生物质炭对人工林土壤CO2排放的影响开题报告

1. 研究目的与意义

随着大气二氧化碳（CO₂）浓度升高引起的全球气候变化越来越受到世界各国的广泛重视。工业革命以来，CO₂浓度持续上升，2005年达到379 ppmv（Forester et al ，2007）。模型预测表明，到2100年大气中CO₂的浓度将增加至540~970 ppmv（Forester等，2007)。由于生物质炭在土壤中极难降解，因此在土壤中施入生物炭的方法被认为是减缓全球气候变暖的新途径。人工林生态系统是人为建造的系统，树种单一，结构简单而且大面积成片，树种自我更新换代难。伴随着天然林面积的逐渐减少，人工林的面积不断增加，其地位和作用更加突出。因此，人工林的健康稳定和可持续发展成为各国政府关注的重点。

本研究以人工林土壤为研究对象，依托于本校的下蜀林场生态定位研究站，通过原位控制实验，定期采集土壤排放的气体，研究生物质炭对人工林土壤CO₂排放的影响。本研究将有助于认识人工林生态系统在碳平衡中的地位和作用。

2. 国内外研究现状分析

生物质炭（秸秆和枯枝落叶等）开发利用是永久而不竭的主题，最早可追溯至西周时期。生物炭是近几年国际上出现的新名词，是生物质在缺氧条件下高温裂解制成的多孔炭质固体。生物炭作为良好的固碳剂，是解决全球变暖的一种新方法，引起了国内外学者的关注。

生物炭具有显著的吸附性，由于生物炭的特殊表面积决定的。不同材质，不同裂解温度对生物炭的比表面积影响很大。一般来说，随着裂解温度的升高，生物炭的比表面积增大。目前，有关生物炭的研究领域主要集中在农业用地和农作物增产方向。研究表明，施用生物炭不但能改善土壤的孔隙状况，同时也提高了土壤ph值，增加了土壤的氮、磷、钾含量，增强了土壤的保肥能力，改善植物生长环境，促进地表植被的生长。刘晓雨（2013）通过跨地域长期施肥试验、秸秆生物质炭田间试验的观测分析，发现生物质炭施用能够显著增加作物产量和地上部生物量,与对照相比,其增加的幅度分别为8.4%和12.5%。作物生长对生物质施用的响应主要受土壤因素、生物质炭生产原料及作物类型的影响。首先不同土壤对生物质炭施用后作物生产力的响应不同。生物质炭施用于砂性和粘性土壤中,作物生产力的增加幅度分别为29.0%和16.0%,显著高于壤质土壤；施用于强酸性和酸性土壤中的增产幅度分别为30.2%和14.8%,显著高于中性和碱性土壤。来源于畜禽粪便的生物质炭施用土壤后作物产量增加幅度为28.3%,是其它原料炭的2-3倍。不同类型作物对生物质炭施用的响应以蔬菜类和豆科类作物增产效果最好,分别为30.3%和28.6%,远高于其它大田作物。在所有的田问试验中,旱地施用生物质炭后,作物生产力的增加幅度为10.6%,显著高于水田(5.6%)。此外,生物质炭的生产条件(炭化温度)、试验类型对作物生产力对生物质炭响应也有不同程度影响；目前研究涉及林地方面的应用较少，特别是生物炭对人工林土壤co₂排放的影响应用更少。

生物质炭输入对土壤co₂排放的影响因生物质炭类型与施入量、土壤类型管理措施和环境因子（如试验时间）等因素的不同而呈显著差异。生物质炭输入可以改变土壤孔隙、土壤含水量、ph值、阳离子交换量、活性碳库、活性氮库、植物产量等，从而影响土壤co₂排放。王战磊（2014）地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤co₂排放速率，发现在试验的第1个月中，生物质炭处理土壤co₂排放通量显著高于对照（无生物质炭），但之后无显著差异；生物质炭处理的土壤co₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异。高德才（2015）发现室内模拟土柱培养期实验，施用生物黑炭能显著增加co₂排放,降低n₂o的排放，从而达到降低温室气体的排放。王战磊（2014）研究表明，生物质炭输入促进土壤co₂排放的机制可能主要是生物质炭输入增加了土壤活性碳库的浓度，从而增加土壤co₂排放。与之相反，金素素（2013）在两种不同肥力的自然土壤中加入不同含量的生物质炭，通过对比输入生物质炭的土壤和对照土壤中各类有机质含量、团聚体含量分布特征和土壤微域特征的变化，生物质炭的输入可以有效降低土壤co₂释放量，与对照相比，平均每增加1%的施炭量，土壤呼吸强度降低4.8-5.8%，而且，生物质炭的碳截留作用对于较贫瘠的土壤效果更为明显。花莉（2013）等发现，随着生物质炭施加量的增多，土壤活性有机碳占有机碳量的百分比降低，这有利于积累更多的土壤惰性碳，降低co₂的排放。生物质炭输入抑制土壤 co₂排放的机制主要包括两个方面：1) 生物质炭可以吸附土壤中的可溶性有机碳，使其不容易被土壤微生物分解；2) 生物质炭输入会吸附土壤有机质降解过程中所需要的酶类，从而影响其活性。今后需要在更长的实验周期和更合理的施炭量以研究生物质炭与土壤co₂释放量的关系（花莉，2013）。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

本研究以人工林为研究对象，依托于下蜀长期定位研究站，定期采集土壤排放的气体。主要研究内容如下：

（1）人工林土壤co₂排放通量的时间动态

4. 研究创新点

本研究以榉树人工林土壤为研究对象，采用原位控制实验，对比研究不同制备温度的生物质炭对土壤CO2排放的影响，从而阐明生物质炭对土壤有机碳分解存在何种影响。