生物质炭是土壤有机碳稳定性碳库的组成部分。自然土壤中黑碳的最重要来源是森林和草原大火或火耕。近年来,向土壤中添加生物质炭已成为人类应对全球气候变化的一条重要途径。黑碳不仅可以增加土壤碳量、改善土壤性质、促进土壤团聚体的形成、增加土壤养分、促进植物生长、增加产量和刺激微生物活动,而且在全球碳循环、温室气体排放和环境污染修复中发挥重要作用。目前关于生物质炭添加后对土壤系统中腐殖质碳和土壤黑碳的影响还甚少,特别是将自然和人为添加2种条件进行对比研究的基本没有。因此,本论文以土壤黑碳和土壤腐殖质碳为研究对象,应用热化学氧化法、元素组成分析、红外光谱、差热和热重分析、核磁共振波谱、同位素比值质谱等技术手段,较为系统的研究了自然(森林火灾)和人为添加生物质炭(培养试验、盆栽试验、埋置试验和大田试验)2种条件下,生物质炭的添加对土壤黑碳和土壤腐殖质碳数量和结构特征的影响以及添加的生物质炭在土壤有机碳和黒碳中的分配规律,获得了有关玉米秸秆生物质炭添加对土壤腐殖质碳和土壤黑碳影响的基础资料。主要研究结果如下:(1)玉米秸秆生物质炭与土壤黑碳之间存在较明显的差异,具有C元素含量高,缩合度大的特点。玉米秸秆生物质炭C元素含量为797.0g·kg-1,而土壤黑碳C元素含量在350.0~716.5g·kg-1;与土壤黑碳相比,玉米秸秆生物质炭的脂族链烃和羧基含量较少,而芳香碳含量较高,缩合度较大。(2)添加生物质炭对土壤基本性质和作物产量均有一定的影响。自然条件下,生物质炭添加对土壤pH值影响不大,但土壤有机质含量呈下降趋势,这主要是森林火灾(重度火烧)直接消耗土壤有机碳,严重损坏了森林生态系统的植被和微生物群落,破坏了土壤C循环系统;人为条件下,生物质炭添加可显著提高土壤pH值和有机质含量。此外,按照48t·ha-1的用量添加玉米秸秆生物质炭,对水稻增产没有促进作用,对小麦增产有一定的作用,但效果不明显。(3)土壤添加生物质炭后,对土壤腐殖质组分含量和胡敏酸(HA)缩合度有一定的影响。自然条件下,促使土壤腐殖质组分有机碳含量和PQ值降低;人为条件下,促进土壤腐殖质组分有机碳含量和PQ值提高。此外,添加生物质炭后,土壤HA的C元素含量增加,缩合度增加,土壤HA的脂族链烃和羧基含量较少,而芳香碳含量较高。(4)土壤添加生物质炭后,土壤黑碳含量和缩合度增加。与CK(未添加生物质炭)相比,土壤黑碳含量随时间和施用量的增加而增加,大田试验中土壤黒碳含量由3.54g·kg-1增加到14.71 g·kg-1,增加幅度最大;通过对土壤黒碳结构特征的研究发现:与CK相比,土壤黒碳的C元素含量和缩合度增加,脂族链烃和羧基含量减少,芳香碳含量增加,疏水性增加,分子结构变复杂,稳定增强。(5)添加生物质炭后,土壤有机碳和土壤黒碳δ13C值增加;随时间和施用量的增加,来源C4植物土壤有机碳和黒碳的含量和更新比例增加,来源C3植物有机碳和黒碳的含量不减少,而更新比例δ13C却降低;土壤有机碳周转比土壤黒碳周转慢,来源C3植物土壤有机碳和黒碳的年周转速率分别为0.1221%和0.2775%。