施用生物质炭对土壤团聚体稳定性及有机碳分配的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

全球的食品安全要求建立更稳定的农业系统，减少温室气体的排放。这需要在农业管理上的大的变化，而变化的中心就在于增长土壤的有机质^[1]。我国是农业大国，每年的农业秸秆产生量约7 吨，由于地域的差异，其中有1~50%的秸秆被焚烧，其排放的co₂、ch₄和no_x分别占2000 年中国总排放的6.13%、0.68%和3.63%^{2}。目前农业废弃物生物质炭转化技术研究日益活跃，利用农作物秸秆和垃圾以及林业废料炭化制成的生物质炭在农业上的应用已得到国际的认可，可以作为提高土壤质量、保证粮食产量以及应对气候变化的一项重要技术^[3]。生物质炭是限氧条件下，生物质热裂解的产物^[4]。生物质炭的施用对于长期固定碳有巨大的潜力，它可以稳定的保存在土壤中，并适于现在的耕作体系^[5]。近年来，越来越多的研究生物质炭对土壤有机质及分解的影响，并取得了一定进展。

土壤团聚体是土壤结构的基本单元^[6]，调控着土壤的物理、化学和生物过程，进而影响土壤有机质的分解和肥力功能的发挥^[7-8]。土壤的有机质是土壤健康的重要指标^[9]，是土壤团聚体的主要胶接物质之一^[10]。土壤氮素是植物的必需营养元素，是评价土壤生产力的重要指标^[11]。土壤有机质与团聚体形成研究一直是土壤学关注的热点之一,揭示不同粒径团聚体及其组分有机碳的含量的变化规律对培育土壤肥力具有重要的指导意义。

生物质炭对土壤理化性质有着重要的影响。首先，施用生物质炭能够显著提高土壤ph^[12]。这是因为生物质炭呈碱性，一般情况下生产过程中随着裂解温度的升高，生物质炭的ph 也升高。其次，由于生物质炭含有较多的芳环结构和羟基、羧基等基团，以及生物质炭具有疏松多孔性和较大的表面积，施入土壤后显著增加了土壤中离子交换位点，使其表面交换活性变得更高，从而增加土壤的阳离子交换量^[13]。同时，由于生物质炭的多孔性和巨大的表面积，施用生物质炭可以增加土壤的持水能力^[14]

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

通过对一次性施入生物质炭三年的玉米田土壤进行团聚体有机碳、氮的测定，并结合稳定性碳同位素示踪方法，揭示生物质炭施用对农田土壤有机碳在团聚体中的分布及积累规律，为生物质炭的农田土壤改良及培肥提供理论依据。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

通过对土壤团聚体分级，利用稳定性同位素示踪技术，分析土壤各粒级中有机碳的含量及同位素δ¹³c值，分析生物质炭的施用对土壤团聚体稳定性及有机碳分配的影响。

技术路线：详细见附件内容。

4. 研究创新点

利用野外长期定位试验并采用稳定性同位素示踪方法研究生物质炭施用对土壤团聚体稳定性及有机碳分配的影响。

5. 研究计划与进展

2013．6-2014.04 施用不同量的生物质炭对土壤的理化性质的影响，主要包括土壤团聚体、土壤有机碳、土壤全氮、土壤有机碳δ¹³C的测定。

2014．5 数据汇总和论文撰写。