.d,./=+*>. h>+
/*.**,/d*.**0+ d>+0 ��!,��7��m,!*��7����n�oK���oK��p!� qrsrNH.
t�7���uv� + ��" /�w + ��"0��xyz{Qr� /VWQ� +320 ; |�� +33* ; �}Q� +330 a ; �}Q� +330 b ; Roelcke et al., ,**, ; Heu-
mann and Bottcher, ,**. ; Nendel et al., ,**.0����3��� !z + ��"~��,Qr!,� /Nielsen et al., +32, ; Ma et al., +3330� Ma et al.
/+3330 *� Crowley silt loam /g� 0 ��,'�g [����NO�w,� �������� knit� *.*+03
h>+� 3������� kden� *.03+* h>+��� '�Cheng et al. /,**.0 *� �6�BK ���uv� + ��"�������� � '�-.� [�����a �� ! ,** mgN kg>+� NH.-N� � 'xy /@� ,/S� !"� 0*�0 � + ��������� !� g� 2.,=+*>- h>+� � /..=+*>-d+.0=+*>, h>+��!,�� Kanwar et al. /+32,0 *� + ��"��r�3���# ' [� NO--N��$456��� !,�� Blackburn et al. /+33.0 *�����[�3�� + ��"� !,�� Minzoni et al.
/+3220 *� �g����g� � kden .=+*>-d1.*
=+*>, h>+�%��� '����O��� !,���������* �����X���� u��()�#$� + ����������&���� ������ *� 7� kminl*.***, h>+� �� knitl*.*+
h>+� �����g� *� 7� kminl*.***, h>+��� knitl*.*+ h>+� ¡���g� *� 3� kdenl+*>-d+*>+ h>+v�¢�������3� kden� ¡���7� kmin� �� knit�£�'*¤�,� ������� kden� ¡��� knit��*� ¥����¦p������(§!¨���¢���-Qr��
,�,�- ��������� ����������©��� !����"�ª���� [��«�$"�¬®¯����X� qrsr��������$)£°*���� ��*�±�+���7�� ��� 3�� + ��©����+�²" /CDE0 �¬®³´ Org-N� NH.-N� NO--N��$"���� �¦� Org-N� NH.-N*g���µ¶
��- ·¸D ��,'��uv�LCMNOPQ%&'�� + �������@�¦�¹º,g-IJK
456�»o¼ : ����� + ��"��X�# ' [����$456 87
�������� NO--N������� ����
(qCOrg-N
(t� (rSOrg-N
(t� (
(z��qDOrg-N
(COrg-N
(z��
� (qCOrg-N
(z�kmin�w� qCOrg-N�kmin�s� rSOrg-N
��
������ ���
- ������ ���
- � ((z��qDNH.-N
����� ��
- ��
������� ��
- �kmin�w� qCOrg-N�kmin�s� rSOrg-N ��
�knit�w� qCNH.-N�knit�s� rSNH.-N
���� � ���
- � ((z��qDNO--N
��� � ��
- ���
���� � ��
-
�knit�w� qCNH.-N�knit�s� rSNH.-N�kden qCNO--N ��
���� C���������� �g cm�-�� q��� ��� D �!"#$ �cm, h�+�� q ��!%&'()�cm h�+�� z�*+,- �cm�� t�./ �h� �0�� S
���� �g g�+�� r�123� �g cm�-� �0����4�� Org-N�� 56� ��478 9�NH.
