生物质炭(biochar)是各种生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化后的固态物质，具有高度的芳香性，物理、化学和生物抗分解性。随着炭化工艺的日趋成熟和生物质炭稳定的碳封存效果，大规模转化农业废弃物为生物质炭以应用于土壤改良和生态环境保护成为现实可能，并正受到越来越多的研究关注。生物质炭对土壤环境可以产生多方面的有益影响，其发达的孔隙结构和较大比表面积等特性，有利于农田土壤水分保持、养分固持和提高利用率，改善土壤微生物群体的生存环境;生物质炭也因而被广泛用作土壤调理剂，以降低土壤酸度、提高土壤质量、促进作物生长和增产。但是，生物质炭在土壤中的转化过程特性及与土壤性质的关系非常复杂，目前并不十分清楚，对可能参与其降解的土壤微生物群体的多样性研究也相当薄弱。研究生物质炭在土壤中的转化过程及对微生物特性变化的影响，将为深入认识土壤碳循环机制提供科学依据，对推动生物质炭技术的开发应用也有重要的实际指导意义。　　本文以常见农业废弃物——秸秆为主要物料，在300℃、400℃和500℃下热解制备生物质炭材料，比较其元素组成和化学性质的差异;选用南方水稻土为供试土壤类型，通过开展系列室内培育试验，研究了生物质炭在水稻土中的短期化学行为和微生物学特性变化，观测了不同温度和水分条件下生物质炭转化的动态过程，解析了不同性质生物质炭添加对水稻土化学和微生物学性质的影响，结合运用稳定同位素示踪技术和磷脂脂肪酸方法(13C-PLFA)阐明了不同化学组成的物料在水稻土中的降解特性，及参与微生物的群落结构组成变化特征。得出以下主要结果和结论:　　(1)物料类型和热解温度很大程度决定了生物质炭本身及其在培养过程中的元素组成和化学性质差异。生物质炭均为碱性，其O/C和H/C值均随热解温度的升高而降低;全磷和盐基离子含量则随温度的升高而增加，且秸秆炭高于木质炭。将生物质炭颗粒与水稻土混合培养，定期采样观测生物质炭本身的理化和生物学特性变化，培养过程中颗粒生物质炭样品可提取有机碳(WEOC)组分含量逐渐降低，且主要发生在培养开始的15天内;而在培养的45到75天间，其WEOC含量出现明显增加。玉米秸秆炭鉴定到的微生物PLFA生物量和种类都较其他类型生物质炭丰富;鉴定得到的微生物群体主要为普通细菌，平均占PLFA总量的58.9％～81.7％。生物质炭的化学性质如pH、WEOC、总氮(TN)和总磷(TP)含量与固着微生物的PLFA总量及群落结构组成变化显著相关。　　(2)通过12个月的室内袋装实验，研究了不同温度和水分条件下，水稻秸秆炭和玉米秸秆炭在水稻土中的转化特性，结果发现环境条件显著影响了生物质炭在土壤中的稳定性和降解特性。无论淹水还是好气条件下，以及不同温度下，两种秸秆炭化学特性的显著变化都发生在培养1个月内，而培养后期（6到12个月），则趋于缓和。培养结束时，水稻秸秆炭和玉米秸秆炭的pH值分别下降3.91和3.39个单位，WEOC含量分别仅为初始值的10.3％和20.7％。相关分析表明，生物质炭化学性质变化与土壤相关特性的变化显著相关。培养结束时，生物质炭表面C-O-C、C=O、N-G-O和NO等含氧官能团比例明显增加，而C-H/C-C和NH2等结构的比例出现降低。培养温度和水分条件影响生物质炭固着微生物群体的代谢活性和多样性指数;水分条件是影响微生物碳源利用特性的主要环境因素。培养前期，生物质炭的pH、WEOC、TP、NO3-和NH4+等性质显著影响了不同生物质炭样品间微生物代谢功能的差异，而土壤化学性质如pH、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和NO3-等则在培养后期起到主要作用。　　(3)将粉末生物质炭与水稻土混匀进行培养试验，观测土壤氮素转化过程及微生物群落结构特性变化，结果显示不同物料类型和生物质炭添加量差异导致土壤氮素转化过程和微生物群落结构的明显变化。较高的施用水平会引起更大程度的氮素净矿化和净硝化速率，如添加2％秸秆炭处理，净氮素矿化率分别比0.5％和1％添加量下增加1.04和0.91 mgkg-1 d-1;秸秆类生物质炭对氮素转化过程的影响程度比木质类生物质炭大。不同性质生物质炭的添加引起土壤微生物群落结构组成的变化具有差异，且生物质炭的添加量决定其对土壤化学和微生物学性质的影响程度。同时，在1％添加量下，300℃、400℃和500℃制备的水稻秸秆炭和玉米秸秆炭均可以改良土壤酸度，平均增加土壤有机碳、速效磷和速效钾的含量达26.1％、20.6％和281.8％。;两种秸秆炭均可以提高土壤微生物生物量碳和磷脂脂肪酸含量，且表现为300℃＜400℃＜500℃。秸秆炭通过改变水稻土的化学性质，间接影响土壤微生物群落结构的变化;其中，水稻秸秆炭对微生物群落结构的改变较玉米秸秆炭显著。　　(4)采用标记水稻秸秆炭进行360天培育试验，结合稳定同位素磷脂脂肪酸技术(13C-PLFA)分析得出，生物质炭1％添加量下并没有促进土壤原有有机碳的矿化分解，其对土壤释放CO2的贡献率远低于相同添加量的水稻秸秆和根系。培养结束时，添加生物质炭(RB)处理MBC含量与对照(CK)无显著差异，而添加水稻秸秆（RS）和水稻根系(RR)处理MBC含量分别比CK增加31.9％和44.2％;13C-MBC分析结果表明，生物质炭的碳组分进入MBC的比例远低于秸秆和根系，如培养至360天，MBC中来源于RB、RS和RR的比例分别为0.6％、20.6％和13.2％添加RB对土壤PLFA总量无显著影响，而RS和RR均可以增加总PLFA和分类PLFA量。平均值离差(MD)分析得出，添加三种有机物料均引起微生物PLFA丰度值的显著增加，且RS和RR处理的变化程度显著高于RB处理。13C-PLFA分析表明，参与不同化学组成物料分解的微生物群体结构具有差异;且在不同培养时期，起主要分解作用的微生物类群也不同。冗余分析(RDA)结果表明，外源物料添加引起的土壤性质如有机碳、pH、速效磷和速效钾等的变化，与土壤微生物群落结构组成的变化显著相关。