黑碳(Black Carbon，BC)是一种富含碳元素的有机连续体，其碳(C)的含量高达70％-80％，且构成成分复杂，从轻质的焦炭(char)到高密度的抗分解的烟尘颗粒物(soot)，从易分解的木炭(charcoal)到极其稳定的石墨碳(graphitic carbon)均存于其中，广泛地分布在陆地生态系统、水生生态系统和大气圈层中。据估计，在20世纪80年代，全世界由于生物质和化石燃料的燃烧，每年会产生50-200Tg(1012g)的黑碳，其中由人类活动形成黑碳的80％以上最终都要归于土壤，对土壤环境质量、土壤碳素循环及至全球气候变化产生深远的影响。因此，黑碳成为当前土壤学和环境科学领域的研究热点之一。　　 本研究选取水稻秸秆和玉米秸秆通过限氧控温炭化法制取生物质黑碳，所得黑碳分别记为水稻秸秆黑碳(R-BC)和玉米秸秆黑碳(C-BC)。在了解不同生物质黑碳表面特性、元素组成基础上，采用室内培养实验并结合稳定同位素技术，研究了生物质黑碳对土壤有机碳动态平衡及CO2排放的影响，得出如下主要结论:　　 (1)不同类型生物质黑碳其比表面积的大小明显不同。两种生物质黑碳的比表面积均随着裂解温度的升高而增大。水稻秸秆黑碳（300℃-700℃）的比表面积值介于0.21 m2/g-123.6 m2/g;玉米秸秆黑碳（300℃-500℃）的比表面积值介于1.57 m2/g-31.38 m2/g。随着黑碳裂解温度的升高，中孔数量逐渐减少，而微孔数量逐渐增加，可见微孔数量对黑碳比表面积的增加有更为显著的贡献。比表面积增加，土壤反应性增强。　　 (2)红外光谱特征结果显示，水稻秸秆黑碳的强吸收峰主要在3438cm-1、2927cm-1、1613cm-1和1107cm-1等处，以芳环骨架为主，主要官能团有羟基、羰基、亚甲基、芳环(C=C、C=O)、醇羟基(-OH)等;玉米秸秆黑碳的强吸收峰主要在3438cm-1、2927cm-1、1613cm-1、1446cm-1等处，主要官能团有羟基、亚甲基、芳环(C=C、C=O)等。当裂解温度相同时，在1107cm-1（纤维素含氧官能团中的脂肪族C-O-C和醇羟基-OH）处水稻秸秆黑碳相比玉米秸秆黑碳有更强的吸收峰，这说明水稻秸秆黑碳在土壤中的反应性可能会更强。两种生物质黑碳均随着裂解温度的升高，芳香结构基团增加，表面极性减弱，稳定性增强。水稻秸秆黑碳表面官能团化学分析结果与其红外光谱特征基本吻合。　　 (3)生物质黑碳的裂解温度显著影响其稳定性。水稻秸秆黑碳与玉米秸秆黑碳的H/C都随着黑碳的裂解温度的升高而降低，表明黑碳的芳香性随着裂解温度的升高而升高，即黑碳的裂解温度越高其稳定性越强。　　 (4)土壤与水稻黑碳混合培养实验结果显示，(Ⅰ)与对照相比，添加水稻秸秆黑碳的土壤总有机碳(TOC)含量随着黑碳添加量的升高而升高。相同条件下，低温裂解黑碳对土壤有机碳增加的贡献高于高温裂解黑碳。(Ⅱ)与培养初期（起始0天）相比，添加黑碳R500和R700的土壤培养30天TOC含量均降低，最大降幅为15.8％。但当培养期至80天时，各处理土壤中总有机碳含量基本趋于稳定。培养前期土壤总有机碳的下降可能与黑碳中不稳定组分引起的激发效应有关。土壤易氧化态碳在培养中的变化趋势与土壤总有机碳相一致。　　 (5)生物质黑碳可显著减少土壤CO2的释放。在130天培养期内，两个纯黑碳处理（R500和R700）CO2总排放量分别达到3747ml/kg、2191 ml/kg，均高于纯土壤处理的2078ml/kg，土壤R500-6％（代表黑碳R500以6％的添加量加入土壤后的混合样品，下同）、R700-3％、R700-6％的CO2总排放量分别为1774 ml/kg、1656 ml/kg、1589 ml/kg。不同处理CO2总排放量大小顺序为:土壤+黑碳混合样品＜纯土壤＜纯黑碳。由此可见，黑碳的土壤处理可以减少土壤CO2的排放，最大减排率可达41.06％。同时也可说明，土壤微团聚体或土壤其它组分对黑碳中碳的分解释放有一定的抑制作用。　　 (6)通过对碳同位素δ13C值的分析发现，土壤与水稻秸秆黑碳共培养130天的CO2累积排放量的41.94％-63.99％来自于黑碳，这部分释放量主要由黑碳中的易氧化态碳引起，起始激发效应后的黑碳在土壤中趋于稳定并显示出明显的减排效应。C4植物玉米秸秆黑碳与C3土壤28天短期培养的同位素特征与C3植物黑碳的土壤培养结果一致。