�
�:;<�=>?�0�6@7� �AB��9 �� C=>?� NO-
��� D<EF�GH���IJK7�C=>?���� �����L�M��NO��� kmin� knit� kden�PQRQ�ST� UT� VWXY�+Z[\]�O$ �h�+� �0�� 56� ^_ �w�� �s��PQRQ���� �7`��[\]�O$Aa�� !"#$ D��
D�l�v��Dw t ��
���� l�!"b �cm�� v ��q�q� �cd/e�]�cm h�+�� Dw�f����PQRQ�Wgh��!ij"#$ �cm, h�+�� t�kl��0��
-� � � �
Wg�h�mT�[\Anopqr6��st4A ��� PQRQ�[\�Wg�sth�7uv�wx7y 9� O�z�{|�}~���� ����� ������A�O�9���&���A�O�� �����47��M Org-N� NH.-N� NO--N�st�$���A� � ��[\O$7�������A��6� ��+�����O�7��MO@6������7`��-�z��&�����0�� P�9������ `���� +Z[\]�O$��A� ������7`�9mT�r9��A��6��!������������ DTz�0�6@� �ST�UT���z�0�� 6 �� ¡ �¢£�6���� ������0�9¤¡ ¥�¦§z��M7�VW�GH�� ¨©� ������ ª�.7a�«¬7��7DT� ®7¦§�0¯� DT���ST�UT� ¦§���ST�VW�GH��NO�6��°7� ±®��² ³p7�¦§�®��!���7�¯� DT����� �´µ� +331�� ��«¬�������7`�9 +Z[\]�O$A�¶6� �8�
��+ O·¸��QEF®���7 6����������&����O�
Upland field
(Sandy loam)
Paddy field
(Silty Clay)Unit
Bulk density
Particle density
r
rs
+4/0
,40/
+41*
,40/
g cm�-
g cm�-
Saturated soil water content
Saturated hydraulic conductivity
qs
Ks
*4.+
.4.,
*4-0
*4*,
cm- cm�-
cm h�+
Solute transport propertiesl
Dw
+
*4*0
+
*4*0
cm
cm, h�+
Org-NKd
kmin
+*
*4***,
+*
*4***,
cm- g�+
h�+
NH.-N
Kd
knit
*4/
*4*+
-
Oxidized layer
Reduced layer
*4*+
*
cm- g�+
h�+
NO--N
Kd
kden
*
*4**/
*
Oxidized layer
Reduced layer
*
*4+
cm- g�+
h�+
�¹�º�< » +*/¼ �,**1�88
Org-N� NH.-N�������� ���� �������� �kmin�w��kmin�s� knit�w��knit�s������� ������ NO--N���� Org-N�
NH.-N�� � !��" ��#� C�� �#� S�$% �� �&'� ����(�� �)*+�NH.
,� -./�)*+���)*+-.�01� 2��"3��)*+�4�5#��672�� 88�� �9�:';� �&'�<=�����
S�Kd C ��
88� Kd�>%� �cm- g?+� � @AB���+�C2BD�E�� 8�B� FG�HIJ��KL�M�� Org-N� NH.-N�� � ��#��N�BOPQ��RS�-4���T�0��U�����HYDRUS-
+D �SÀimunek et al., ,**/�D ��VW��(X�YZ���[�=�\]^_D�`�2��HYDRUS-
+D�� ��[�=5 a�+�C2b�D;��c�def�8�:gh�i��
-�+ ���/�jTk��lT�� ^_m/� van
Genuchtenn��E��Jury and Horton ,**0�� o�� �pqr�s�t?,* cm�i1 uvwJx *.3003y+*?+ cm h?+��[z��=� !���{�D�`���� |�\]�}~#��2���� e����T���#��>�������� ���T���uvwJx���� ��� Org-N� *.*- mgN
cm?-���#� NH.-N� NO--N�#�������
���P ,**0�� e� ��<� +** cm ����� *./
cm�� RS��� 1,* h���� (X 1,* h��2� Org-N� �� �����A�(��@A�� ,**
