黄壤农田土壤动物对生物炭还田模式的响应特征研究

As soil amendment, the application of biochar is beneficial to soil structure and physic-chemical properties, and could improve soil quality and fertility, crop yield and quality. Soil fauna is one of the most important biological factors influencing soil ecological process. The responses of soil fauna community structure and function are one of the biological mechanisms of soil improvement by biochar. There is a large gap in our understanding upon the response characteristics of soil fauna community to bioichar application in farmland ecosystem. Long-term field experiment will be carried out to study the responses of soil fauna biodiversity, activity and litter decomposition function to crop litter biochar returning amount and methods. Multivariate statistical analysis (e.g ordination analysis and structural equation modeling) will be used to study the relationship between soil fauna community and soil physic-chemical properties, and to reveal the key factors influencing farmland soil fauna communities under different plant litter biochar returning models. The implementation of the program is beneficial to protect farmland soil fauna biodiversity, to realize farmland soil fauna ecological functions, and to provide references and data supporting for the application of biochar in farmland ecosystem.

生物炭作为土壤改良剂，施用于农田可以改善土壤结构及理化性状、提升土壤质量和肥力、提高作物产量和品质等。土壤动物是土壤生态过程重要的生物驱动因子，其群落结构和生态功能对生物炭还田的响应是生物炭改良土壤的主要作用途径之一，但其响应特征及其主要影响因素尚不清楚。项目选择贵州黄壤农田生态系统，采用田间长期定位试验，基于对土壤动物多样性、活动性能和分解功能的研究，阐明作物秸秆生物炭不同还田量和不同还田方式下土壤动物群落的变化规律；运用排序分析、结构方程模型等多元统计分析方法，探讨生物炭、土壤动物和土壤理化性质之间的相互作用关系，揭示生物炭不同还田模式下农田土壤动物多样性、活动性能和分解功能变化的关键影响因子。项目的实施将有助于深入对农田生物多样性的保护及其生态功能实现的认识，并为生物炭的田间应用提供理论依据和数据支持。

摘要：生物炭作为土壤改良剂，施用于农田可以改善土壤结构及理化性状、提升土壤质量和肥力、提高作物产量和品质等。土壤动物是土壤生态过程重要的生物驱动因子，其群落结构和生态功能对生物炭还田的响应是生物炭改良土壤的主要作用途径之一，但其响应特征及其主要影响因素尚不清楚。项目选择贵州典型分布的黄壤和石灰土农田生态系统，采用田间定位试验，研究了玉米秸秆生物炭施用对土壤动物群落的影响。主要取得以下结果：贵州黄壤农田与石灰土农田土壤动物物种组成具有差异，但都以跳虫和螨类为主要类群；施用生物炭可增加酸性黄壤pH值，而降低碱性石灰土pH值；土壤有机碳含量在黄壤和石灰土中均随生物炭施用量的增加而增加；生物炭也可一定程度增加黄壤农田土壤酶活性；主坐标分析（PCoA）结果表明生物炭不同施用量和作用时间显著影响黄壤和石灰土农田土壤动物群落结构；土壤动物密度、类群数量和取食活性等指标随生物炭施用量的增加基本上呈先增加后降低的趋势，在黄壤和石灰土农田中总体上均表现为10t/hm2的生物炭施用量效果最优，而50t/hm2的施用量各指标相对较差；运用排序分析和结构方程模型揭示了生物炭、土壤动物和土壤理化性质之间的相互作用关系，生物炭施用对土壤动物群落具有直接的影响，此外生物炭施用导致土壤温湿度、碳氮磷等土壤理化指标和酶活性的变化也不同程度的解释了土壤动物群落的改变。项目揭示了贵州黄壤和石灰土农田土壤动物群落对生物炭还田的响应特征，以及生物炭作用下土壤动物群落变化的影响途径，为生物炭的田间应用提供土壤动物学数据。发表论文6篇，其中SCI收录1篇、EI收录1篇；授权国家发明专利1项；培养研究生3名。