生物黑炭与无机肥料配施对红壤中线虫群落的影响开题报告

红壤是广泛分布于我国亚热带地区的主要土壤类型,占全国土地面积的22%^[1-2] ,具有优越的生产性质,是我国发展农业的最具潜力的土壤类型之一。由于我国南方地区的红壤旱地多发育自第四纪红色黏土，受到一些固有的不利的性质密集的风化影响，再加上长期不当的使用和管理^[3]，土壤通常生产力较低且易被侵蚀，土壤质量和生态系统发生严重退化^[4]，加上普遍存在着酸、黏、板和瘦等障碍因子，不利于作物生长和高产，严重限制了该区域农业的可持续发展^[5,6]。

随着为应对气候变化而提出的温室气体减排任务实施的日益艰难, 国际社会纷纷提出了把农业废弃物转化为生物质炭,并投入至土壤中以达到利用土壤来封存环境中碳的目的^{[ 7 -10]}。生物质炭是生物质有机碳在无氧或低氧状态及高温裂解下分离可燃气体后剩余炭化的副产品,是一类富碳贫氮的生物质燃烧产物,具有高度的芳香环分子结构和多孔特性^[11]。由于生物质炭比一般的有机物质具更高的稳定性,施用生物质炭被认为是培育高碳土壤和把碳封存在土壤中的重要途径^{[ 9, 11 -13]}学术界普遍认为, 生物质炭的土壤施用可能是唯一的通过施入稳定碳来改变生态系统土壤碳库自然平衡, 从而达到大幅度提高土壤碳库容量的技术方式,并可能发展成为减缓气候变化的碳交易的重要方式^{[14 -16]}，由于生物质炭具有较高的阳离子交换量、表面积和养分,因此,土壤施用生物质炭后可以增加养分的吸持能力和养分的有效性^{[12 -13, 17 -18]}，但也有研究^[12]发现, 生物质炭的施用有时也可导致植物生物量的下降。至今,国内外对生物质炭的土壤环境效应的研究还较为薄弱, 有关生物质炭对不同类型土壤的理化性质、 植物生长、 养分固定以及生物质炭进入土壤后其化学结构、 化学组成变化等方面还缺乏深入的了解, 特别是高量施用生物质炭对土壤质量的影响还缺乏足够的认识, 科学界和生产应用部门仍对生物质炭应用的社会问题存在争议。

全球都将生物炭改良土壤视为一种提高地力和缓解气候变化的途径。然而，与对化学性质的影响相比，人们往往忽视了其对土壤生物相的影响。早期进行了大量以生物炭质材料作为土壤改良剂的研究。他们或是用生物炭来控制病原体，或是将其用作接种剂载体，抑或用于吸附信号化合物或毒素的控制实验。然而土壤生物相关文献中并无研究能识别观察到的生物炭理化性质的巨大差异。这一短板阻碍了对生物炭影响土壤微生物、动物和植物根系的机理深入了解。生物炭的吸附性质会干扰土壤微生物量和酶测定的标准提取程序，混淆变化的矿物质量，这已被证明无疑，成为另外一个干扰对许多数据解读的因素。大多数研究中，添加生物炭会引起微生物量增加，同时其生物群落结构和酶活性也发生显著变化。这或许可以解释生物炭对元素循环、植物病原体和作物生长的生物地球化学效应。然而我们对生物炭影响微生物丰度和群落组成的机理却知之甚少。

土壤线虫是土壤动物的主要功能类群之一, 是土壤中最为丰富的后生动物^[19], 广泛分布于土壤中,与其它土壤生物比较,线虫作为土壤健康指示生物, 有以下几方面优势: 1) 线虫是土壤生物的优势类群, 在每平方米土壤中可达数百万条, 且无论健康还是污染土壤中都有线虫分布, 可以反映土壤环境的细微变化^{[ 20, 21]}; 2) 从土壤中将线虫分离出来较容易, 其定量分离方法已十分成熟, 分离效率可达到 97%~ 99%^{[ 22]}; 3)其科、 属鉴定相对其它土壤动物来讲较为简单, 且其科、 属水平的群落结构分析已经可以用于土壤健康评

估^{[ 23]}; 4)线虫生活于土壤间隙水中, 与环境直接接触, 移动速度缓慢,可反映小尺度土壤微生境的变化^{[ 24]};5) 线虫世代周期较短,一般为数天或几个月, 可在短时间内对环境变化作出响应^[25]; 6) 线虫食性多样,在土壤食物网中扮演重要角色, 其营养类群结构的变化与土壤生态系统过程联系紧密^{[ 25]}。因此,线虫作为土壤健康指示生物受到广泛重视,并在多种生态系统中得到应用.目前,线虫作为土壤健康指示生物的研究已成为国际土壤生态学领域的热点和前沿课题^{[ 26, 27, 28]}。

研究目的及意义

本研究选择生物黑炭(小麦秸秆高温裂解产生)和无机肥料作为提升红壤区土壤肥力、改善土壤结构、提高土壤养分利用和实现作物增产的改良材料，通过田间试验并辅助盆栽实验，研究生物黑炭与无机肥料的不同配比对农田土壤线虫群落的影响，充分了解生物炭改良土壤的机制，为提高红壤的可持续利用率和红壤地区农业可持续发展提供科学依据。

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