中国针对盐碱土改良的研究已积累大量的成果,其措施也表现出多样性,其中“旱改水”措施在一些地区已体现出显著的功效。然而,在“旱改水”过程中,土壤中的盐分依旧存在,如何有效地降低盐分的影响,是该措施推广和扩大利用范围的核心。生物炭(biochar)是有机质在缺氧环境下经热化学转化而形成的多孔含碳固体,具有适于在环境中长时间并安全贮存碳的物理、化学和生物学性质。向土壤中加入生物炭,不仅可改变土壤中的离子平衡、调节盐基离子浓度和pH,而且能够显著提高土壤中微生物的活性及多样性,改善微生物的附着性能,促进土壤微生物的生长,进而可强化生物抗盐和生物净化的能力。在中国各大农业区进行的试验表明,在盐碱瘠薄土壤、环境污染土壤、退化板结土壤上施用生物炭,均表现出快速消除低产因子,规避和控制重金属污染,遏止盐分上升等多种良好作用。在盐碱地施用生物炭,能够降低土壤pH和盐分离子含量,而该研究目前只限于旱地土壤。在“改水”后,土壤形成厌氧环境,在干湿交替变化中,由微生物介导的异化铁还原过程在稻田土壤厌氧环境中占据重要地位,添加生物炭能够改变盐基离子、微生物及有机物的聚集状态,所以伴随的厌氧微生物学过程也会发生改变。此外,脱氢酶活性是也表征环境氧化还原状态的一个重要参数,它与土壤中微生物的活性及种群信息密切相关。因此,研究“旱改水”与生物炭配合使用对盐碱地的改良效果和机理对减弱土壤盐渍化有重要意义。本论文通过淹水模拟“旱改水”过程,添加不同用量和粒径的生物炭,分析该过程中体系pH、铁还原过程、脱氢酶活性以及游离碳酸盐、碳酸氢盐的变化及其之间的相互关系,以探究生物炭对淹水土壤中微生物过程的影响及添加生物炭后淹水土壤中碳酸盐赋存形态的变化特征,为阐述生物炭在淹水土壤中的作用机理提供必要的理论依据,进而阐明生物炭在“旱改水”措施中降低土壤盐碱化的机理。研究主要得到以下结论:(1)“旱改水”措施能够降低盐碱土pH,促进Fe(III)还原过程和脱氢酶活性,有效降低了游离碳酸盐的含量。pH、Fe(II)含量、碳酸盐、碳酸氢盐含量中各因素之间均表现出极显著的相关关系。(2)生物炭能提高吉林(JL)、宁夏(NX)、天津(TJ)土中的脱氢酶活性和铁还原能力,不同生物炭用量处理之间差异显著。不同生物炭用量对脱氢酶活性和铁还原能力的影响,表现为随着生物炭用量的增加脱氢酶活性和铁还原能力增大。JL、NX、TJ土中,添加生物炭的处理最大铁还原潜势分别增加了1.3%-2.6%、1.5%-7.6%、0.3%-6.5%,脱氢酶最大活性分别增加了57.9%-130.0%、53.3%-151.3%、63.8%-136.9%。铁还原最大潜势与达到脱氢酶最大生成速率对应的时间极显著相关,两者在培养过程中相互促进。(3)生物炭能够提高吉林(JL)和天津(TJ)两种土壤中脱氢酶活性和铁还原能力,不同生物炭粒径处理之间差异显著。不同粒径生物炭对脱氢酶活性和铁还原能力的影响,表现为随着生物炭粒径的减小脱氢酶活性和铁还原能力增大。脱氢酶活性的增加加速了脱氢产氢过程,H2作为电子供体促进微生物铁还原过程;Fe(II)含量的增加能够协助脱氢酶加快NAD+的还原速度,提高脱氢酶活性。培养过程中脱氢酶活性和铁还原过程相互促进,两者呈现显著的正相关关系。土壤初始pH影响微生物反应,生物炭对脱氢酶活性和铁还原过程的影响,因两种土样初始pH不同而存在差异。(4)在淹水培养条件下,添加生物炭增加了碳酸氢盐的浓度,即增大碳酸盐的溶出量,不同处理之间表现为随着生物炭用量的增加、粒径的减小,碳酸氢盐浓度增大。土壤初始pH值是制约碳酸盐溶出量的重要因素。生物炭的添加显著增强了微生物还原Fe(III)的能力,生成的Fe(II)理论上能够与CO32-结合形成沉淀态铁化合物,从而降低碳酸盐累积造成的危害。培养过程中碳酸盐、碳酸氢盐浓度与体系pH呈现显著的正相关及负相关关系。生物炭不仅能够吸附体系中的阳离子,同时生物炭对微生物的作用促进了厌氧培养体系的产氢产酸过程,导致盐碱土中阳离子含量降低、碳酸盐向碳酸氢盐及二氧化碳转化,从而有效降低了土壤碳酸盐含量及pH,显示出生物炭在“旱改水”措施中对盐碱土改良的功效。生物炭对盐碱土改良效果因土壤性质不同而存在一定差异,但均表现为随着生物炭添加量的增加及粒径的减小,改良效果越显著。