生物黑炭和氮肥配施对红壤微生物生物量和活性的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

红壤是我国南方地区重要的土壤资源。红壤地区热量和水分丰富，具有优越的生产特性，已成为我国经济林果、粮食、经济作物和渔业、牧业的重要生产基地^[1]，也成为了我国发展农业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[2]，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_^[3]，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^[4-5]。

目前最为科学的生态还田方式是秸秆还田，但还田时间长，效应缓慢。秸秆还田要获得良好效果，必须深耕翻埋，把握好秸秆翻压量的比例，调控好水、肥、气、热的条件。面对秸秆直接还田碳氮比偏大所造成的土壤架空、播种出苗难、作物根部难以固定、微生物争氮、病虫草害和产量下降等一系列负面效应[6]，生物黑炭作为现代农业的新产物，各方面优点使其在固炭减排、治理重金属污染、提高土壤肥力和解决全球粮食生产问题上得到全球科学界的广泛重视，其技术开发和田间试验研究日益活跃。

虽然自然和人为活动中生产的炭屑、活性炭和碳黑与生物黑炭一样是有机生物质炭热处理下的产物，但与其不同的是，生物黑炭是有机废弃物转化的稳定性碳物质，是生物质有机碳在无氧状态高温裂解下分离可燃气后剩余的炭化副产品，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[7-8]。本研究中所用生物黑炭是小麦秸秆在无氧高温热解条件下的固态产物，主要成分为纤维素、羰基、酸及酸的衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂有机碳的混合物^[9]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标： 研究生物黑炭与氮肥的不同配比对红壤微生物生物量和土壤呼吸的影响，为阐明红壤的生物学特性及建立质量良好的施肥模式提供科学依据。

研究内容： 通过室内盆栽实验，研究生物黑炭与氮肥不同配比下对土壤微生物生物量和土壤呼吸的变化。

拟解决的关键问题： (1)盆栽实验应加强管理，各处理之间灌溉等措施应保持一致，尽量减少外界干扰。 (2)处理比较多，实验指标测定进展慢。

3. 研究的方法与方案

研究方法： a) 供试作物：油菜 b) 设置生物黑炭(c因素)用量3个水平、氮肥(纯氮)(n因素)用量3个水平 c) 实验总共设置：3（c水平） 3（n水平） 4（重复） 2次采样 = 72 盆钵 d) 每钵用土量：1.5kg e)黑炭水平：0，1% 和3%，即0，10 g c/kg soil, 30 g c/kg soil f) n水平：0，60和120 kg/hm2，即0，0.033 g n/kg soil，0.066 g n/kg soil n肥两次加入，一次是以基肥施入土壤，一次是在成熟期前以追肥形式加入土壤，用量均为0，0.033 g n/kg soil, 0.066 g n/kg soil。 g) 氯化钾用量为13kg/亩，钙镁磷肥用量为25kg/亩，硼砂1kg/亩，即0.106g kcl/ kg soil，0.203g/ kg soil钙镁磷肥，硼砂0.008g/ kg soil。 h) 采样时间：（1）培养60天，干季采样，加水后湿季采样（模拟田间干湿交替，浇水后一周采样）（2）在油菜收获期采样。 i) 测定项目：微生物炭、氮、磷和土壤呼吸。

技术路线和实验方案： 通过生物黑炭和氮肥不同比例的配施，利用盆栽实验，在植物生长旺盛期和成熟期采两次样，测量土壤微生物碳氮磷和土壤呼吸来探讨生物黑炭和氮肥配施对土壤微生物生物量和活性的影响。

可行性分析：本项目的室内盆栽试验在理论上是完全成立的，同时本项目的技术平台，在前期工作中已经成功建立。因此，本项目在方法上也是可行的。

4. 研究创新点

生物黑炭是有机物在延期条件下降解（热解）的产物，它被视为提高土壤地力以及其它生态系统服务能力和截留碳素以缓解气候变化的一种可能方法。已知的其对土壤地力的作用主要解释为酸性土壤pH的增高，或是通过阳离子吸附来提高土壤对养分保留能力。然而生物炭也能改变土壤生物群落及其丰度。生物炭特性与土壤生物的关系及其对土壤过程的意义还未有系统性的阐述。生物炭可能对土壤动植物造成直接风险，但也可能提升土壤健康水平。目前生物炭在生物学过程中扮演的角色代表了土壤科学研究的前沿，但很少有人关注其对地下生态系统的效应。

5. 研究计划与进展

2014.7-2014.9查阅文献资料，设计实验方案

2014.9-2014.11查阅文献资料，室内试验布置

2015.3-2015.4土壤样品的采集、线虫的分离鉴定、土壤其他指标的测定及数据整理分析