生物质炭修复园林退化土壤及促进杜鹃花生长的机理研究

Biochar play a important role in utilization of agricutural wastes resource, improving soil quality, increasing crop productivity and environmental remediation. However, in recent years, most of studies focused on the function of biochar in agriculture systems but pay less attention on restoration of degraded landscape soils. Rhododendron, one of the top 10 traditional flowers in China, was endowed with highly ornamental value and landscape value. The soil degradation inhibited the roots development of Rhododendron, which could further result in the decline and even death for the plant. As the properties and mechanism of different biochar are varied from the raw materials for biochar producing, we choose three types of biochar produced from crop straw, garden waste and manure to investigate the effects of biochar on soil restoration and the growth of Rhododendron through pot studies. We will also study the effects of biochar on the root system of Rhododendron by observing root characteristics consecutively. Furthermore, we will provide further insights into mechanisms of the influence of biochar on soil restoration and promoting the growth of Rhododendron through 1) analyze the physical and chemical properties of soil, 2) study soil microbial community abundance, structure and activity in rhizosphere and bulk soil through quantitative real-time PCR (qPCR) and high-throughput sequencing. This study aims to develop reasonable measures for the restoration of degraded landscape soils and provide a scientific guideline for the application of biochar.

生物质炭在农业废弃物资源化利用、土壤改良培肥、保障作物生长以及环境改善中发挥重要的作用。然而，近年来对生物质炭的研究多侧重于农田土壤改良，甚少关注其对园林绿化土壤的修复效应。杜鹃花为我国名花，已被大量应用于园林绿化中。但是，由于园林土壤退化严重，抑制了杜鹃花根系发育，导致栽培后的植株生长衰弱甚至死亡。因不同原料生物质炭的性质和作用效果差异较大，本研究拟通过土培试验，研究比较农作物秸秆、园林废弃物、畜禽粪便等不同来源生物质炭对园林退化土壤的改良效应及对杜鹃花生长的促进作用；并通过对杜鹃花根系特征的连续观测，研究生物质炭对杜鹃花的根系效应。此外，本研究将通过高通量测序、定量PCR等分子手段研究施入不同原料生物质炭对杜鹃花根际及非根际土壤微生物丰度、群落结构和功能活性的改变，结合生物质炭对土壤理化性质的影响，探讨生物质炭改良园林退化土壤及促进杜鹃花生长的机理，为生物质炭的合理应用提供理论依据。

杜鹃花（Rhododendron）是我国十大传统名花之一，现已被广泛应用于园林造景与城市绿化。杜鹃花喜疏松、通气良好、有机质含量较高的酸性土壤。然而，园林绿化中不合理的栽培措施、建筑垃圾等引起的土壤退化，导致杜鹃花生长势衰弱，极大地降低了其在园林绿化中的观赏效果。因此，本研究首先以南京市为例，通过对南京市城市绿地土壤的调查分析，了解城市绿地土壤质量现状。并进一步通过盆栽试验，探究不同生物质炭（原料、裂解温度、用量等）对杜鹃花生长以及土壤质量的影响，以期为生物质炭在城市园林中的应用提供理论依据和数据支撑。.<1>通过南京市代表性绿地土壤调查研究，发现南京市城区不同功能区绿地土壤容重偏大且pH整体呈碱性，且公园绿地土壤质量要高于居住区和道路绿地。.<2>对比分析了不同原料的生物质炭和施用方法对退化园林土壤的改良效果。研究表明，不同原料的生物质炭单施均可促进杜鹃花植株对氮磷钾的吸收，但混施有机发酵物和同原料生物质炭对植物的促生作用优于单施生物质炭，其中1%秸秆发酵物+1%秸秆生物质炭处理效应最优；混施对土壤微生物丰度以及群落结构的影响也同样比单施生物质炭处理影响剧烈。此外，仅混施1%秸秆发酵物+1%秸秆生物质炭处理可同时提高土壤铵态氮，硝态氮含量以及nosZ/(nirS+nirK)的比值，减少土壤氮素损失。因此，在园林退化土壤修复中，选取秸秆生物质炭与秸秆发酵物混施为较优的改良方式。.<3>对比分析了不同裂解温度的生物质炭对园林退化土壤的改良效果。结果表明，生物质炭对杜鹃花生长和土壤性质的影响取决于热裂解温度。与对照相比，350°C 和 550°C 生物质炭在光合特性、生物量、根系形态以及 N 和 P 吸收方面对杜鹃花生长有显着促进作用，而700°C生物质炭对上述生长参数显示出抑制作用。 .<4>对比分析了不同施用量的生物质炭对园林退化土壤的改良效果。研究结果表明添加高量生物质炭（6%-10%）可同时提高土壤速效养分，且生物质炭施入比例为8%时，杜鹃花根系发育最好，对氮磷的吸收量最高，成花比例超过50%。.