土壤盐碱化是制约干旱区生态环境和粮食储备安全的重大环境问题之一，不仅严重影响土壤质量和农业可持续发展，同时对基础设施、水资源、生态环境和社会稳定产生不利影响。新疆作为我国西北部干旱区的重要组成部分，分布着大量的农垦区，其肩负着维护民族团结、边疆稳定和提高各族人民生活水平的重任。以灌溉为特征的绿洲农业是新疆的经济基础，维系着全疆95％以上人口的生计，在新疆的这些农业地区分布着大面积的盐碱化土地。新疆绿洲土地面积约4百万hm2，农业生产管理方式相同，都具有灌溉农业的特点，在土地生产力及其可持续发展方面均面临土壤盐碱化和水资源不足等问题。这些问题作为新疆经济发展的重要制约因素，目前已暴露于现行绿洲农业管理过程之中，未来将更显突出。然而，干旱的气候特征加上水资源储备不足限制了土壤的生产力和农业生产的发展，不合理灌溉（如漫灌）不仅会导致干旱区土壤结构的破坏、土壤板结、土壤盐碱化等环境问题，并且对水资源也是极大的浪费。与新疆类似，我国北方干旱、半干旱区耕作土地面积在3亿hm2以上，同样面临水资源短缺和土壤退化等问题。因此，寻求新技术以防治土壤盐碱化并提高绿洲土地生产力是新时期新疆乃至我国整个干旱区经济发展的当务之急。　　生物炭是一种比表面积和孔隙度都较大的物质，其保水保肥的性质使其具备了改善土壤结构，增加作物产量的能力。生物炭技术是将作物秸秆、林业废弃物、动物粪便等生物质材料或其衍生物进行碳化，然后以适当方式和标准施用于土壤以获得相应经济、生态和环境收益的科学和技术理念。研究发现将这种生物质碳化物添加至土壤可以改善土壤质量、保持土壤肥力、具有保水增肥、固碳和提高作物产量等作用。尽管生物炭在提高绿洲土地生产力以及改善土壤的保水保肥能力方面可能具有较大潜力，但其施用对干旱区土壤盐碱化有何影响，会不会减轻或加重土壤盐碱化程度是直接关系到生物炭在干旱区的适用性的关键问题。　　基于上述考虑，我们选择了地处南疆的喀什地区绿洲农业土壤灌淤土为研究对象，采用室内模拟实验和室外观测相结合的方法，系统研究生物炭施用对土壤盐碱化离子迁移、土壤结构、水分特征、棉花产量和温室气体排放等因素的影响;同时鉴于生物质原料对生物炭性质有较大影响，我们对比了不同气候带（干旱区、半干旱区和湿润区）同种生物炭之间以及相同气候带秸秆生物炭（玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和小麦秸秆）和硬木生物炭（刺槐、柳树和洋槐）之间的性质差异。本研究的目的是为生物炭技术在干旱区的农业推广提供一定的理论基础和借鉴。主要结论如下:　　1.秸秆生物炭（玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和小麦秸秆）与硬木生物炭（刺槐、柳树和洋槐）的理化性质有较大的差异。由于施肥等农艺措施的影响，秸秆生物炭的K+、Ca2+、Mg2+、阳离子交换量、Cl-、pH和盐度一般高于纯自然生长的硬木生物炭。而表面酸碱度、总碳、有效磷和NH4+-N则未出现类似规律。在不同气候带的生物炭之间，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、电导(EC)和Cl-含量随着气候带从湿润、半干旱至干旱逐渐增加，总碳、阳离子交换量、pH、表面酸碱度、有效磷和NH4+-N含量则与气候带无明显关系。从营养离子K+，阳离子交换量和改良酸性土的角度来看，秸秆生物炭比硬木生物炭更适合作为酸性土的改良剂;另外由于盐碱化离子含量较低，硬木生物炭则比秸秆生物炭更适合作为盐碱土的改良剂。