kg ha?+���2��-�+�+ ������� ��a�/� kminD@AB ,y+*?. h?+���� +*� +
� ,y+*?/ h?+ +*�� ,y+*?- h?+��������� 1,* h�� Org-NNH.-NNO--N�q#���i�� 8�q#�� ���r���1��T� �mgN
cm?- soil� ���� <=��
qC,rKd C ��
�¡c������ kmin�¢�£(�¤ �¡c�¥V2��"�p�� NH.-N#��¦§� <P�NH.-N�¨c<=����^_2��" NO--N#���pqr�©£(�� � � !(�NO--N�#�ª'� � 2� NH.-N�ª'����FV��¥«��m¬�i�� (X Org-N#�� NH.-N NO--N
#�����©��" 1,* h�� Org-N#��� kmin
� ,y+*?. h?+���®¯(°��±P=(��-�+�, ������ ���¡c�� NH.-N�#��� ¨c������
knit�¢�£672�� a�0� a�/� 1,* h���¡c@AB kmin�,y+*?. h?+�q Org-N#������¨c������ knit�@AB� *.*+ h?+ +*� +
� *.**+ h?+ +*�� *.+ h?+���� NH.-N NO--N
�q#����²�i������ knit�¢��¤ ¨c�¥V2��"�p
��. M�³�\]^_�´µ¶c �·¸ �+331� D¹º�
´µ¶m»YZ : ;��cD +¼��n�01º����³�\]^_´µ¶ 89
�� NH.-N��������� ��������NO--N������������ ��� !"�NO--N�#$%&��� knit'*.+ h(+) knit'*.*+
h(+� NO--N*+�,�&-./01���� 234567�89 kmin',:+*(. h(+�-;<=489 knit'*.+ h(+&>?�� � NH.-N��&01@�A� =4�BCDE)�F<�� GH IJ56�KL� �
MNM�567�89�>?1��O<� ���56PBC�DE�Q8&RDGH
-�+�- NH.-N��������NH.
S��T���%PUONH.-N�*VW9X�YZ�[\]^�_`Pab� c�1�� c�0)de��c�/� 1,* hf�234ghi kmin',:+*(. h(+�� Org-N��*+�j�<� NH.-N�*VW9 KdPk41l�)?�NH.-Nmn^opq��^���NO--N���*+GH NH.-N�*VW9 Kd �*.*/� *./� /.* cm- g(+� =4567�89 knit��;<ghi� *.*+ h(+GH NH.-N� Kd&>?�r� s�tu� NH.-N&��^)�<vw1M� mn^� NH.-
N��xT�yz&{M �!�� mn^)��^�=45689 knit&|��)}8�<�� � =4%~��,��Kd�>?1���"�01� ��� �NO--N���s�P�?�b|�@� ��� !"�NO--N�#$%�,��01@�F<� �T����>?� NH.-N�j�<�� *VW9 Kd�>?1��O� mn^)��^�=45689 knitP����8��)&RDGH
-�+�. �� ���������o�<X��&���� ����&���^�HKL��Y&�� c�2�� �Y567�89kden& *� *.**/� *.*+ h(+�KL� NO--N���*+GH Org-N� NH.-N����� c�/�1�ghi �kmin
',:+*(. h(+� knit'*.*+ h(+� Kd'*./ cm- g(+� �KLGH kden&>?@�r� ��� NO--N������
��/ ���o�<234567�89Pk41l�)? �kmin',:+*(/, ,:+*(., ,:+*(- h(+�� 1,* hf� Org-N, NH.-N, NO--N���*+
��0 ���o�<=4567�89Pk41l�)? �knit'*.**+, *.*+, *.+ h(+� � 1,* hf� NH.-N� NO--N���*+
������ � +*/� �,**1�90
�� ���� NO--N�������� ���������� ��������� �������� !"NO--N������#�$�� %&'!�� �(� ���)*�+�NO--N�,-� kden.*��,�/01$23�� �4�+�� �!-� kden.*�NO--N�,�/5$�6789:�+� � ���;<,=> kden�?@$ABC:�+� �DEF��
-�, ��������� ��GHI$J��-� I�-KLMN�ION ��G�� �-�I ��$ van GenuchtenP�Q6���+-��+6RST=UF�� Org-N NH.-N
