1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.1本课题的意义

本课题来源于国家重点基础973计划项目：农田地力提升（06课题）典型地区农田地力定向培育理论与技术对策，子课题：典型红壤区农田地力定向培育与提升技术研究（2011cb100506）。

生物质炭是由有机物料在厌氧条件下经低温热解产生的含碳丰富的固态物质，是黑碳的一种存在形式。生物质炭孔隙度高、比表面积巨大、带负电荷多、芳香化程度高、而且具有较高的稳定性和吸附性^[1]。因此,生物质炭被视为增加土壤碳截留、改善土壤质量的有效改良材料^[2-3]。 研究发现，长期施用生物质炭能够降低土壤容重、提高土壤孔隙度和饱和导水率，还能提升土壤ph，增加土壤有机碳、有效磷和阳离子交换量^[4-6]。生物质炭还具有改善微生物细胞附着性能、促进特定类群土壤微生物栖息生长的作用^[7]，能够改变土壤中养分的生物有效性^[8]。李秋霞等的研究结果还表明施用生物质炭能够增加旱地红壤中油菜及红薯的产量。另外，生物质炭还能吸附一些对微生物有抑制作用的化合物，使其减少对微生物在生长和繁殖过程中的毒害，增加土壤中微生物的丰度^[9]。由于生物质炭的诸多优点，近年来其作为土壤改良剂已成为全球关注的热点。

2. 研究的基本内容和问题

2.1研究的目标

本次课题通过田间试验阐明不同施用量的生物质炭对土壤中微生物碳、氮的影响，通过田间试验分析不同施用量的生物质炭对油菜和红薯轮作各生育期内土壤微生物碳、氮的变化。综上总结出典型区旱地土壤基础地力提升综合对策和技术集成方案。

3. 研究的方法与方案

3.1.1工作假说

本课题以南方典型旱地土壤区域为研究对象，研究不同生物质炭施用量对土壤中微生物碳、氮的影响，即采用生物质炭和氮肥配施的野外长期定位试验，分析土壤中微生物碳、氮含量的变化。根据前人的研究结果及自己的部分实验提出以下假说：施用生物质炭能够提高旱地红壤微生物碳、氮的含量。最后筛选出对旱地红壤改良效果最为显著的生物质炭及氮肥施用量，为旱地土壤的改良利用提供科学依据。

3.1.2项目测定方法

土壤容重的测定：环刀法；微生物碳、氮的测定：氯仿熏蒸硫酸钾浸提法。

3.1.3数据分析方法

运用Microsoft Excel2010和Spss16.0进行数据分析。

3.3 实验方案

3.3.1 试验材料

供试土壤为由第四纪红色黏土发育而来的旱地土壤，黏粒（0.002 mm）含量31.6%-50.1%，是典型的酸度高，质地黏，硬度大，地利用率低，产出率低的旱地土壤。

本研究以生物质炭和氮肥作为提升土壤地力的改良材料。其中，生物质炭是河南省三利能源有限公司制备的小麦秸秆炭，由小麦秸秆在330~350 ℃下厌氧烧制，其35%的生物质材料转化为生物质炭。生物质炭pH值为10.35 [m(土)：m(水) = 1：5]，阳离子交换量217 cmol/kg，容重0.45 g/cm³，比表面积8.9 m²/g，有机碳467.1 g/kg，有效磷4.7 g/kg，全氮5.9 g/kg。氮肥为当地农民普遍施用的尿素（含氮46.67%）。

3.3.2 试验方案

设置生物质炭（C因素）用量7个水平、氮肥（N因素）用量3个水平，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，每个处理三次重复，共66个小区，小区面积5 m4 m=20 m²，试验地面积为1928.5 m²，保护行宽为 1.0 m，走道宽及小区间排水沟宽均为0.5 m。

油菜季施用的基肥为氯化钾（K₂O 60%）、钙镁磷肥（P₂O₅12.5%）和硼砂（B 11%），用量分别为195 kg/ha，375 kg/ha和15 kg/ha；红薯季施用基肥为氯化钾和钙镁磷肥，用量分别为195 kg/ha和375 kg/ha。生物质炭于2011年油菜种植前按田间试验方案一次性施入各小区，并通过人工翻耕与红壤表层土壤混匀，后期不再追施；氮磷钾肥于每季油菜和红薯播种前作为基肥一次性施入。

种植方式与当地生产习惯保持一致，为油菜红薯轮作。油菜种植及收获时间分别为每年10月上旬和5月中旬；红薯种植及收获时间分别为每年5月中下旬和9月下旬。

表1-1田间试验方案

处理	因素	处理	因素
	C/生物黑炭用量 （t/ha）	N/氮肥用量 （kg/ha）		C/生物黑炭用量（t/ha）	N/氮肥用量 （kg/ha）
CK	0	0	C3N2	10	90
C0N1	0	60	C3N3	10	120
C0N2	0	90	C4N1	20	60
C0N3	0	120	C4N2	20	90
C1N1	2.5	60	C4N3	20	120
C1N2	2.5	90	C5N1	30	60
C1N3	2.5	120	C5N2	30	90
C2N1	5	60	C5N3	30	120
C2N2	5	90	C6N1	40	60
C2N3	5	120	C6N2	40	90
C3N1	10	60	C6N3	40	120

3.4 可行性分析

本课题组长期从事土壤物理过程和水土资源利用方面的研究工作，在田间试验、土壤改良及土壤地力提升方面积累了一定的工作经验，加之良好的仪器设备（压力膜、紫外分光光度计、定氮仪、原子荧光光谱仪、原子吸收分光光度计等）和稳定的科研队伍，均为本研究思路和技术路线的实施提供了保障。预期设计的技术路线是可行的。

4. 研究创新点

通过研究不同生物质炭施用量，旱地土壤中微生物碳、氮的变化，从而探究改善土壤性质的最适生物质炭与氮肥配施比，提高土壤生产力，在研究内容上具有创新性。

5. 研究计划与进展

4.1研究计划

2015.4-2016.6：

（1）田间大田试验：生物质炭与氮肥配施对土壤微生物碳、氮的影响；