生物炭和沼液联合施用对沿海杨树人工林土壤无机碳的影响开题报告

1. 研究目的与意义

土壤是陆地生态系统中最大且周转时间最慢的碳库，它的总量是大气碳库的 3倍，生物碳库的3.8 倍，在全球碳循环中起着关键作用。土壤碳库是由有机碳库和无机碳库两大部分组成，其中土壤有机碳( SOC) 约为1550 Pg，无机碳( SIC) 约 750 Pg。作为大气CO₂的源和汇，陆地生态系统对全球碳循环及碳平衡起着举足轻重的作用，而且包括有机碳库与无机碳库的土壤碳库对全球气候变化有深刻的影响，因此，土壤碳循环与碳储量研究是全球碳循环研究的重要组成部分，是全球碳计划(GCP)、全球气候研究计划(WCRP)等全球变化研究计划的核心问题之一。在全球碳循环研究中，土壤有机碳（SOC）的作用倍受关注，而土壤无机碳（SIC）的研究相对较少，近几年土壤无机碳的相关研究出现增加的趋势。土壤无机碳是近地表环境中主要碳库之一，主要指土壤母岩风化过程中形成的土壤碳酸盐矿物态碳，是干旱、半干旱地区土壤碳库的主要形式（杨黎芳，2011）。Li （2007）等定量估计了我国1m土壤内有机碳和无机碳储量(88.3 Pg和77.9Pg)，认为陆地生态系统碳库主要存储于地下土壤，而通过管理降低或稳定土壤碳释放将对全球碳循环产生重要影响。Mi（2008）等对我国土壤无机碳储量估计值为53.3( 6.3) Pg，而其中的一半集中在0-50 cm土壤中，林地土壤无机碳储量低于沙漠和农田土壤，显示植被类型对其影响显著。Wu（2009）等对我国土壤无机碳储量估计为55.3( 10.7) Pg，耕作措施导致华北地区土壤SIC降低，但西北大部以及东北松嫩平原的无机碳显著提高。上述这些研究显示出土壤无机碳的重要性，土地利用方式不仅可以显著影响土壤有机碳，而且其对土壤无机碳的显著影响也不容忽视。

沼气工程是集约化畜禽养殖场粪便及养殖污水处理与资源化利用的重要途径。但是沼液工程排放的沼液尚未达国家排放标准，其含有的 COD、N、P含量仍然较高，直接排放会严重污染水体环境，而一般农田回用是沼液普遍采用的利用方式(Choudhary, Bailey Grant, 1996)，现在越来越多的人将沼液作为一种肥料并应用于生产中（Loria et al.，2007）。生物炭（biochar）是有机质在缺氧条件下经低温热解炭化生成的一种细粒度的含碳丰富的多孔性物质（Lehmann, 2011），可以改变土壤的理化性质（如土壤pH、有机碳和阳离子交换量等）（Jeffrey et al., 2009）和养分循环（Clough Condron, 2010），减少养分流失（Laird et al., 2010），并且可通过增加土壤碳汇以缓解全球气候变化（Lehmann J, 2007）。

2. 国内外研究现状分析

3.1 无机碳研究现状

3.1.1 无机碳的组成与来源

从严格意义上讲，土壤无机碳包括固、液、气三相。气相是二氧化碳，来源于土壤呼吸产生co₂以及土壤剖面上部混入的大气；液相包括二氧化碳、碳酸、重碳酸以及碳酸根离子，来源于co₂与水反应生成的富含h₂co₃和hco₃的溶液；固相主要是碳酸盐，来源于土壤母质、富含碳酸盐的气载尘埃、地下水、植物残体和人为活动带入等，其中，石灰性母质和风积灰尘是其主要来源[1]。从来源上看，土壤碳酸盐主要包括岩生性碳酸盐（lithogenic carbonate）和发生性碳酸盐（pedogenic carbonate）[2]。在排水条件良好以及土壤ph大于6.5时，就量而言，土壤无机碳液相和气相的数量总和相对于固相来说是微不足道的，而且岩生性碳酸盐是地质大碳库的组成部分，只有发生性碳酸盐在形成过程中可能截存大气co₂，因此，一般所说的土壤无机碳均指土壤发生性碳酸盐[6]。

3. 研究的基本内容与计划

5.1 研究内容

本研究选取苏北沿海典型杨树人工林为试验样地，联合施用沼液和生物炭，研究不同施肥条件对土壤无机碳的影响，为加强苏北沿海杨树人工林生态系统碳汇功能研究提供了基础数据，对沿海地区的开发和科学管理具有借鉴意义。对杨树人工林生态系统土壤无机碳储量变化及其影响因素进行分析，为全球碳循环研究提供了区域小尺度的基础实例。

5.2拟解决的关键问题

4. 研究创新点

目前，沼液和生物炭对土壤无机碳的影响日益受到关注，已成为目前的一个研究热点。虽然国内外已有一些相关的研究并发表了相关的文章，但是现有的研究大多集中于沼液、生物炭对于农田生态系统的化肥替代效应上，对沼液和生物炭联合施用、不同施用强度等对土壤及环境的无害化报道较少，缺乏相应的沼液、生物炭还田的标准。长期大量的沼液灌溉、不同施用强度的沼液和生物炭的交互作用对土壤无机碳的影响仍需要进一步研究。