�VW:XY-��$YZVW:XY��� Kd-�I$�[�� GHI� NH.-N�VW��\+� �]����Q6�G��-� ��^_ `a�G� * cmb =cd��!�)*�+� �� efgh- 1,* h �6� Gijklm-� ���Gn>U :�+ *.*, cm ho+F�� p6� R_�q�rs�,-�[�tu �� �q����vwxyz-�,{�tuyz �6� I|'- +** cm� }~h�-� ������������N����,����6 � GHI$J��-�I���A7�'+ *.,/ cm �6� 'B$� ���6A�$�5� *.+�, cm�,�GHI-��^_$F7� ���)*�� ��-��5���5- , cm �� p6��5 ������5$(�� kmin-:��� knit kden-��� �=�6 `��+b��v��Nwxyz-� ��$����yz�]����Q6� � � ��� m�¡¢!�$(+�£¤¥"¦$A4�")��"¦§�¨��# ��!���� �$p!�+�� "¦§�¨$- Org-N NH.-N
�(A���,©p!�(7� ¨� A"!�� 6 Q"� ª«%&¬'(®-¯°1$¨��GH$±)��+��� �²�#$(+�³´ '!�+�NH.-N� ��� NH.-N ��A�$¨���Q�+
��1 �I$(+� NH.-N��n>�*�'µ6 `Kd.*.*/, *./, / cm- go+b � 1,* h��NH.-NG�_� VW_�,� NO--N/�,
��2 �I$(+����;<,=>�*�'µ6 `kden.*, *.**/, *.*+ ho+b � 1,* h��NO--N/�,
¶·L ¸¹º : Z_*�� +»�;P$A7]��6I¼��q��¶·L 91
�� ���� ����� �����������,3 kg ha�+� ���� +33*� �� NH.-N������� � ���� 1,* h���� NH.-N!"#$%��&� NH.-N�'()*+,-./01� *.*, mgN
cm�-23� $45��6789�� Org-N!��$%��2:� �� 9;< *.*, mgN cm�-� Org-N
�./0123=>? � @ � AB29C� DEFG�HI018JK=LM� N(OP./801QRLMST�U��
-�,�+ ��������� V�38� 5��>? 67�� W:�XY�Z[\1�] kmin� ,^+*�/� ,^+*�. ���_�� ,^+*�- h�+`J�� 1,* ha�DEFGb01cd�U�� Ne�FG01!LM�Uf �� 'e -* cm�gh3 �V�+*i9C�� XY�Z[\1�] kmin!jklmXY�!no3� 'ep� NH.-N� NO--N!qrJ�� V�/s2�AB�tu2vw3=FGxc!gey@f=l��8� �c)*+,-!z$l�2� NH.-N� Kd
��3 ��Bl=XY�Z[\1�]�{�$| 2k �kmin},^+*�/, ,^+*�., ,^+*�- h�+�� 1,* ha� Org-N� NH.-N� NO--Nb01cd
��+* ��Bl= NH.-N�cR~]�{�$| 2k �Kd}*.-, -, -* cm- g�+� � 1,* ha�NH.-N�OE� ��E01� NO--Nb01cd
B����� � +*/� �,**1�92
�������������� + �������� k ���� ���������
��
t+�,��+n *./!�k ��
"�����#�� ��$%�&��'� ����()������ kmin� ,*+*�/� ,*+*�.� ,*+*�- h�+�+� ����,�-� -.0/1� -.0/� -.0 h �� ./$%� 1,* h �+� kmin�,*+*�/� ,*+*�. h�+�01�� ����23$%�45678+��9��� ,��� Org-N :���();�� NH.-N �<;��=>9?@A� NH.-N ����� B��CDEF:������G��� ,��� kmin�,*+*�/� ,*+*�. h�+�01� �()�HIAJK�<;�� Org-N�NH.-N� NO--N L���MINC� B��CD����� Org-N O��PQ�� Org-N �=>R�S $%��()���TUVW� "�8X9� �����9YZ�[\��]^��01� �()���$%�23$%��<]�_A�"�98+� `aO�[\bc�,����PQ]deG�"����
-�,�, NH.-N��������f�1 ��=�01�g�9� NH.-N ��U� Kd
�� hi=>� NH.-N � NO--N �[\bc9JK]HIA f�+* �� f�3 ��()Yj# kmin�,*+*�. h�+
