1. 研究目的与意义
我国是喀斯特面积最大、分布最广的国家，其中西南地区喀斯特面积最为集中。贵州地处中国西南喀斯特地区的中心，境内多为碳酸盐山地，因生态环境脆弱，植被破坏后很难恢复，形成石漠化（刘映良2005）。退化喀斯特森林生态系统的恢复与重建已成为生态环境改善，区域经济发展及人民脱贫致富的迫切要求（魏媛等2009）。研究表明生物炭可以改善土壤理化性质，提高作物产量。刺槐是半干旱和半湿润地区植树造林的主要乔木树种，抗旱耐脊，速生丰产（李军等2010）。本论文以刺槐为试验材料，采用盆栽试验法，研究生物炭不同添加量对贵州喀斯特地区土壤微量元素和土壤酶的影响，以期为喀斯特生态恢复提供理论依据。研究主要针对以下3个问题展开：1生物炭是否会增加喀斯特地区土壤微量元素含量2生物炭是否增加喀斯特地区土壤酶活性3生物炭是否改善植物的生长状况。
2. 国内外研究现状分析
生物炭的基本性质
生物炭是在厌氧或者无氧的条件下对生物质进行热解，生产的含有丰富空隙、含碳量高以及具有高热值而无污染的固体生物燃料（lehmann和joseph2009）。通常是由木材、农作物废弃物、禽畜粪便等生物质在高温（400-700℃）缺氧热裂解下形成的多孔物质。常见的生物炭包括木炭、小麦稻草等秸秆炭、竹炭、稻壳炭等（姜玉萍2013），生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，以高度富含碳为标志，烷基和芳香结构是生物炭中最主要的成分。除碳元素含量高之外，生物炭中的n、p、k、ca、mg的含量也较高（戴静2013），最终炭化温度决定了元素的组成，其含碳量及灰分含量随着最终炭化温度的升高而增加，而氢和氧的含量则恰恰相反（shrestha2010）。生物炭一般呈碱性，且制备生物炭的热解温度越高时，生物炭的ph值越高(lehmann2007；yuan2011)，因为灰分是碱性物质，生物炭的ph值由灰分含量决定，热裂解温度越高，灰分含量越大，ph值也相应提高，此外生物质原料对生物炭的碱性也有影响。生物质原料和热解条件对生物炭的比表面积影响很大，不同原料和条件产生的生物炭比表面积有时相差数百倍，这是由于生物炭比表面积的大小主要由孔隙度来决定，制备生物炭的热解温度会影响生物炭的孔隙结构。生物炭表面具有丰富的含氧官能团，这些含氧官能团构成了生物炭良好的吸附特性、亲水或疏水的特点以及对酸碱的缓冲能力，影响了生物炭在土壤环境化学中的应用。研究表明生物炭的cec值与生物炭中的氧原子和碳原子的比值有关，o/c值越大，生物炭cec值越高。生物炭表面的一些官能团能够通过氧化反应产生更多的含氧官能团，导致生物炭的o/c值和cec值升高，因此随着生物炭在土壤中时间越长，生物炭的阳离子交换量越大。gaskin等研究发现生物炭表面积、羧基官能团决定了生物炭的阳离子交换量（cec），在一定温度范围内，生物炭表面积达到最大时，cec也同样达到最大，同时生物质原料也对cec有影响（gaskin2007）。生物炭的持水量与热解温度有关，一般情况下，持水量与热解温度呈反比，其原因可能是热裂解温度升高，生物炭表面的极性官能团则会减少，从而使生物炭持水量减少，同时生物炭的酸性基团会随热裂解温度升高而减少，但碱性基团则会增加，最终导致总官能团减少，从而官能团的密度也相应减少。
土壤微量元素变化特征及其影响因素
3. 研究的基本内容与计划
研究内容
生物炭对土壤微量元素全量及有效量的影响
生物炭对土壤fe、mn、cu、zn、co、mo全量及有效量的影响。
4. 研究创新点
创新点
1.生物炭对喀斯特土壤改良作用的研究较少。
2.生物炭对喀斯特地区土壤微量元素的影响研究较少。
