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东北黑土作为我国肥力最为丰富的土壤，由于近年来的不合理利用造成了严重的土壤退化，又因为超量施肥造成了土壤中氮磷大量积累，加剧了土壤面源污染的发生。生物质炭因其对环境友好、可再生、并且具有吸附性等特点成为修复东北黑土的第一选择，但生物质炭的种类繁多，不同的生物质炭对土壤的改良效果不同。为了弄清生物质炭对黑土肥力的作用，为生物质炭在黑土中应用提供理论依据，本研究以玉米秸秆生物质炭、稻壳生物质炭、松木生物质炭为研究对象，通过培养试验与高通量测序和室内分析相结合的方法，设置生物质炭的施用量为0、1.2%、6.0%不同处理，主要探究施入生物质炭后黑土养分、土壤微生物呼吸强度、酶活性、细菌、真菌的群落组成、几种与氮磷循环相关的功能基因的丰度变化。主要研究结果如下：
1)生物质炭的施用对黑土养分影响显著。施用三种生物质炭均可提高黑土中pH、有机质(SOM)、速效钾(AK)的含量，除松木生物质炭处理外，其它两种生物质炭的施用均可以提高黑土速效磷(AP)、全磷(TP)、全氮(TN)的含量，不同生物质炭对黑土pH、有机质、速效钾、速效磷、全磷、全氮的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。而三种生物质炭的施用均可以降低黑土中碱解氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)的含量。不同生物质炭对黑土中碱解氮、铵态氮、硝态氮的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。
2)生物质炭的施用对黑土微生物代谢活性的影响显著。玉米秸秆生物质炭可以显著提高土壤微生物呼吸强度，松木生物质炭可以显著降低土壤微生物呼吸强度。生物质炭的施用可显著提高黑土过氧化氢酶、转化酶和脲酶的活性，三种生物质炭的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。当生物质炭的施用量为1.2%时可显著提高黑土中性磷酸酶的活性，三种生物质炭的表现力依次为：玉米秸秆生物质炭＞松木生物质炭＞稻壳生物质炭。多酚氧化酶与土壤的腐质化程度呈负相关，其值越低，腐质化程度越高，三种生物质炭的施用均显著降低了多酚氧化酶的活性(施用1.2%松木生物质炭处理除外)，三种生物质炭的表现力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。
3)生物质炭的施用对黑土细菌群落组成有着显著影响且显著提高细菌种群多样性。三种生物质炭施用后在黑土中共检测到17种已知细菌门，其中优势菌门分别为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)。三种生物质炭均提高了黑土细菌多样性，影响力大小依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。通过冗余分析(RDA)发现，施用生物质炭后土壤AN、NH4+-N、NO3--N是影响细菌群落的主要影响因素。
4)生物质炭的施用对黑土真菌群落组成有着显著影响且显著提高真菌种群多样性。在三种不同生物质炭处理的黑土中共检测到5种已知真菌门，其中优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)，优势真菌属主要包括耐冷真菌属(Geomyces)、镰刀菌属(Fusarium)、腐质菌属(Humicola)、毛壳菌属(Chaetomium)、青霉菌属(Penicillium)。三种生物质炭的施用均可以显著提高黑土真菌多样性，三种生物质炭的表现力依次为：稻壳生物质炭>玉米秸秆生物质炭>松木生物质炭。通过冗余分析(RDA)发现，施用生物质炭后影响真菌群落的环境因子主要为pH和SOM。
5)生物质炭的施用可显著提高黑土氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、固碳菌(cbbl)、反硝化细菌(nosZ)(1.2%稻壳生物质炭处理除外)的基因丰度。不同的功能基因对不同生物质炭的响应不同，AOA、解磷菌(gdh3)基因对玉米秸杆生物质炭的响应显著，AOB、cbbl基因对稻壳生物质炭的响应显著，nosZ基因对松木生物质炭的响应显著，三种生物质炭对固氮菌(nifH)基因丰度的影响较小。
6)生物质炭有利于改善土壤的养分状况，通过改变微生物的生长环境影响其群落组成、代谢活性及生态功能。
1)生物质炭的施用对黑土养分影响显著。施用三种生物质炭均可提高黑土中pH、有机质(SOM)、速效钾(AK)的含量，除松木生物质炭处理外，其它两种生物质炭的施用均可以提高黑土速效磷(AP)、全磷(TP)、全氮(TN)的含量，不同生物质炭对黑土pH、有机质、速效钾、速效磷、全磷、全氮的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。而三种生物质炭的施用均可以降低黑土中碱解氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)的含量。不同生物质炭对黑土中碱解氮、铵态氮、硝态氮的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。
2)生物质炭的施用对黑土微生物代谢活性的影响显著。玉米秸秆生物质炭可以显著提高土壤微生物呼吸强度，松木生物质炭可以显著降低土壤微生物呼吸强度。生物质炭的施用可显著提高黑土过氧化氢酶、转化酶和脲酶的活性，三种生物质炭的影响力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。当生物质炭的施用量为1.2%时可显著提高黑土中性磷酸酶的活性，三种生物质炭的表现力依次为：玉米秸秆生物质炭＞松木生物质炭＞稻壳生物质炭。多酚氧化酶与土壤的腐质化程度呈负相关，其值越低，腐质化程度越高，三种生物质炭的施用均显著降低了多酚氧化酶的活性(施用1.2%松木生物质炭处理除外)，三种生物质炭的表现力依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。
3)生物质炭的施用对黑土细菌群落组成有着显著影响且显著提高细菌种群多样性。三种生物质炭施用后在黑土中共检测到17种已知细菌门，其中优势菌门分别为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)。三种生物质炭均提高了黑土细菌多样性，影响力大小依次为：玉米秸秆生物质炭＞稻壳生物质炭＞松木生物质炭。通过冗余分析(RDA)发现，施用生物质炭后土壤AN、NH4+-N、NO3--N是影响细菌群落的主要影响因素。
4)生物质炭的施用对黑土真菌群落组成有着显著影响且显著提高真菌种群多样性。在三种不同生物质炭处理的黑土中共检测到5种已知真菌门，其中优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)，优势真菌属主要包括耐冷真菌属(Geomyces)、镰刀菌属(Fusarium)、腐质菌属(Humicola)、毛壳菌属(Chaetomium)、青霉菌属(Penicillium)。三种生物质炭的施用均可以显著提高黑土真菌多样性，三种生物质炭的表现力依次为：稻壳生物质炭>玉米秸秆生物质炭>松木生物质炭。通过冗余分析(RDA)发现，施用生物质炭后影响真菌群落的环境因子主要为pH和SOM。
5)生物质炭的施用可显著提高黑土氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、固碳菌(cbbl)、反硝化细菌(nosZ)(1.2%稻壳生物质炭处理除外)的基因丰度。不同的功能基因对不同生物质炭的响应不同，AOA、解磷菌(gdh3)基因对玉米秸杆生物质炭的响应显著，AOB、cbbl基因对稻壳生物质炭的响应显著，nosZ基因对松木生物质炭的响应显著，三种生物质炭对固氮菌(nifH)基因丰度的影响较小。
6)生物质炭有利于改善土壤的养分状况，通过改变微生物的生长环境影响其群落组成、代谢活性及生态功能。