生物炭是指由含碳量豐富的生物質（ 如木材、家禽糞便和秸稈等） 在相對較低的溫度（<700 ℃）和無氧或限氧的條件下熱解炭化而得到的一類高度芳香化的難熔性固態高聚產物[1].由于生物炭在生物質能源生產、有機廢棄物資源化、土壤改良、肥料創新和溫室氣體減排等方面具有重要意義，因此，生物炭在農業上的應用引起了國內研究者的廣泛關注，成為近年來的研究熱點之一[2].在前哥倫布時期，亞馬遜盆地的居民就將木炭與糞肥、動物骨骼等混合，用于改良貧瘠土壤，至今的亞馬遜黑土因含有木炭而具有較高的p H值及養分含量、豐富的微生物數量及微生物多樣性[3].許多研究表明，生物炭不僅可以通過提高土壤p H值或陽離子交換量（CEC） 來增強土壤肥力[4],還可以通過改變土壤微生物群落組成[5]、豐度[6]及活性[7]來影響土壤養分循環[8]及結構[9].另外，由于生物炭具有較大的表面積、較高的p H值，表面帶有大量的負電荷和含 氧 官 能 團，可 吸 附 鉻、銅、鎳、鋅 等 金 屬 離子[10-11]和有機污染物[12-13],有效地降低金屬離子等污染物在環境中的遷移率，從而減小毒害作用。但是，鑒于不同生物炭的性質、施用量以及土壤質地和肥力等因素的差異，有關生物炭施用效果的研究結果并不一致，而且生物炭性質與土壤微生物之間的相互作用也缺乏系統分析。筆者結合國內外有關生物炭的最新研究進展，重點闡述生物炭對土壤微生物豐度、群落結構及活性的影響及其作用機制，并提出現階段研究中存在的問題和未來研究的主要方向。
1 生物炭的特性
生物炭的組分可以粗略分為無定型碳、芳香族碳和灰分[14].生物炭中各部分碳含量與熱解溫度有關，當生物質在較低溫度條件下熱解時，只蒸發出部分物理吸附水、CO和CO2,這時產生的主要是無定形碳； 當溫度升高后，碳原子晶格中的一些金屬元素會揮發，其化學成分也因發生氧化還原而改變，此時產生的主要是芳香族碳[15].另外，由于生物炭的生產是有機物熱解炭化的過程，其制備過程中必定會產生多環芳烴等有機污染物。研究表明，生物炭中多環芳烴含量與多環芳烴的種類、制備生物炭的原材料及生產條件密切相關[16-18].一般而言，隨 著 熱 解 溫 度 的 升 高，多 環 芳 烴 含 量 會 降低[16-17].但也有研究發現，在400~500 ℃條件下制備的生物炭中，多環芳烴含量最高，而低于400 ℃或高于500 ℃條件下制備的生物炭，多環芳烴含量會顯著下降[18].灰分是熱解時產生的礦物質，包括基本的大量和微量元素，其所占比例隨熱解溫度的升高而增加[19].此外，生物炭的p H值及導電性主要由灰分含量和組分決定，所以生物炭的p H值及導電性也隨著熱解溫度的升高而增加（ 表1）。 生物炭的基本特征取決于生物質材料及熱解溫度。一般而言，木本植物生物炭含碳量較高，礦質養分含量低； 而廄肥及秸稈生物炭含碳量較低，礦質養分含量較高[20].與低溫熱解形成的生物炭相比，高溫熱解形成的生物炭中碳、磷、鉀、鈣含量較高，而H/C、O / C、（N+O）/ C比值及水溶性有機碳（DOC） 含量較低[19,21].生物炭的養分有效性與相關元素的狀態有關[22].有效磷主要存在于灰分中，并受p H值和螯合物質的影響； 生物炭中的鉀大部分可被植物利用，有效氮卻因生物質材料及生產條件的不同而差異很大。研究表明，生物炭中有效氮含量很低[20],且大部分以雜環結構存在于生物炭表面[23].另外，生物炭的多孔性、巨大的表面積、豐富的羧基及高電荷密度使生物炭具有較強吸附能力和較大的離子交換量[24].
2 生物炭對土壤微生物豐度、多樣性和活性的影響
土壤微生物作為生態系統的重要組成部分，其群落健康和多樣性對土壤功能和生態系統服務非常重要，而這些反過來又會影響土壤的結構和穩定性、通透性、持水性及養分循環，并對碳儲存及植物的抗病性產生有益影響。生物炭作為一種新型的土壤改良劑，能改善土壤微生物群落結構，促進有益微生物的生長，增強土壤微生物活性。
2. 1生物炭對土壤微生物豐度的影響
生物炭具有特殊的結構特性和功能，使其能促進大部分土壤微生物的生長。MAKOTO等[25]研究發現，生物炭可以使外生菌根菌在落葉松的根際定殖率增加19% ~ 157%.SOLAIMAN等[26]也發現同樣的現象，當在小麥田施用0. 6 ~ 6 t·hm-2木質生物炭2 a后，叢枝菌根菌在小麥根際的定殖率增加20% ~ 40%.也有研究發現，添加生物炭后叢枝菌根菌豐度下降[27].WARNOCK等[28]認為原因可能包括： 植物所需的有效養分（ 如有效磷） 和水分含量增加，從而使其對菌根菌的共生需要減少； 土壤性能的改變； 高含量礦質元素或抑制真菌生長的有機化合物（ 如高鹽、重金屬等） 對真菌具有消極影響；有機養分的結合或有機碳的吸附對有效養分產生消極影響。
生物炭對土壤細菌和放線菌也具有顯著影響，且不同土壤類型和微生物種類對生物炭的反應各不相同。CHEN等[29]利用RT-PCR技術，分別對江西、湖南和四川的稻田土壤微生物種群進行檢測，發現生物炭使3個省稻田土壤中細菌16S rRNA基因拷貝數分別增加45%、37%和60%.ANDERSON等[30]通過T-RFLP方法研究農業土壤中微生物，發現添加生物炭的土壤中，生絲微菌、鏈孢囊菌、根瘤菌和高溫單胞菌豐度分別增加8%、14%、6%和8%,而微單胞菌和鏈霉菌豐度分別下降7%和11%.
