生物炭是生物质原料在无氧或低氧条件下，经高温裂解而生成的物质。生物炭具有稳定的碳结构，在土壤中可存在数百年，甚至上千年，具有很强的碳封存能力。生物炭具有独特的理化性质和结构，施入土壤中起到保肥、保水和促进作物生长的作用。随着人类生存面临环境、能源和粮食危机的日益加剧，对生物炭的研究已成为学术界的热点课题之一。本论文就作物残体生物炭的基本特征及对土壤的改良效果作出以下研究。以玉米棒芯、大豆秸秆和水稻颖壳为生物质材料，以马弗炉为热解设备，研究了热解温度分别为300、350、400、450、500和550℃和热解时间分别为3、6和9小时对生物炭产率、pH值和碳氮含量的影响。结果表明，随着热解温度的升高和热解时间的延长，生物炭的产率随之降低，pH值随之升高。玉米棒芯生物炭和大豆秸秆生物炭C含量随热解温度的升高和热解时间的增长而升高，但稻壳生物炭的C含量随热解温度升高和热解时间增长变化不大。随着热解温度的升高和热解时间的增长，玉米棒芯和水稻颖壳生物炭中N含量变化呈无规律性，但大豆秸秆生物炭N含量呈降低趋势。室内模拟淋溶土柱的方法研究了玉米棒芯生物炭对白浆土和黑土淋溶液量、土壤pH以及NH4+—N和NO3-—N损失的影响。结果发现，生物炭能够有效地增加土壤的持水能力及提高土壤pH。添加2%生物炭较未添加处理分别减少了白浆土和黑土12%和15%的氮肥淋溶损失，而添加4%生物炭与2%相比，又分别减少13%和5%的N淋失量。氮肥直接吸附于生物炭再与土壤混合较氮肥、生物炭和土壤直接混合相比，能够显著降低土壤N素的淋溶量。玉米棒芯生物炭在降低不同氮肥氮素损失上存在差异，在白浆土中，添加2%生物炭较未添加生物炭相比，减少了8%、15%和12%的硫酸铵、硝酸钾和尿素N素淋溶损失；而在黑土中，上述氮肥淋溶损失则分别减少了5%、18%和12%。盆栽试验研究了2%(C2)、4%(C4)和8%(C8)质量比玉米秸秆生物炭对大豆根际土壤酶活性的影响。结果表明，生物炭对土壤酶活性的影响因土壤类型和生长期存在差异。总的来说，生物炭促进白浆土转化酶和脲酶活性；低用量的生物炭可以促进白浆土土壤磷酸酶活性，而高用量会抑制土壤磷酸酶活性；生物炭抑制白浆土过氧化氢酶活性。在黑土中，生物炭对土壤转化酶影响不显著；C2处理对黑土转化酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性无影响； C4和C8处理较CK处理相比，促进脲酶活性，抑制磷酸酶和过氧化氢酶活性。平板培养法研究了生物炭对大豆开花期、结荚期和鼓粒期根际可培养微生物数量的影响。结果发现，生物炭促进了在白浆土和黑土中生长的大豆根际三大微生物的数量。采用Biolog实验研究了生物炭对鼓粒期的大豆根际土壤微生物代谢功能多样性。结果发现，在白浆土处理中，生物炭处理根际微生物利用碳源能力在整个培养过程中均大于CK处理，但在黑土处理中，与CK比较，C4处理变化不显著，C2和C8处理显著降低。通过对31种碳源利用率发现，在白浆土处理中，C4和C8处理的多样性指数、底物碳源利用数和均匀度指数均显著高于CK处理，C2处理与CK处理无显著差异；在黑土中，各处理之间差异不显著。另对31种碳源主分成载荷值分析发现，不同的生物炭添加量分别可以利用不同的碳源种类。对大豆植株测定发现，生物炭施入促进了盆栽条件下白浆土中大豆的生长，大豆的株高、地上部鲜重、地上部干重、根鲜重、根干重、根瘤数量及产量均较未施用处理相比有一定的增加；生物炭施入对黑土中生长的大豆根鲜重、根干重、根瘤数量有一定的促进作用，但对株高、地上部鲜重、地上部干重及产量无显著影响。施入生物炭显著增加白浆土和黑土的大豆根长、根体积和根面积。