生物质炭的施用对土壤性状及土壤有机碳库的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

农业是国民经济的基础，是重要的温室气体来源之一，从原始农业、传统农业到现代农业，农业的正碳性或碳排放量逐渐增强[1]。根据政府间气候变化专业委员会(ipcc)第4次评估报告，农业是温室气体的第二大重要来源[2]。同时，随着我国经济的迅速发展，农牧业生产过程中产生的大量废弃物，如畜禽粪便和农田秸秆等，使得固体有机废弃物的环境污染问题日益突出[3]。因此，利用农业废弃物来制取生物质炭，并将生物质炭施用到土壤中，不仅可以合理、有效的利用农业固体有机废弃物，使之无害化、减量化和资源化，还可以提升土壤有机碳的含量，减少温室气体的排放，从而实现全球社会和经济的可持续发展。

根据国际生物质炭行动计划（internationalbiocharinitiativeibi）的定义，生物质炭是指由生物质如作物稻杆、木屑、动物粪便等,在完全或部分缺氧条件下，经热解炭化产生的一种含碳量极其丰富的、性质稳定，应用于土壤改良、改善环境和帮助植物生长的物质[4]。生物质炭的主要特性有：（1）生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能，对废弃物管理、环境修复、重金属、污水处理具有重要意义；（2）生物炭的负碳减排对碳减排和全球气候变化具有不可忽视的作用；（3）作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的可能来源，同时可作为肥料缓释载体和菌肥载体，生物质炭对于增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力、改良土壤以及维系土壤生态系统平衡具有积极的意义和影响[5]。生物炭因其可以解决农业、能源、环境及气候的多方面的问题，是一举多赢的战略，正成为全球科学研究和媒体关注的焦点。

对生物炭的研究虽已开始，但是仍然很少并且不够成熟，大多数现有对生物炭的研究还只停留在利用生物质原料来获取生物质能。生物炭的优点和特性尚未被开发出来。我国学者已开始的生物炭研究主要是围绕生物质炭的理化性质[6]、环境功能进行实验研究[7-8]。近年来为了应对全球气候变暖，能源危机和日益严重的污染问题，随着科学研究的深入，生物炭一词越来越热，不断出现在媒体杂志及科学期刊中。全球研究生物炭的论文数量更是迅速增长，有关生物炭改良土壤及改善肥料性能及效益的研究日益增多[9-11]，全球关于生物炭的期刊科研论文数从2000年的到2011年约上升了40多倍，且仍呈增长趋势，这充分说明生物炭成为全球科学研究和媒体关注的焦点。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

　　通过对已施加生物质炭的土壤中的碳、氮等元素以及土壤非晶形纳米矿物定量分析，并在微观尺度下探究土壤非晶形纳米矿物的形貌结构，研究施加生物质炭对土壤性状及土壤有机碳库的影响。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

本实验分别选用中国农业大学曲周长期定位试验站、杭州农科院嘉兴长期定位试验站土样，对土壤中碳、氮等元素进行分析，利用全谱直读等离子体发射光谱仪（icp）、高分辨透射电镜（hrtem）、近边x射线吸收精细结构（nexafs）等分析方法对土壤胶体中非晶形纳米矿物含量以及土壤胶体中非晶形纳米矿物的形貌等进行分析，同时采用皮尔森相关系数对土壤碳、氮含量与土壤纳米矿物的相关性进行描述。

技术路线：见附件

4. 研究创新点

（1）选题新颖

生物质炭是当今最热门的研究方向之一，国内外对生物质炭的研究起步不久，正处在上升趋势。

（2）研究结果具有理论意义也具有实际应用价值

5. 研究计划与进展

（1）2013年8月01日2013年8月18日文献资料调研和研究方案完善；

（2）2013年8月19日2013年10月11日准备实验仪器设备、材料和分析检测方法，对实验装置设计、加工、安装和调试；原料采集、实验阶段；

（3）2013年10月11日2013年11月01日对实验数据进行分析，总结实验研究成果。