�L Org-N��9kCD� NH.-N � Kd ] *.-� -
Yj#!� -* cm- g�+9�);l���� NH.-N h�cm8n��c�� NO--N L���� �U�Kd ����o� pq� NH.-N �����rsC�NH.-N ��q9 WtD�� h�c� NH.-N �� Kd
�*.- �<;����u; -* cm o�WvwCD�� C:C� xyq�z{������ kden� *.+ h�+����� �������� 0.3 h �23$%9�|D}<;� ,��� NO--N ����xyqz{;���� NH.-N � Kd �<;�01G NO--N �u; -*
cm o�WvwCD�'� -�- �� �������~�9� hi=��=� ��� �q=:�'��� �
�h����� :�� ������hU�9�|D�q=����hU�����01� �q=���h����9'+� =>���������CD��01�� h����'+� �)�9'� �i� +32,! "��q=����h���� ��:�� ���8��D�� ""�� �=� ��� �q=9kCD��, 9�Ah!Q#]��C� p��EF���h�] * cm �C� ,CD� f�++ 9�A����h��9m��h����4� *.+1. cm h�+ �����./]�t
� "���� �q=������Dm+� h���9'tD�� ��C� Org-N� NH.-N ��U��`bc�)�������' ]��, 9�C� �=q"�pq , cm �""W�hi�./#�g�9�)q�C� �q=� kmin� knit�pq9�|D<;� >¡�¢$� ,**0! "�]^%CD� �)£c9���q=�������#]� �="��)q�#���C� p�EF�{¤��� -. , ¥�g���B�¦&]§�C� Org-N� NH.-N�]��� "�01�h����4� *.+1. cm h�+���� EF��,�-� *.**,- mgN cm�-�'� W�� `c{¤�¨��� {¤[\���EF��� =�u;� ¥©%ª�«�hi=�./#�g��C� f�+, �� 1,* h ¬� Org-N� NH.-N� NO--N �L���� xyq]®C� NH.-N �� �)�'�q=¯)C� xyq]®C� NO--N �°9�qR�[\A� "�#�� xyq]®A� NH.-N��<;�� W�xyq9m��z{���������� �q=9m�� NO--N��'�9<;� C:C� �q=9m�D� NO--N �z{±�����'��� NO--N ���9WwCD��
;�9� ��h²�p³� NO--N ��´9HIAJK]µ��9� ��EF]~���h�# +*� ,*� -*
cm 9��C� �q=���h�¶����(·]xy£c�CD������]��Dg��./]�t� ��£c�h����4�«�g�9 *.+1. cm h�+
�� �q=��(·��()������ kmin �
��++ � ��9m��Oqhi=�����h��
¸¹7!º»¼ : bc�)] + ����98+^%C�=>�{¤[\¸¹7 93
*.***+ h�+� ������ knit� * h�+� � ���� kden� *.*/ h�+���� ����� ��������� �� �!"� ,**0# $%&�� kden�'��(
)��*+���� ,�+-�� -.�/�01234�+** cm��56789�NO--N�:;<=>?@ABCD�� ,��A�/EF89/�0FGC�HI� B
��, JKLMNO��P;2Q��0R��STU?VWXYZ
Plowed soil
(Loam)
Plow sole
(Sandy clay)
Subsoil
(Silt loam)Unit
Oxidized
layer
Reduced
layer
Reduced
layer
Oxidized
layer
Depth *�, ,�+* +*�-* -*�+** cm
Bulk density
Particle density
r
rs
+4/0
,40/
+40.
,40/
+4.0
,40/
g cm�-
g cm�-
Saturated soil water content
Residual soil water content
Inverse of air-entry value
Pore-size distribution index
Saturated hydraulic conductivity
Pore-connectivity parameter
qr
qs
a
n
Ks
l
*4*12
*4.-
*4*-0
+4/0
+4*.
