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厌氧环境中有机氯农药（Organochlorine Pesticides,OCPs）还原脱氯的速率会受到环境中的降解微生物、电子供体/传递介质以及氧化还原条件等因素的综合调控,其在厌氧土壤中的脱氯研究一直是近几十年来备受关注的热点问题。生物质炭作为土壤污染与退化的新型综合修复材料,在污染环境修复方面已显示出巨大的潜力。而以往的研究大多数都是基于旱作体系好氧条件展开,关于其在湿生体系厌氧条件下的污染修复机制还尚不明确。因此,本论文以厌氧环境中可还原转化的典型OCPs为重点,以微生物异化还原作用介导的氧化还原反应为切入点,首先以五氯酚（pentachlorphenol,PCP）为例,探究了天然水淹土壤中生物质炭对PCP还原转化以及土壤主要的还原过程（如异化铁和硫酸盐还原以及产甲烷过程）的影响,接着考察了生物质炭介导条件下硫酸盐还原过程对PCP还原转化的调控作用。然后以林丹为例,进一步研究了生物质炭介导下电子供/受体调控对典型OCPs还原转化以及还原序列中下游端的产甲烷过程的影响与微生物介导机制。最后在纯相体系中解析生物质炭作为电子穿梭体特性影响厌氧环境中OCPs还原转化的可能性及其影响因素,基于单体稳定同位素分析技术（Compound-specific isotope analysis,CSIA）揭示了生物质炭对典型OCPs厌氧还原转化的作用机理。本论文的主要研究结果如下:（1）以PCP为例,系统研究了生物质炭对铁/硫酸盐还原以及产甲烷共存的淹水土壤中PCP还原脱氯的影响和化学-微生物学作用机制,生物质炭的添加显著促进了异化铁和硫酸盐还原过程,同时加速了产甲烷过程,但相对抑制了PCP的还原脱氯。通过分析微生物与还原过程之间的共现关系发现,这些过程可能是由对生物质炭以及PCP的添加反应敏感的核心功能微生物菌群介导,包括Dethiobacter属、Clostridium属、Geosporobacter属、Desulfuromonas属、Desulfatitalea属和Methanosarcina属。同时,生物质炭还可能作为电子传递介质参与到这些过程中,其可能通过影响淹水土壤本底的氧化还原过程,调节土壤中微生物厌氧呼吸过程中的电子分配,从而抑制OCPs的还原脱氯。（2）通过添加典型微生物硫酸盐还原抑制剂钼酸盐和电子穿梭体2,6-蒽醌二磺酸钠（AQDS）来分别调控土壤硫酸盐还原过程和电子传递过程,进一步探究了生物质炭介导条件下硫酸盐还原过程对PCP还原转化的影响与作用机制。生物质炭添加对土壤硫酸盐还原过程的主要作用机制与其对铁还原过程的作用机制不同,其主要是通过改变功能微生物的丰度和活性来实现,而不是作为电子传递介质来影响该过程。结合16S r RNA高通量测序手段分析可知,生物质炭的添加会改变土壤微生物群落结构,增加硫还原菌（Desulfobulbaceae和Desulfobacteraceae）、产甲烷菌（Methanosarcina和Methanolobus）的相对丰度,从而相对抑制PCP的还原脱氯过程。但当钼酸盐存在抑制硫酸盐还原过程时,生物质炭可以改善参与各还原过程的微生物之间的竞争关系,增加脱氯菌（如Dehalobacteriaceae）的相对丰度,从而促进PCP的厌氧还原脱氯过程。因此,生物质炭对淹水土壤环境中还原性有机污染物的修复作用可能具有不确定性,必须综合考虑其对土壤本底其他还原过程的影响和作用机制。（3）以林丹为例,通过外源补给乙酸钠/丙酮酸钠和Fe Cl3调控试验体系的电子供/受体的初始含量水平,继续研究了不同还原条件下生物质炭对OCPs还原脱氯以及电子受体还原序列中下游端的甲烷生成这两个还原过程的化学-微生物学耦合介导机制。结果表明生物质炭可以促进不同稻田土壤中林丹的生物降解,而且在碳源补给的条件下促进效果更显著。生物质炭对不同土壤中的产甲烷过程并没有显著影响,而碳源添加处理却使甲烷排放量增加了一倍多,特别是当碳源和生物质炭同时存在时,甲烷的生成量在红壤和青紫泥中分别高达25.8μmol/g和20.1μmol/g土。同时,在添加电子受体Fe Cl3的处理中,无论生物质炭存在与否,林丹还原降解和产甲烷过程均被完全抑制。通过提取土壤RNA并反转录成c DNA进行高通量测序发现,生物质炭在电子供体充足的条件下并没有显著改变细菌和古菌的群落结构,但会增加微生物共现网络的模块化程度,其可能是通过促进一些相对丰度较低的微生物来间接影响林丹的还原转化。外源添加等电子量的丙酮酸钠和乙酸钠时,二者对林丹降解和产甲烷过程的促进效果大致相同,但土壤中对其响应的目标菌群可能不一样,在这些还原过程中的关键微生物可能是Methanosarcina（Methanosarcinales）和Clostridiales（Firmicutes）。（4）继续以林丹为例,在纯相体系进一步探究了不同林丹初始浓度、不同生物质炭添加量和不同氧化还原特性的生物质炭材料等对厌氧环境中林丹还原转化的影响与反应机制,结果发现当生物质炭添加量一定时,林丹初始浓度越低,其去除率越高;同时,林丹的去除率随着生物质炭添加量的增加而增加,特别是在两次添加等量生物质炭后,在生物质炭添加量分别为5%、1%、0.2%和空白对照中林丹的去除率依次为59.1%、34.6%、22.4%和7.3%。结合CSIA技术分析发现林丹在不同处理中反应一段时间后其碳同位素均有不同程度的分馏,在林丹初始浓度较低（10 mg/L）时其分馏程度更大,且会随着生物质炭添加剂量的增加而增大。通过Rayleigh方程拟合得到林丹与生物质炭反应的碳同位素富集因子（εC）为-3.4±0.4‰,培养体系中林丹的降解可能进行的是通过得到两个电子脱双氯的还原转化反应。进一步通过X射线光电子能谱（XPS）分析生物质炭表面官能团在反应前后的变化可知,生物质炭表面含氧官能团在氧化还原过程中可能起到了重要作用。由此说明,在厌氧环境中,生物质炭在林丹消减过程中可以同时起到了促进林丹吸附和还原转化的作用。本研究是对已有基于生物质炭的旱作土壤污染控制与修复研究的重要补充和完善,为深入揭示多种电子供/受体及穿梭体共存的复杂厌氧土壤环境中OCPs还原转化过程及其内在机理提供了一定的参考。可以通过基于干预微生物代谢的综合调控手段,放大典型厌氧环境如稻田土壤的自净功能和生态环境效应,并为优化现有OCPs污染农田土壤的原位修复提供科学路径。