全文总字数：9634字
1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
课题的研究意义
生物质炭是由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质，具有较大的比表面积和孔隙度[1]，并且具有稳定芳香化结构和大量脂肪族和氧化态碳结构，其具有大量的表面负电荷和高电荷密度的特性[2]，能够吸附固定水、土壤或沉积物中的无机离子[3]及极性或非极性有机化合物[4]。生物质炭可以固持土壤养分、改善土壤环境质量、提高粮食产量，还能增加土壤碳汇，减少二氧化碳的排放，在对于因土壤质量恶化导致的粮食产量不足以及全球变暖的缓解具有重要意义，成为近年来农业和环境领域的研究热点[5]。
连作是指在同一块地里连续两茬以上种植同种或同科作物。作物连作以后，即使在正常的栽培管理措施下，也会出现植株长势变弱，产量和品质下降的现象，这种现象被称为连作障碍。随着人们对特定农作物产品需求的增加，现代农业呈现单一作物大面积种植的特点，造成连作障碍呈现逐渐严重的趋势。在自然界中，土壤往往存在着各种障碍因素，限制着植物生长，其中连作障碍对作物的生长和产量危害较大，对于选择合适的生物质炭对连作土壤进行的改良试验，我们已经取得了较大的研究进展，尤其是在添加生物质炭对黄瓜连作土壤的基本理化性质、酶活性以及微生物量碳氮等方面取得了比较全面系统的成效。但是对于添加生物质炭后对黄瓜的养分利用效率、产量、肥料利用率等的提高效果以及化肥施用量的降低程度等方面还缺乏相关的研究。
2. 研究的基本内容和问题
研究内容
1、研究区土壤基本化学性状的测定
黄瓜连作土壤的化学性质，包括：碱解氮、速效磷和速效钾的测定。
3. 研究的方法与方案
试验技术路线
试验设计
江苏省如皋市农业科学研究所试验基地大棚面积48 m×16 m=768 m2米。试验共设6个处理，生物质炭用量分别为CK（不施用生物质炭），C1：5 t/hm2 ，C2：10 t/hm2 ， C3：20 t/hm2 ，C4：30 t/hm2，C5:40 t/hm2。每个处理设置三次重复，采用完全方案设计，随机区组排列，共18个小区，小区面积3 m×7 m=21 m2，保护行宽为1.0 m，走道宽及小区间排水沟宽均为0.5 m，生物质炭于2016年9月13日黄瓜种植前按照试验方案一次性施入各小区，并通过人工翻耕与表层土壤混匀，后期不再追施。每季化肥遵照当地同期化肥施用量施用，降低肥料的施用量从2018年8月28日黄瓜种植第五季开始，每个小区分成面积相等的三个小田块并在小区中起垄隔离，从前至后依次减少化肥施用0%、10%、20%，生物质炭和化肥施用田间试验方案见表1。
黄瓜种植基肥采用复合肥（N-P2O5-K2O=17-17-17）施用量为187.5 kg/hm2，追肥采用46%的尿素，施用量为225 kg/hm2，氮磷钾肥于每季黄瓜种植前作为基肥一次性施入。黄瓜苗龄为31天时统一移栽，株距25 cm，行距50 cm。试验期间采取同样的管理措施（设施大棚管理措施），自然条件下生长，试验期间不追肥，定期人工除草。适时采用滴灌方式适量灌水。
种植方式与当地生产习惯保持一致，一年种植两茬黄瓜。第一茬黄瓜种植及收获时间分别为每年3月上旬和5月下旬；第二茬黄瓜种植及收获时间分别为每年9月上旬和11月下旬。
在黄瓜成熟期采样，土样采集按照每个小区“之”字形5点采样法，将5个点土样混合均匀后作为该小区的1个代表性样品；将土样室内自然风干，沿土块自然裂隙掰开，土样去除杂物后研磨，分为两部分，一部分土样过1 mm筛用于土壤硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾的测定，另一部分土样过0.149 mm筛用于土壤全氮、全磷、全钾的测定。每个小区采集成熟有代表性的植株样3棵，并将
其根、茎叶、果实分开装袋，清洗干净后杀青、烘干、研磨、过筛（0.25~0.5mm筛
）。
表1生物质炭减肥试验
| 处理名称 | 生物质炭因素 （t/hm2） | 化肥因素 | 备注 |
| C1-1 | 5 | 100% | （1）100%化肥施用与当地同期化肥施用量相同 （2）施用方法为播种前均匀撒施在每个小区上,经耕作施入土壤。 |
| C1-2 | 90% | ||
| C1-3 | 80% | ||
| C2-1 | 10 | 100% | |
| C2-2 | 90% | ||
| C2-3 | 80% | ||
| C3-1 | 20 | 100% | |
| C3-2 | 90% | ||
| C3-3 | 80% | ||
| C4-1 | 30 | 100% | |
| C4-2 | 90% | ||
| C4-3 | 80% | ||
| C5-1 | 40 | 100% | |
| C5-2 | 90% | ||
| C5-3 | 80% | ||
| CK-1 | 0 | 100% | |
| CK-2 | 90% | ||
| CK-3 | 80% |
试验分析项目及测定方法
1、土壤化学性质分析项目与方法
（1）土壤碱解氮的测定：碱解扩散法；
（2）土壤速效磷的测定：0.5 mol/l NaHCO3法；
（3）土壤速效钾的测定：NH4Oac浸提，火焰光度计法。
2、植物养分分析项目与方法
（1）植物全氮的测定：H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法；
（2）植物全磷的测定：H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法；
（3）植物全钾的测定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法；
3、黄瓜产量测定：用电子天平测总产
4、计算公式：
N（P、K）肥利用率（REN（P、K）%）=（U1-U0）/F
植物N（P、K）养分利用率=（施肥植物N（P、K）养分含量-不施肥植物N（P、K）养分含量）/（肥料施用N（P、K）量×N（P、K）养分百分含量）×100%
5、数据分析方法
运用Microsoft Excel2010和Spss19.0进行数据分析。
4. 研究创新点
特色或创新之处
长期以来，人们对连作障碍往往只注重于地下部分的研究，造成到目前为止连作障碍对地上部分的影响效果还十分模糊。科学家们通过试验发现，连作障碍对作物生长状况、养分利用效率、作物产量以及施肥量都有巨大的影响，不同土壤改良剂的添加对土壤连作障碍也具有十分积极的改良效果，但添加不同土壤改良剂对植株从土壤中吸收养分利用效率以及植株的生长生产的促进作用现今仍然了解甚少。本研究着重从添加生物质炭对连作障碍过程中黄瓜养分利用率、肥料利用率、减少施肥量程度和黄瓜产量的变化着手，来探究生物质炭对黄瓜连作障碍的改良效果。
5. 研究计划与进展
预期结果
1、通过田间试验，研究不同施用量生物质炭对黄瓜连作土壤全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮等基础化学性质的影响。
2、分析不同用量生物质炭施用于田间后对连作黄瓜植株根部、茎叶、果实等部位吸收氮磷钾效率的影响，研究不同用量生物质炭施用对黄瓜连作土壤中植株养分利用率的影响。
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