生物质炭对红壤物理性质及室内铵态氮和硝态氮吸附的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

本课题的意义

红壤占全球土壤面积近1/2，我国红壤一般分布在北纬23-31之间，还包括600m以下的丘陵地区，红壤的总面积5690.1万ha，约占全国土壤总面积的6.5%，我国红壤地区以占全国28%的耕地养活了占全国43%的人口^[1]。其中江西、湖南两省分布最广，分别为1053万ha和863.8万ha，红壤旱地面积共296.79万ha，占红壤面积的6%左右，其中江西红壤占省土地面积的70.69%。因红壤具有优越的生产性质和广泛的面积，是我国重要的经济林果、粮食和渔业、牧业生产基地^[2]。是我国发展农业最具潜力的土壤类型之一。但由于我国人为和自然条件不断影响，红壤地区土壤质量和生态系统严重退化，除人为破坏外，红壤本身具有的富铝化、酸化、铁质化和抗蚀性弱等物质循环特征，是决定土壤质量退化的内在原因。针对限制红壤地力提升和粮食增产的酸、粘、瘦、板和旱等障碍因子，提出适宜的改良红壤以提高红壤地力和红壤区粮食产量的技术方案已迫在眉睫。

近十几年来，随着我国经济的快速发展，农村生活方式的改变，农业和农村产生的作物秸秆日益增多，年产秸秆总量7亿t。针对农村作物秸秆处理中产生的负面效应，国家花费了大量的人力物力着手研发秸秆的处理技术，其中秸秆还田技术不仅能解决秸秆焚烧带来的温室效应和环境污染问题，还能维持土壤肥力，增加土壤中的有机质含量，促进土壤中有效养分的循环，同时在维持和恢复土壤地力方面，有许多化学肥料所不具备的特殊功能^[3-4]，但随着秸秆还田的进行，其负面影响也运营而生，比如影响播种，秸秆漂浮，作物根部不能固定，微生物争氮，病虫草害，产量降低等。针对上述问题，必须研究出切实可行的技术方案，生物黑碳作土壤改良剂已经成为全球关注的热点。生物黑碳是生物体高温炭化得到的产物，将作物秸秆制成生物质炭以解决死苗问题。生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能被视为增加土壤碳截留、改善土壤质量的潜在有效措施，其中生物质炭不但具有解决上述困难的优点，还能显著增大土壤有机碳库，培肥耕地土壤、改善土壤物理结构、提高农业生产力。为此，研究将针对消减红壤障碍因子和提升红壤基础地力这一重大课题，采用生物质炭和氮肥配施的田间试验和室内模拟试验来探究旱地红壤土壤物理性质的变化，生物质炭对硝态氮和铵态氮等养分的吸附影响，提出红壤农田土壤水养源汇容量扩增途径，为南方红壤基础地力的提升和粮食产量的提高具有重大意义。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标

以南方江西旱地红壤典型区域为研究对象，采用生物质炭和氮肥配施的田间小区试验和室内模拟试验，在对旱地红壤立地条件、土壤条件和农田培肥水平研究的基础上，探讨生物质炭的最佳施用量以及生物质炭和氮肥用量的最佳配施方案。寻求能够改善土壤结构、容重、含水量以及孔隙度等土壤物理性质，增强对养分保持能力，增加作物粮食产量的生物质炭最佳施用量和生物质炭与氮肥最佳配比。

研究内容

3. 研究的方法与方案

研究方法

1、 物理性质分析项目与方法

（1）土壤容重的测定：环刀法；

（2）土壤颗粒组成的测定：吸管法；

（3）土壤结构系数：吸管法；

（4）土壤饱和导水率的测定：渗透率仪法；

（5）土壤总孔隙度的测定：（1-容重/比重）100

（6）土壤水稳性团粒测定：R.E约得尔（yoder）法；

（7）土壤含水量的测定：烘箱烘干法。

2、数据分析方法

数据分析采用Excel和Spss16.0相结合的方式进行。

技术路线：

详见附件

实验方案

设置生物质炭不同用量（A因素）、氮肥不同用量（B因素），通过田间试验的方式，并辅助室内模拟培养，对生物质炭与氮肥的不同配比在红壤上的作用效果进行筛选，研究出能最大限度提升旱地红壤地力的配方，为红壤地区农田地力的提升和农业可持续发展提供科学依据。

采用73完全方案设计，随机区组排列，加上一个完全空白处理（CK）共计22个处理，三次重复，共66个小区。详见表1

表1田间试验方案表

其中A因素（生物质炭）用量7个水平，分别为A1：0 ，A2：2.5 t/hm² ， A3：5 t/hm² ， A4：10 t/hm² ，A5：20 t/hm² ，A6：30 t/hm²，A7：40 t/hm²；B因素（氮肥--纯氮）用量3个水平，B1：90kg/hm² ，B2：120kg/hm²，B3：150kg/hm²。氯化钾用量为195 kg/ha，钙镁磷肥用量为375 kg/ha，硼砂15 kg/ha，小区面5m4m=20m²，走道宽0.5m ，保护行宽 1.0m，小区间排水沟宽0.5m ，试验地面积1928.5m²。

可行性分析

本实验具有一定的科学理论基础，实验室具备完备的实验器材，生物质炭在改善红壤物理性质、提升红壤地力以及增加作物产量方面具有很高的科学价值。

4. 研究创新点

创新之处

生物质炭本身具有稳定的物理和化学性质，施入土壤中不易被分解，以及生物质炭富含养分及良好的结构特性，而在3年多的大田试验研究中，土壤的物理结构特性得到较好的改善，油菜和红薯的产量得到了明显的提高,并且通过室内土柱模拟实验，验证生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附，再根据生物质炭对作物产量的贡献率结果中可为旱地红壤的作物增产提供了一定的科学依据，同时可根据其在旱地红壤上的改良效果去指导其他低产土壤的改良。

5. 研究计划与进展

研究计划：

2014．02-2014．03：查阅文献，阅读文献，完成开题报告；

2014．03-2014．05：测定相关指标，完成分析工作；