*4/
*4+
*4-2
*4*,1
+4,-
*4+,
*4/
*4*01
*4./
*4*,
+4.+
*4./
*4/
cm- cm�-
cm- cm�-
cm�+
[cm h�+
[
Solute transport properties l
Dw
+
*4*0
+
*4*0
+
*4*0
+
*4*0
cm
cm, h�+
Org-N Kd
kmin
+*
*4***,
+*
*4***,
+*
*4***,
+*
*4***+
cm- g�+
h�+
NH.-N Kd
knit
-
*4*+
-
*
-
*
-
*4**/
cm- g�+
h�+
NO--N Kd
kden
*
*
*
*4+
*
*4+
*
*
cm- g�+
h�+
��+, JKLM�\]^��_�0R�234� 1,* h`� Org-N� NH.-N� NO--Nab�+c
�d�efg h +*/i �,**1#94
�������������� ��������� NO--N����������� ��������� NO--N��������� ��!��� �����"#�� ��������������$%�� ��&'� NO--N��� �()�� �%*+� ,- .%��&'/0�1!��23�4�!5� 6����!�7��89��: �;� <�,-� �����(=�,�����>?�@������A BC <�)�� DE�� �89��: ��� FGH����;��� I�- JbK ���,C��89��: L���� �������M:<�!�;� <�)1N� ,-OP�%�Q�R �%�<S;'1��
.� � � � �
�>T�!� UVWXY����>?�Z[\ ]^�� "�<�#����!�$����� ����_1`1����4a�%b�� c�� &���89��:��'%�de%f'�(��� C��)g�8 $��?�Z[\�� "�<�#��4a��>@� BC"*$� < �� <�)�<S;'1�� <-*a� Dh�$i��j%��#����!5� +k)g�8�?�Z[\ $�!����A�R � < ���lm�,)�<n*1�� DE���?� �o�1<���� �<;N�pq��� -.��� �'�r/�� !��s� <5R -� ����>��t��u�c���>�v�wxyz{ |��� ,-}�%��r/@�0�1~ �� <�)� JNakamura et al., ,**.K�
2]^�I�-� +� ������%����89��:�������3��� J�<;N� �4'J,**-KK� �89��:����3��Arrhenius�J�<;N� �#��� J+330KK �,�!Z[\��R -� 2]�$�� HYDRUS-+D5S5�� <�)�� ���<�!���%&���� ����,C� NH.-N��6<c���7C N,O%��{��>�6��� +8%�89���,�Z[\��R ��h���>�����!5 N,&'��'&��89��9O�� <�)1N+8�Z[\��R ��,-�:%]� B4C<�1N� �89��:���� pH� ���� �>��� ��FG;�� <>�%������3�t� 6��>0��=>��?@�� A�B��?�0�<�C�0� ��,C%�3D$���&<���E��Z[\u�UVWV�(�%�<S;'1�� �Y�� DE�����89��: D$���>?�Z[\ $��23� �,C%�� S5��"� _1�8k��89��: �7����� <�)1N� 8�%2F��$�R <%�<S;'1��D��� "��de%�������>?���;��� G'&���<<5�� P ¡¢£\� H2¢£\�PAI<Z[\<�f¤i��J¥�KR¦�� �§��7%�>¨©�4a���L��ª«!,)�5���� 2M� 1 ]G���«�¬�%� < ®N����
� � �
Blackburn, T.H., Blackburn, N.D., Jensen, K. and
Risgaard-Petersen, N. (+33.) : Simulation model
of the coupling between nitrification and deni-
trification in a freshwater sediment, Applied and
Environmental Microbiology, 0* (3) : -*23�-*3/.
Cheng, W., Tsuruta, H., Chen, G. and Yagi, K. (,**.) :
N,O and NO production in various Chinese agri-
cultural soils by nitrification, Soil Biology & Bio-
chemistry, -0 : 3/-�30-.
