1. 研究目的与意义
外，生物炭能够长期固碳，增强土壤对碳的吸收速率，降低农业污染，改善土壤质量（lehmann等，2007；何绪生等，2011）。利用生物炭维持土壤有机质稳定性来修复土壤，在提高传统农业生产力方面具有很大潜力，已经成为一种全球化提高土壤肥力的方法。
生物炭固有的结构特征与理化特性，使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、阳离子交换量、养分含量等产生一定影响，从而直接或间接地影响土壤微生态环境。研究表明，在长期、复杂的土壤环境或地质变迁的作用下，施入土壤中的生物炭可能会发生一定程度的物理迁移或某种途径的分解或降解，并在土壤垂直方向上进行重新分配，但不会发生明显的化学变化。即便在适宜条件下，微生物会使生物炭表面发生一定程度的分解，但分解速度缓慢，而且会因此形成一个保护壳，使表面以下的绝大部分生物炭维持稳定的o/c比，从而继续保持其稳定性。随着时间推移，生物炭最终有可能被矿化，但到目前为止，还没有能够精确测定生物炭在土壤及环境生态系统中运转周期的方法，也还没有直接证据可以证明生物炭的降解途径和机制。可以认为，生物炭在土壤中的稳定性很强，周转过程可能长达数百年或更久，还田后不会因其自身分解而对土壤产生潜在危害。这为生物炭还田后，能持续发挥改土增产作用和固碳减排作用奠定了基础。
1.1.4国内外研究现状
2. 研究内容和预期目标
本课题主要研究内容：
1、本课题预期目标:
以秸秆、芦苇、水葫芦、稻壳为原材料，分别以不同温度制备生物炭，研究不同生物炭对土壤基本理化性质的影响以及对土壤肥力的改善作用。找到更适合作为无机肥提高土壤肥力的生物炭材料和制备温度。
3. 研究的方法与步骤
| 3.1 课题拟采用的研究方法 pH 测定参考GB/T 12496.7—1999；阳离子交换量采用火焰分光光度计进行测定；生物炭的比表面积、孔径采用比表面积分析仪测定；灰分含量测定采用缓慢灰化法，参照GB/T 17664—1999；挥发分的测定参照GB/T 2001—1991；固定碳的计算方法为固定碳（％）=100-灰分-挥发分；采用X 射线光电子能谱（XPS）测定生物炭相对原子含量（％）。傅里叶变化红外光谱分析（FITR）：用傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 380，Nicolet Corp，美国）测定生物炭的红外光谱，采用KBr 压片制样，扫描波数范围为400～4500 cm-1。扫面电镜图（SEM）：采用扫描电镜观察生物炭样品的大小、形状和表面特征。 土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效氮、有机碳等参考《土壤农化分析》中相关测定方法测定。生物炭基本性质采用硝解法测定。 3.2 课题拟采用的步骤 （1）生物炭的制备 本实验以秸秆、芦苇、水葫芦、稻壳为原料，风干、粉碎、研磨，过16目筛，分别以350℃、550℃制备生物炭。 （2）土壤pH测定 采用电位法测定。称取 5 g过2 mm筛的风干土样，装于50m L离心管中，加入12.5 m L 0.01mol CaCl2溶液，180 rpm，室温摇床振荡1 h。静置30 min后用pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）测定。 （3）土壤CEC（阳离子交换量）测定 准确称取过2mm 筛孔土样 2g 至 100ml 离心管，向管中加入30mlBaCl(0.5mol/L)溶液，用带橡皮头玻璃棒搅拌 3~5min 后，以 3000r/min 转速离心至下层土样紧实为止。弃其上清液，再加30mlBaCl 溶液，重复上述操作。在离心管内加50ml 蒸馏水，用橡皮头玻璃棒搅拌 3~5min 后，离心沉降，弃其上清液。重复数次，直至无氯离子(用硝酸银溶液检验)。移取 25.00ml O.1mol/L(浓度需标定)的硫酸溶液至离心管中，搅拌分散土样，用振荡机振荡 15min 后，将离心管内溶液全部过滤人250ml 锥形瓶中用蒸馏水冲洗离心管及滤纸数次，直至无硫酸根离子(用氯化钡溶液检验)。在锥形瓶中，加 l~2 滴酚酞指示剂，再用0．1mol/L 浓度需标定)标准氢氧化钠溶液滴定，溶液转为红色并数分钟不褪色为终点。计算CEC 的公式如下：
（4）土壤有机质测定 称取风干土样0.05-0.5g，精确到0.0001g。置入150ml三角瓶中，加粉末状的硫酸银0.1g，然后用自动调零滴定管准确加入0.4mol/L重铬酸钾-硫酸溶液10ml摇匀。 将盛有试样的三角瓶装一简易空气冷凝管，移置已预热到200-230℃的电沙浴上加热。当简易空气冷凝管下端落下第一滴冷凝液，开始记时，消煮5±0.5min。消煮完毕后，将三角瓶从电沙浴上取下，冷却片刻，用水冲洗冷凝管内壁及其低端外壁，使洗涤液流入原三角瓶，瓶内溶液总体积控制在60-80ml，加3-5滴邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定剩余的重铬酸钙。 土壤有机质含量计算公式如下：
