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土壤氮(N)素是作物生长和产量提高的最重要营养元素,然而,大量施用氮肥可引起地表水及地下水等严重的环境问题,影响着农田土壤肥力和土壤环境质量。生物炭具有促进土壤氮固持、减少硝态氮(NO3--N)淋失等作用,然而生物炭对土壤氮素的固持转化机制还不确定。因此,研究生物炭对土壤氮素固持转化作用机制,成为提高农田氮素利用率、减少氮素流失量的迫切需要。本研究采用小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳三种原料在400℃、500℃、600℃、700℃热解温度下制备得到不同类型生物炭,研究了制备原料、热解温度对生物炭产率、元素含量、灰分含量、pH值、阳离子交换量(CEC)及比表面积等特征的影响。同时,利用吸附试验、土柱淋溶模拟试验以及室内培养试验,研究生物炭对无机氮素的吸附能力、对土壤NO3--N固持转化规律的影响以及对土壤微生物学特征的影响等,深入探讨生物炭对农田土壤氮素的固持转化作用机制。主要研究结果如下:(1)制备原料、热解温度显著影响生物炭理化性质。随着热解温度从400℃升高至700℃,生物炭产率及元素氮、氢、氧含量均逐渐降低,而生物炭灰分含量、p H值及碳元素含量则表现为逐渐升高;同时,玉米秸秆生物炭电导率、阳离子交换量(CEC)远远高于小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭,但是比表面积却低于后两者。(2)各种类型生物炭均能够吸附水溶液中铵态氮(NH4+-N),吸附特征符合Freundlich吸附等温线,生物炭吸附能力由大到小表现为玉米秸秆生物炭>花生壳生物炭>小麦秸秆生物炭,且三种原料制备的生物炭均表现为随着热解温度的升高,对NH4+-N吸附量下降,在50 mg NH4+L-1溶液中,玉米秸秆生物炭能够吸附2.3 mg NH4+-N g-1;但是,本论文制备的生物炭均不具备吸附水溶液中NO3--N的能力,甚至在高浓度条件下(>300 mg NO3-L-1)向溶液中释放NO3--N。(3)生物炭能够有效地增加土壤的持水能力、提高微生物量含量,促进土壤氮固持能力。淋溶实验过程中,与对照相比,添加2%、4%、8%比例的生物炭处理的土柱累积淋溶液体积分别减少了7.0%、12.0%、19.2%,NO3--N累积淋失的纯N量分别为49.1、44.1、38.4 mg,NO3--N累积淋失量分别减少了14.9%、23.5%、33.3%,增加微生物量碳、氮含量分别为7.1%-21.0%、18.7%-51.8%。(4)生物炭对不同类型土壤生化性质及微生物学特征影响差异显著。对于土壤pH值,生物炭能够显著提高红壤pH值,添加4%比例的生物炭提高土壤pH值达17.2%,而对黑土影响不明显,增加比例仅为2.7%;对于土壤有机质含量,添加1%、2%、4%比例的生物炭能够显著提高红壤、黑土有机质含量,分别为4.0%-85.4%、17.8%-58.4%;对于土壤可溶性碳含量,生物炭降低红壤可溶性碳含量为34.0-154.5 mg kg-1,提高黑土中可溶性碳含量分别为5.7%-25.3%;对于土壤可溶性氮,添加1%、2%、4%比例的生物炭能够降低红壤、黑土中可溶性氮含量分别为7.8%-16.4%、21.1%-31.5%;对于土壤全氮,生物炭能够不同程度的提高红壤、黑土中的全氮含量;不同土壤类型对生物炭固持无机氮的反应差别迥异,添加生物炭对红壤中NH4+-N和NO3--N影响不显著,对黑土中NH4+-N影响不显著,但可降低NO3--N含量;对微生物碳氮含量而言,生物炭能够降低红壤中微生物量碳、氮含量,提高黑土中微生物量碳含量,对培养末期微生物量氮含量影响不显著;生物炭能够抑制红壤中的呼吸速率,促进黑土的呼吸速率;添加生物炭抑制红壤中PLFA总量,提高黑土中PLFA总量。