黑土是最宝贵的土地资源,有着“土中瑰宝”的美誉,黑土的肥力较高、结构性良好、适合作物生长。东北黑土地区是世界四大黑土地区之一,在确保区域生态环境安全,国家粮食安全和农业可持续发展方面具有不可替代的作用。但是,由于多年来黑土资源的大量利用,黑土的天然肥力逐年下降,黑土退化严重,黑土层逐渐变薄,黑土地的保护和管理刻不容缓。此外,黑龙江省秸秆资源丰富但综合利用率仅约为33%,同时农业用水的有效利用率低,严重限制了本地农业的可持续发展,以作物秸秆为主制备生物炭（biochar）,不仅可以减轻秸秆焚烧等对大气的污染,而且生物炭可以改良土壤结构、提高土壤持水性、增加作物产量。本文基于以上背景在黑龙江省水利科学研究实验基地进行了为期4年的试验,仅于2016年在典型坡度径流小区施加生物炭以后便不再施加生物炭,通过室内外试验相结合分析了2016年至2019年单次施用生物炭后4年内对土壤理化性质、土壤水动力学参数的后效应,并应用HYDRUS软件对土壤水分运动和溶质运移进行数值模拟,明确单次施用生物炭后4年内对黑土区坡耕地土壤水分运动和溶质运移的后效应规律。得到以下主要结论:（1）生物炭对土壤理化性质的后效应的结果表明:单次施用生物炭4年内明显减小土壤容重,增加土壤孔隙度、饱和含水率和田间持水量,使土壤结构变疏松、熟化程度增加、通透性增强、持水性能提高,使水分、养分更易运达作物根系,促进作物生长发育。但随着施加生物炭后年限和坡度的增加,土壤容重的减小幅度、土壤孔隙度的增大幅度以及土壤持水能力的提升幅度均呈明显的减小趋势。施用生物炭后可使表征肥力的土壤p H值、有机质、铵态氮和速效钾含量显著增加（P<0.05）,使土壤养分等级上升、土壤综合肥力增强,促进大豆增收增产,土壤有机质、铵态氮和速效钾最大增长率分别为18.21%、27.23%、20.31%,与坡度、年份的关系同前面所分析的物理指标变化规律类似。是否施用生物炭因素对各指标的影响最为显著且解释力最强,年份和坡度因素对各指标影响程度的强弱各有不同,但均不及生物炭的影响。以上结果说明生物炭施用当年对于各个指标的影响程度最为显著,且施炭后2017—2019年3年中生物炭均仍然有效。（2）生物炭对土壤水动力学参数的后效应的结果表明:采用Van Genuchten模型对4年各处理土壤水分特征曲线的拟合效果良好。生物炭可增大θ_s和α,减少θ_r和n。施炭后4年内土壤含水率增加、SWCC上移、比水容量增大,提高土壤的持水供水能力,4年内对土壤持水供水能力的改善效果随施炭后年限的延长而逐年减弱、随坡度的增大而相应增大。施炭后4年内K（h）、D（θ）以及D_sh（θ）均随θ增加而增加,K（h）～θ具有较好的幂函数关系,D（θ）和D_sh（θ）具有明显的指数关系。2016—2019年内生物炭均可增大土壤非饱和导水率K（h）,可以促进湿润峰前移速度、明显增大Boltzmann变换参数ξ,且随施炭后年限的延长生物炭对K（h）、ξ的增加幅度逐年减弱。当θ<0.42 cm³/cm³时,生物炭抑制土壤水分在水平方向的扩散;θ>0.42cm³/cm³时,生物炭促进了土壤水分的水平扩散能力。当θ<0.36 cm³/cm³时,生物炭会抑制土壤中Na Cl溶液的弥散;θ>0.36 cm³/cm³时,生物炭可以促进土壤中Na Cl溶液的弥散。本试验区θ为0.20～0.35 cm³/cm³,故生物炭对水分扩散、Na Cl溶液弥散均具有抑制效果,且生物炭对水分扩散和溶液弥散抑制效果均随坡度增加、施炭后年限延长而减弱。（3）生物炭对土壤水分运动和溶质运移的数值模拟的研究结果:基于土壤水动力学理论以及SPAC理论,利用HYDRUS-1D软件中的基本方程结合试验区情况,建立非饱和土壤水分运动与溶质运移模型对雨后土壤含水率和土壤溶质含量的模拟效果符合程度良好、模拟结果精度较高,模型表现出较强的适用性,可用于本地区土壤水分运动和溶质运移过程的模拟研究。通过模型模拟结果可知,仅于2016年单次向试验土壤施加生物炭后4年内对雨后48 h土壤含水率和土壤溶质含量一直存在着增加的效果,最大增长率分别为10.24%、24.11%,起到了雨后对土壤的蓄水保水、溶质滞留赋存作用,将更多水、养留存于土壤中,使农作物生长环境优化更利于作物生长,但此作用随着施炭后年限的延长逐年弱化,各年对雨后土壤蓄水保水的作用与坡度无明显关系,对雨后土壤溶质含量增加效果随坡度的增大而增大。