式中：X——土壤有机质含量,%; V0——空白滴定时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml； V——测定试样时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml； C2——硫酸亚铁标准溶液的浓度，mol/l M——烘干试样质量。 （5）土壤全氮测定 称取风干土样（通过0.25mm筛）1.0g（含氮约 1mg），同时测定土样水分含量。将土样送入干燥的50ml开氏瓶底部，加1ml高锰酸钾溶液，摇动开氏瓶，缓缓加入2ml1∶1硫酸，不断转动开氏瓶，然后放置5min，再加入1滴辛 醇。通过长颈漏斗将0.5g（±0 01g）还原铁粉送入开氏瓶底部，瓶口盖上小漏斗，转动开氏瓶，使铁粉与酸接触，待剧烈反应停止时（约5min），将开氏瓶置于电炉上缓缓加热45min （瓶内土液应保持微沸，以不引起大量水分丢失为宜）。停火，待开氏瓶冷却后，通过长颈漏斗加2g加速剂和5ml浓硫酸，摇匀。消煮至 土液全部变为黄绝色，再继续消煮1h。消煮完毕，冷却，待蒸馏。 （6）土壤全磷的测定 土壤样品与氢氧化钠熔融，使土壤中含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐，用水和稀硫酸溶解熔块，在规定条件下样品溶液与钼锑抗显色剂反应，生成磷钼蓝，用分光光度法定量测定。 准确称取风干样品0.25g，精确到0.0001g，小心放入镍（或银）坩埚底部，切勿粘在壁上。加入无水乙醇3～4滴，润湿样品，在样品上平铺2g氢氧化钠。将坩埚（处理大批样品时，暂放入大干燥器中以防吸潮）放入高温电炉，升温。当温度升至400℃左右时，切断电源，暂停15min。然后继续升温至720℃，并保持15min，取出冷却。加入约80℃的水10mL，待熔块溶解后，将溶液无损失地转入100mL容量瓶内，同时用3mol/L硫酸溶液10mL和水多次洗坩埚，洗涤液也一并移入该容量瓶。冷却，定容。用无磷定性滤纸过滤或离心澄清。同时做空白试验。 （7）土壤碱解氮测定 准确称取土样2.00g，均匀铺在扩散外室中，水平转动扩散皿使样品铺平。在扩散皿内室中加入2ml2%硼酸溶液，并加一滴混合指示剂，然后在皿的外室边缘涂上碱性甘油，盖上毛玻璃盖并旋转，使之密合。在慢慢转动毛玻璃盖使外室的一边在毛玻璃盖小缺口处露出。用移液管有小缺口处向外室加入10ml1.0mol/NaOH溶液，立即盖严。小心水平转动扩散皿，使溶液与土壤充分混匀，用橡皮筋扎好，放入40℃温箱中，恒温24小时后取出，再以0.01mol/L 1/2 H2SO4标准溶液滴定硼酸溶液中所吸收的氨，溶液颜色由蓝绿变为微红色为终点。 7.土壤铵态氮硝态氮 称取5g 2 mm筛的土样置于150 m L三角瓶中，加入50 m L 2 M KCl溶液，摇床振荡1 h。过滤后用连续流动化学分析仪测定。 （9）土壤速效磷测定 称取过2mm筛的风干土1.25 g于塑料瓶中，加25 m L0.5 M NaHCO3，振荡 30 min，取出过滤，滤液用连续流动化学分析仪测定。速效磷（mg·kg-1）=测值 × 20 （10）土壤速效钾测定 称取过2mm筛的风干土5.00 g于塑料瓶中，加50 m L 1M乙酸铵溶液，振荡30 min，取出过滤。滤液用电感耦合等离子体发射光谱测定。 速效钾（mg·kg-1）=测值 × 10
3.3技术路线
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4. 参考文献
| [1]袁晶晶,同延安,卢绍辉,袁国军.生物炭与氮肥配施对枣园土壤培肥效应的综合评价[J].农业工程学报,2018,34(01):134-140. |
| [2]王玲,贾俊香,张毅,韩阳.生物炭对山西雨养旱地土壤肥力与酶活性的影响[J/OL].山西农业大学学报(自然科学版),2017(12):884-889[2018-03-04].https://doi.org/10.13842/j.cnki.issn1671-8151.2017.12.009. |
| [3]葛银凤. 连续施用生物炭对土壤理化性质及氮肥利用率的影响[D].沈阳农业大学,2017. |
| [4]姚钦. 生物炭施用对东北黑土土壤理化性质和微生物多样性的影响[D].中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所),2017. |
| [5]戴中民. 生物炭对酸化土壤的改良效应与生物化学机理研究[D].浙江大学,2017. |
| [6]赵军. 生物质炭基氮肥对土壤微生物量碳氮、土壤酶及作物产量的影响研究[D].西北农林科技大学,2016. |
| [7]车艳朋,魏永霞.生物炭对黑土区大豆节水增产及土壤肥力影响研究[J].中国农村水利水电,2016(01):55-58. |
5. 计划与进度安排
| （1）2022年3月1日~2022年4月1日接受毕业设计任务书，查阅资料，撰写开题报告，完成外文翻译，形成初步的实验方案。 （2）2022年4月5日~2022年5月10日开展相关试验，编写毕业论文初稿 （3）2022年5月1日~2022年5月15日毕业论文定稿 （4）2022年6月1日~2022年6月10日准备答辩
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