东北地区是我国重要的粮食主产区之一。近年来,随着粮食需求的增大和饮食结构的改变,导致土地集约化程度过高,土地退化严重,土壤有机碳含量下降。土壤团聚体是土壤结构的最基本单元,是有机碳的主要储存场所,表层土壤中的有机碳约90%储存在团聚体中。所以维持土壤团聚体状况的良好,来保持土壤有机碳水平,进而维持土地生产力是当今的关键。我国东北地区地处世界三大黄金玉米带之一,秸秆资源丰富。利用秸秆资源进行土壤培肥是当今最适宜的改良手段。但由于东北地区气候苦寒,难以做到大量秸秆还田,所以将秸秆炭化还田是一个可行的方案。基于此背景,在我国东北地区开展田间试验,通过棕壤长期定位试验来研究玉米秸秆生物炭对土壤团聚体和固碳特征的影响。又通过短期微区定位试验,明确玉米秸秆炭对不同类型土壤团聚体以及固碳特征的影响,以期为生物炭改良土壤结构提供依据。主要研究内容及结果如下:1.等量玉米秸秆还田与炭化还田对土壤结构及有机无机复合体的影响通过连续五年逐年施用玉米秸秆和生物炭后,土壤大团聚体的含量(以细大团聚体为主)有了显著的提高,分别提高了55.69%和14.91%,提高土壤团聚体的稳定性,秸秆直接还田的效果与生物炭相比较效果更好。同时,秸秆和生物炭均提高了土壤有机碳的含量,分别提高了34.26%和24.07%。秸秆直接还田促进了有机无机复合体的形成,提高了有机无机复合量和复合度,虽然秸秆炭化还田也提高了土壤有机无机复合量,但是却降低了土壤有机无机复合度。生物炭和秸秆均提高了大团聚体的有机碳含量,同时细大团聚体的有机碳贡献率也均得到相应的提高,说明秸秆和生物炭的添加均对土壤团聚体的团聚过程起到了积极的作用。生物炭和秸秆均可以通过促进有机无机复合体的形成及促进大团聚体的形成,有利于土壤有机碳的保护。2.玉米秸秆及其生物炭对棕壤团聚体空间分布及固碳特征的影响秸秆直接还田与等量秸秆炭化后还田相比,对土壤团聚体的改良效果更好。秸秆和生物炭均显著的提高了亚表层(20-40 cm)深度土壤大团聚体含量和团聚体的稳定性,大团聚体含量分别增加了90.91%和24.24%。在40-60 cm土层深度下,生物炭仍旧促进了粉粘粒组分向大团聚体和微团聚体转化,细大团聚体(250-2000μm)组分和微团聚体(53-250μm)均相应的增加,秸秆处理也有相应的效果,比起生物炭处理对大团聚体含量的提升和稳定性的改善更为显著,粗大团聚体(>2000μm),细大团聚体(250-2000μm),微团聚体(53-250μm)含量均显著的提高,分别提升了34.55%,61.39%和48.71%。说明生物炭与秸秆均能起到改良土壤结构,促进深层次土壤有机碳的固定的作用。3.生物炭施用量对土壤团聚体及生物胶结剂的影响经过连续六年的玉米种植,土壤细大团聚体的含量随着生物炭施用量的增加而呈现出先升高后降低的趋势,其含量变化为27.71-34.99%,而粉粘粒组分含量为所有组分最低,占比14.75-23.72%。所有生物炭处理下的土壤SOC、MBC、GRSPe和GRSPt均显著的提高。但是MBC的变化规律是随着生物炭施用了的提高而先增加后降低。说明生物炭的施用量有其最适宜的施炭量。大团聚体内的SOC含量提高幅度更大。生物炭也提高了土壤p H,EC和CEC,以及交换性Na~+和K~+的含量。而交换性Na~+和K~+的增加可能是生物炭施用量高的情况下导致大团聚体含量下降的原因。所以,生物炭作为土壤改良剂在存在最适宜的施用量。4.生物炭对风沙土、滨海盐土及草甸土的土壤团聚体及有机碳的短期影响在本研究中,生物炭作用于风沙土后连续两年的试验结果截然不同,即首年试验生物炭能够提高土壤大团聚体含量和团聚体稳定性,而次年试验生物炭则降低了大团聚体含量和水稳性团聚体稳定性,同时降低了花生荚果的产量,C1与C2处理产量分别下降了13.01%和11.46%。生物炭促进了盐土的大团聚体的形成和花生荚果产量的形成,C1、C2花生荚果产量分别增加了34.88%和44.32%。生物炭对草甸土上生长的作物产量的影响与上述两种土壤均不相同,在连续的两年试验中,生物炭得而施用均表现出增产的趋势。5.生物炭对白浆土、潮土及灰漠土土壤团聚体的空间分布和有机碳的短期影响在连续两年的试验中,生物炭展现出改良土壤团聚体的能力。生物炭降低白浆土粉粘粒组分的含量,C1、C2处理分别降低了40.68%和36.67%,由于致密的白浆层的存在,生物炭对深层次团聚体无显著影响;生物炭显著的提高了潮土表层粗大团聚体含量,C1、C2处理均显著的提高了潮土粗大团聚体组分含量,分别提高了92.36%和62.28%,且C1与C2处理之间无显著差异(P<0.05)。潮土的团聚体稳定性MWD、GMD和大团聚体含量也均有显著的提高。生物炭促进了灰漠土微团聚体和细大团聚体的形成,降低了粉粘粒的含量,粉粘粒组分在C1、C2处理下分别降低了45.33%和36.71%。在本研究中,生物炭作为土壤改良剂呈现出了良好的效果。在棕壤长期试验中,等量秸秆与生物炭还田均提高了大团聚体含量及团聚体稳定性。不同的生物炭施用量也能促进土壤中生物胶结剂的分泌进而利于大团聚体的形成,但生物炭应有其最适宜的施用量。针对不同土壤类型,生物炭具备一定的普适性,除质地极其疏松的风沙土外,盐土、草甸土、潮土、白浆土及灰漠土均呈现出生物炭改良土壤结构积极的效应。