OP Q�¯�°± J+330 aK : ��A�B²� pp. -*�/.� R³S� T´µ
OP Q�¯�°± J+330 bK : ��A�B²� pp. //�2.� R³S� T´µ
Heumann, S. and Bottcher, J. (,**.) : Temperature
functions of the rate coe$cients of net N miner-
alization in sandy arable soils Part I. Derivation
from laboratory incubations, J. Plant Nutr. Soil
�+- ¶UvV��k!��0��#��4a������,���·¸ J¹� +** cmK &'�¥� NO--Nwxyz{�º�
Z[\@»]^ : T�!� +¼�8��,-S5������>?�Z[\ 95
Sci., +01 : -2+�-23.
H�jberg, O., Revsbech, N.P. and Tiedje, J.M. (+33.) :
Denitrification in soil aggregates analyzed with
microsensors for nitrous oxide and oxygen, Soil
Sci. Soc. Am. J., /2 : +03+�+032.
���� �+33*� : ������� ��� ������������ pp. 3�--� ���� ���
���� �+331� : ���� �������� !"#�� pp. ,,-�,,2� $%�&'()*&+� ���
���� �+32,� : ����� �,-.��� pp. 3.�+-+� ���/,01 2�� ���
Kanwar, R.S., Johnson, H.P. and Kirkham, D. (+32,) :
Transport of nitrate and gaseous denitrification
in soil columns during leaching, J. Hydrol., // :
+1+�+2..
3456 �+333� : 78�9:;<=>?@�ABCDEF���G�HIJK=LMNO� �������PQ� 1* �,� : +,-�+-+�
Jury, W.A. and Horton, R. (,**0) : ��� �R�S��T�U*� ��VWXYZ�[�R(\]^�"� : _`ab�c�d�e1f�gh�i�j�kl� ) � pp. +*/�+*0� m7no� ���
�1�p �,**.� : /qlFr=LMNs���t� �u�vw�p/q��xyz{|��� pp. 10�23� �}~� ���
Ma, L., Lindau, C.W., Hongprayoon, C., Burhan, W.,
Jang, B.C., Patrick, W.H. and Selim, H.M. (+333) :
Modeling urea, ammonium, and nitrate trans-
port and transformations in flooded soil col-
umns, Soil Sci., +0. : +,-�+-,.
Minzoni, F., Bonetto, C. and Golterman, H.L. (+322) :
The nitrogen cycle in shallow water sediment
systems of rice fields. Part + : The denitrification
process, Hydrobiologia, +/3 : +23�,*,.
!� � �,**-� : �7=LMN��X��� �+�R�t�=�<@R� �7/q� /-. : ,�2�
�,w� �+33*� : ������� ��� ������������ pp. 0-�31� ���� ���
Nakamura, K., Harter, T., Hirono, Y., Horino, H. and
Mitsuno, T. (,**.) : Assessment of root zone ni-
trogen leaching as a#ected by irrigation and
nutrient management practices, Vadose Zone
Journal, - : +-/-�+-00.
S1�p�!� ������ �,**-� : �7=LMN��X���� �,� ��7��D ���� �7/q� /-/ : ,�+*�
S1�p�!� � �,**0� : �����F� ������� � � .2���� ������� : 0.�0/�
Nendel, C., Reuter, S., Kubiak, R. and Nieder, R. (,**.) :
Nitrogen mineralization from mature bio-waste
compost in vineyard soils +. Long-term laborato-
ry incubation experiments, J. Plant Nutr. Soil
Sci., +01 : -31�.*1.
Nielsen, D.R., Biggar, J.W. and Wierenga, P. J. (+32,) :
Nitrogen in Agricultural Soils, Agronomy No.,,
(Stevenson, F. J. (ed.)), pp. .,-�..2, ASA, CSSA,
SSSA, Madison, WI.
e ! �+33.� : �7��OJK� �������PQ� 0/ �.� : .0-�.1+�
Ritter, W.F. and Bergstrom, L. (,**+) : Agricultural
Nonpoint Source Pollution � Watershed Man-
agement and Hydrology - (Ritter, W.F. and
Shrimohammadi, A. (ed.)), pp. /3�23, Lewis Pub-
lishers, USA.