生物炭的EC，Na+和Cl-在降雨量最小的干旱区含量最高，说明了这些地方的生物质特别是秸秆生物质所制成的生物炭施用于当地土壤初期可能具有较高的恶化土壤盐碱化的风险。　　2.添加生物炭能够在土壤盐碱化治理方面产生积极的作用，能够明显增加土壤的保水能力，降低土壤容重，改善土壤的结构;其中10％的添加量可提高土壤的田间持水量达54.67％，将土壤容重从1.26 g cm-3降低至0.76 gcm-3。其中保水效果在干旱区的作用尤为明显，可以直接减少每年耕作期所需的灌溉水量，仅从减少春灌水量来看，减少的量可达到每年100～120 m3/亩，这对于干旱区土壤盐碱化的防治和农业发展无疑有巨大的意义。室内试验表明添加生物炭会提高表土的盐碱化离子含量，增加表土盐度。而这种盐度的富集仅仅发生在表土1～2 cm范围内，因此这种盐度富集效应除了在作物种子发芽出苗阶段会产生不利影响之外，在后期生长阶段并不会对作物生长产生明显的影响。且由此带来的负面效应可以通过一些诸如适时灌水等必要的措施得以缓解或避免。从野外试验数据来看，这种负面效应在土壤经历两至三次大规模灌水之后就会逐渐消失。因此，在干旱区，生物炭的应用会在土壤盐碱化的治理、改善土壤水分状况、减少灌溉水用量等方面产生积极的作用。　　3.生物炭的施用能提高棉花的产量。实验数据显示，条施或沟施方式下生物炭对棉花作物的增产效果不明显，但混施方式表现出了显著的增产效果。5％的施用量提高皮棉产量可达26％的水平。其中5％的混施处理对棉花株高、单株果枝数和单株结铃数的提高率分别可达10％、13％和156％。本研究结果不仅可以直接指导新疆绿洲的棉花生产，还可以为我国北方广大干旱区农业生产和管理提供借鉴。　　4.生物炭的添加能够在短期内增加土壤CO2的释放和减少土壤N2O的释放。在保湿处理中，施用生物炭显著增加CO2通量主要是通过增加土壤中溶解有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量来实现，而显著减少N2O通量则主要通过降低土壤中NO3--N和NH4+-N含量来实现。在整个试验过程中，5％和10％的添加比例能够分别增加土壤CO2释放量达到12.0％和43.6％，分别减少土壤N2O的释放达32.4％和41.4％，且差异均达到了显著水平。在干湿交替处理中，土壤由干变湿的过程会对土壤CO2和N2O通量产生脉冲，但随着干湿交替过程的增多，这种脉冲会减弱或消失。生物炭的添加增加了CO2释放的脉冲强度，N2O却没有出现类似的规律。生物炭的添加明显增加了土壤的CO2累积释放量却减少了N2O的累积释放量，其中5％和10％的添加比例能够分别增加土壤CO2释放量达到21.8％和32.4％，分别减少土壤N2O的释放达3.9％和19.71％，且差异均达到了显著水平。与保湿处理相比，干湿交替过程促进了土壤CO2的释放，减少了土壤N2O的释放。虽然添加生物炭会在短期内增加土壤CO2的释放，但是这也不能抵消其在土壤长期的碳封存等方面对减排产生的积极作用。　　总体来说，选取合适的生物炭类型（如硬木生物炭）并且以混施的方式施入新疆绿洲农业土壤会在该地区土壤盐碱化的防治、土壤的改良（土壤容重、透气性、孔隙度和保水能力）和土地生产力的提高等方面产生积极的效果;这不仅可以缓解该地区的缺水压力，并且能直接增加作物产量，提高农民收入。因此生物炭在新疆乃至中国整个干旱区农业土壤有较大的应用潜力。但是目前针对干旱区农业土壤的生物炭研究相对薄弱，生物炭对土壤结构等特征的影响机理以及如何选取合适的生物炭类型还有待进一步研究。