生物炭为全球固碳减排、土壤改良、生物能源生产和农业废弃物利用等问题提供了综合解决方案,已成为国内外研究的热点。针对山西省春旱严重、土壤瘠薄的现状,探讨生物炭施入土壤能否提高土壤水分有效性、改良土壤、促进作物生长。试验设五个生物炭添加比例,添加量分别为基础土壤干重的0(CK),0.5%,1%,3%,6%,设置三个水分水平,分别为基础土壤田间持水量的45%,65%,85%,采用日光温室盆栽试验和室内模拟试验的方式,研究不同水分条件下生物炭对土壤有关特性和高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench)苗期生长的影响。主要研究内容及研究结果如下：1、研究了生物炭对土壤理化性质的影响,着重分析了土壤水分特征的变化情况。土壤中施用生物炭能显著增加土壤的持水能力,增大土壤有效水的范围；且能提高土壤保水性能,有效延缓土壤水分的蒸发。同一含水量时,生物炭比例愈高,土壤水分的有效性愈低。随着生物炭用量的上升,土壤孔隙度显著提高,容重显著降低。土壤的pH,EC以及主要的土壤养分含量随生物炭施用比例的增大均有不同程度的提高。随着生物炭用量的增加,收获土壤氮、磷、钾养分固定和损失的趋势在增强,可能由于高C/N比和高pH值所致。2、通过盆栽试验的方式研究了不同水分条件下生物炭对高粱苗期生长及养分吸收状况的影响。高粱生长状况随着水分胁迫的减弱而改善。0.5%和CK生物炭处理作物生长最优；高比例生物炭用量时苗期高粱的生长受到抑制。叶绿素SPAD值随生物炭施用量的升高而下降,下降速率随水分升高而增加。反映作物土壤有效水分利用状况的生理指标以0.5%和CK处理表现最优。高粱苗期地上部氮磷钾养分浓度受水分影响不显著；受生物炭的影响,植株体内磷浓度随生物炭升高略有下降、钾浓度明显升高。高粱地上部养分积累量(吸收量)随水分升高而显著上升,以0.5%或CK生物炭处理养分积累量最高。3、分析测定了植株收获后土壤微生物群落的功能多样性及不同处理土壤酶活性的变化。土壤相对含水量85%条件下,土壤微生物群落利用碳源的能力和功能多样性在0.5%和CK处理最优,其余处理微生物功能多样性随生物炭用量增加逐渐下降。土壤水分含量的升高对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性具有一定的激活作用,其数值随水分的升高略有上升。土壤脲酶活性随生物炭添加比例的升高而递减：0.5%处理过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性最高,其余处理二者活性随生物炭升高而下降；蔗糖酶则随生物炭施用量的增大而上升。4、利用灰色关联法对不同水分条件下生物炭对土壤-植物系统的影响进行综合评价。结果显示,水分胁迫下(45%)低量生物炭(0.5%)处理能适度优化土壤-植物系统环境。65%和85%水分条件下,分别为CK处理与0.5%处理最佳。高量生物炭(≥1%)对土壤-植物系统环境不利。本试验的最优处理组合是土壤相对含水量85%条件下的0.5%比例生物炭处理,该处理土壤性状和作物生长状况在全部15个处理中最优。