Roelcke, M., Han, Y., Cai, Z. and Richter, J. (,**,) :
Nitrogen mineralization in paddy soils of the
Chinese Taihu Region under aerobic conditions,
Nutrient Cycling in Agroecosystems, 0- : ,//�,00.
Schmidt, E.L. (+32,) : Nitrogen in Agricultural Soils,
Agronomy No.,, (Stevenson, F. J. (ed.)), pp. ,/-�,22, ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI.
�� "���#$ �+330� : 7� �%[���WX�� ��� "���� pp. +�+3� �� �� ���
¡4¢G�£¤¥¦�§¨|§¦&�_`©¥ �+330 a� :
ªG'«=LMN��]��� � /q����(�� +2+ : 31�+*/�
¡4¢G�£¤¥¦�§¨|§¦&�_`©¥ �+330
b� : ªG'«9¬��]®)¯���°*� /q����(�� +2+ : +*1�++-�
SÀimunek, J., van Genuchten, M.Th. and Sejna, M.
(,**/) : The HYDRUS-+D Software Package for
Simulating the One-Dimensional Movement of
Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-
Saturated Media, Version -.*. HYDRUS Software
Series +, Dep. of Environmental Sciences, Univer-
sity of California Riverside, Riverside, CA.
±¤ ��²�!a�³_�� �+320� : ��S=LMN+�F��� %[��(´µ¶�� /q��xyz{|,·� + : +,1�+00�
-� ¸ �,**-� : ��.l�lF� �/¹º0� »_.
��� � � +*/¼ �,**1�96
����� pp. ,*�-0� ���� �� ��� �+332� : ���������� . ����� !" #$%&'(�)���( � ������pp. 3+�+,0� *+,-�.� ��
Tanji, K.K., Broadbent, F.E., Mehran, M. and Fried,
M. (+313) : An extended version of a conceptual
model for evaluating annual nitrogen leaching
losses from croplands, J. Environ. Qual., 2 (+) :
++.�+,*.
/012�34 5�678� �,**0) : ,9 �):�;<=>?@ABC�DEF� ,G H�I� +*. :
1/�2.�JK�1 �+330� : L���MNOPQ@ABC� ,GR�ST UVWPX +.� ,G@ABC;YZST [\ ] + (^_(� `a,GR��bc� 01 �,� : +32�,*/�
d e�fgh �+33.� : ,Gij� �-k�l���� pp. +++�+-+� ���� ��
mn�o �+331� : pq,G� �rstu��� pp. +/1�+12� ���� ��
Yamaguchi, T., Moldrup, P., Rolston, D.E., Ito, S. and
Teranishi, S. (+330) : Nitrification in porous me-
dia during rapid, unsaturated water flow, Water
Research, -* (-) : /-+�/.*.
Kavw �+33*� : � ,G ^_xyjWzR �`a,GR��.��� pp. ++*�+,-� {|}� ��
Zak, D.R., Holmes, W.E., MacDonald, N.W. and Preg-
itzer, K.S. (+333) : Soil temperature, matric poten-
tial, and kinetics of microbial respiration and
nitrogen mineralization, Soil Sci. Soc. Am. J., 0- :
/1/�/2..
� �
,9 �;:YW^_~Z�j�� �!,9 ^_:Y=>?����!� ,9 ^_����~Z���� xyj� �yj� �j� �^� ^_��W��!ij���Y@���� ] ~Z��j��C� ����� ^_~Z�j������@��� +���Q���� :�;<Q �CDE� @��,9 ^_:Y��U�CP��� !� ]��� �¡�;�¢ i£��C¤,W� ,�¥��!^_:Y �¦�§�!� ¤,W� , ¨I�� ��� ]¢©¢ ^_~Z�j �����ª «¬�W�PX ;®��¯C�W@��� ¤,°� ,9 ¨±��^_:Y~Z²�U�¬� ^_:Y³�@A���´��µ¶��·C�W�¸�!�
¹º»n` : ,**1» +n +.`¹�»n` : ,**1» ,n 1 `
=>?¨¼�� : ~Z�j� +���Q@��� �!,9 ^_:Y=>? 97