生物炭是将作物秸秆、果树修剪枝条等农林废弃物或者生活垃圾等物质在相对高温(300-700℃)无氧或缺氧条件下裂解成的高分子稳定含碳混合物,比表面积大,且具有较强吸附性能,同时p H值较高。目前生物炭在农业、环境和能源领域均有广泛的应用。在农业上,将其施用于土壤中,可改善土壤孔隙度、持水性能,降低土壤容重,提高土壤CEC值等。在酸性土壤上施用生物炭,还可通过降低土壤中交换性铝和氢离子含量而降低土壤酸性。同时,生物炭中含有大量氮磷钾等养分元素,施入土壤后其可通过增加土壤中养分含量,改善养分有效性,促进作物的吸收;同时生物炭是微生物优良载体,可影响土壤微生物多样性,在改善土壤的同时,提高作物产量,改善作物品质。在环境改善中,生物炭也有增加土壤碳汇潜力,提高水质改善土壤质量的作用。此外,生物炭还可作为一种新型清洁能源使用。在北方石灰性土壤上施用生物炭也可通过物理、化学、生物等各个方面改善土壤性质,提高作物产量。但石灰性土壤p H值较高,同时,将北方作物炭化后产生的不同生物质炭p H值也均达10左右。在南方土壤上施用生物炭可提高土壤p H值,但在石灰性土壤上施用生物炭后,对土壤p H值的影响如何还有待研究。如果施入生物炭后会提高石灰性土壤p H值,将其与氮肥混合施用势必会影响土壤氨挥发,从而影响氮肥有效性。本研究选用棉秆炭为原材料,以新疆典型石灰性土壤—灌耕灰漠土和风沙土这为研究对象,首先从棉秆炭基本性质入手,分析其p H值较高的因素。其次采用室内模拟试验方法,探索不同施用量棉秆炭对石灰性土壤p H值影响及其机理,并采用室内盆栽试验验证模拟试验结果的一致性,同时与室外施用棉秆炭多年后的大田试验结果进行比较分析施用棉秆炭对石灰性土壤p H值的影响。最后,采用密闭吸收法测定施入不同量棉秆炭后对土壤氨挥发的影响情况。通过一系列试验,得到以下结论:(1)炭化温度与炭化时间均可影响生物炭p H值,高温长时间可提高生物炭p H值,且同一炭化温度与时间组合下制备的棉秆炭p H值高于葡萄枝条炭。且棉秆炭与葡萄枝条炭p H值较高的原因是其含量大量的碳酸盐体系与钾钠钙镁碱性金属物质。(2)将棉秆炭施用于新疆石灰性土壤后可通过增加土壤中碳酸盐含量、碱性金属等物质,水解成OH~-,提高土壤p H值。短期培养后,生物炭中的钙等物质逐渐溶于土壤水中,被土壤胶体吸附后,逐渐与土壤中的水溶性钾钠交换吸附,使土壤中交换性钾钠含量升高,交换性钙含量降低,从而使土壤p H呈波动式降低趋势。但在试验120天,未能降低到不施用棉秆炭处理的土壤p H值。(3)在模拟试验的基础上种植玉米后,在新疆石灰性土壤中添加棉秆炭后土壤p H值也会增加。培养90天后,土壤p H值波动式降低,但未能降低至未添加棉秆炭处理的土壤p H值。但是在大田环境下,施用棉秆炭后,土壤p H值也会出现降低趋势,至少3年后,施用棉秆炭的土壤p H值会低于未施用棉秆炭处理的土壤p H值;同时,当棉秆炭添加量高于2.0%时,土壤p H值会低于秸秆还田的土壤p H值。(4)生物炭的p H值也会影响其吸附性能,且其静电吸附性能主要是通过对其有效阳离子交换量和潜在阳离子交换量的影响。这也是施用生物炭后影响土壤氨挥发因素之一。石灰性土壤施入棉杆炭后主要是化学反应过程的影响,吸附性能是次要的影响:通过提高土壤p H值,参与土壤硝化途径,而增加土壤氨挥发,降低对铵态氮的吸附。