生物炭对喀斯特地区多穗柯生理生态及根际土壤稳定性的影响机制

Bio-char is made from bio-material by pyrolysis without oxygen. It has high carbon content, high porosity and high adsorption capacity. In recent years, it has been widely used in soil remediation, soil improvement and carbon sequestration. However, the studies are most applied to high weathering and low pH soil. The effects of bio-char apply to rocky desertification, Karst region are still rare. Soil conservation and improvement is the key to protect the fragile ecology of the rocky desertification area. The hypothesis is that biochar will improve the soil fertiliztion and ectomycorrhizon diversity, thus increase plant photosynthesis capacity, biomass and so on. This study aims to clarify the effects of bio-char applying to limestone soil through field pot experiment. The bio-char will be classified by different size and different proportion (bio-char:soil). Local tree species (Lithocarpus polystachyus rehd) is the plant material. The photosynthetic capacity and other physiological biochemical parameters will be measured. In addition, the changes of root morphology, ectomycorrhizal diversity and soil properties will be analyzed. This project analyzes the effect of bio-char on soil restoration in rocky desertification area from the above ground and underground, which provides the theoretical basis for ecological restoration in Karst rocky desertification area.

生物炭是生物质在缺氧或无氧条件下热裂解得到的固体产物，是一种含碳量高、多空隙、吸附能力强的多用途材料。近年来被广泛的应用到土壤修复、土壤改良和碳的封存中。然而国内外对生物炭改良土壤的研究多为应用于风化程度高的土壤和酸化土壤，对西南地区喀斯特岩溶石漠化地区形成的石灰土中的研究十分缺乏。保护喀斯特岩溶区脆弱生态的关键是保存和改良石漠化区土壤，本研究利用农林废弃物制作的生物炭，通过野外盆栽试验，将生物炭按照不同粒径和不同配比添加到岩溶石漠化区的石灰土中，以药食兼用的本土树种多穗柯为试验材料。对多穗柯的光合能力以及其它生理生化指标进行测定。此外对根系形态变化、外生菌根多样性和土壤物理性质、化学性质和抗蚀性进行分析研究。从地上和地下全面研究生物炭对石漠化地区土壤及多穗柯的生理生态影响机制，为多穗柯的繁育和喀斯特石漠化地区生态保护提供理论依据。

近年来生物炭被广泛应用到土壤修复、土壤改良和碳的封存中。保护喀斯特岩溶区脆弱生态的关键是保护和改良石漠化区土壤，然而国内外对生物炭改良喀斯特黄色石灰土中的研究十分缺乏。本研究利用果木枝生物炭进行盆栽试验，综合分析生物炭、土壤和多穗柯之间的相互作用，解析生物炭调控多穗柯生长和土壤改良的效应。实验中将生物炭粒径对照卡庆斯基分类法将其划分为三个粒径级：0.25~0.5mm, 0.5~1mm,1~2mm和以上三种粒径1:1:1的混合物，与土壤按照1%，2%，5%的比例混合。以三年生药食兼用的多穗柯为试验材料在育苗盆中进行培养，对多穗柯的生理生化指标和土壤性状进行测定。主要研究生物炭与石漠化地区土壤对多穗柯的生理生态影响机制，为多穗柯的繁育和喀斯特石漠化地区生态保护提供理论依据。结果表明（1）施加生物炭比例低于2%时可以促进多穗柯幼苗株高、地径及各叶片参数的生长，（2）施加生物炭比例低于2%时可以显著提高叶片叶绿素含量，净光合速率，增加叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量，同时降低了丙二醛（MDA）含量，（3）添加比例相同时，1-2 mm粒径的生物炭提高土壤容重、总孔隙度幅度最大。实验中生物炭添加提高了土壤pH值0.01-0.54个单位。（4）生物炭添加增加了土壤有机质、全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾的含量。(5) 生物炭添加可以改善土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的含量最佳，土壤酶指数显示在低于5%的添加比例内生物炭粒径越小、添加比例越高对土壤酶改善越好。这些成果为喀斯特黄色石灰土的改良和植物种植提供科学支持。