【摘要】：生物炭是指动植物残体或者其他生物质在完全或部分缺氧的情况下，以相对“低温”(700℃)热解炭化后产生的一类高度芳香化难熔性固态高聚产物。目前，针对生物炭农业应用的研究十分广泛，主要表现在改良土壤、污染防控、温室气体减排和促进作物生长等方面，但是对生物炭施加到水稻土中对其中的铁氧化还原过程及稻田中光合微生物的生长的影响研究很少。在稻田生态系统中，由于淹水产生的厌氧环境可导致土壤中铁锰氧化物发生微生物介导的还原作用，鉴于铁在土壤中具有较高丰度，所以铁的氧化还原过程倍受关注。另一方面，与水生态环境密切相关的光合微生物及其代谢过程亦能够对稻田环境产生影响。光合微生物的产氧过程可改变土壤的氧化还原体系，使Mn(II)和Fe(II)氧化，从而影响到养分的有效性和重金属的形态。
另外，水稻土在厌氧光照培养时可产生大量的蓝细菌，蓝细菌产生的藻毒素也会增加稻田土壤的环境风险。因此研究水稻田中光合微生物及铁还原过程对生物炭的响应对于生物炭在农田方面及抑制水体富营养化的应用有重要意义。本研究通过模拟水稻土淹水环境，采用泥浆厌氧培养探讨光合微生物生长及铁氧化还原过程对生物炭的响应，主要得到以下结论:
1、生物炭的添加会影响水稻土中光合微生物的丰度和优势种群。生物炭对光合微生物叶绿素的合成有影响，且与土壤性质、培养时间、添加量及粒度有关。NX水稻土光照培养体系中，生物炭抑制叶绿素的合成，且抑制作用随添加量的增大而增大，生物炭添加量为4%时，0.25-0.5 mm的生物炭对叶绿素的合成抑制作用最小。TJ水稻土光照培养体系中，低生物炭添加的处理(1%、2%)能促进叶绿素的合成，随着添加量的增大抑制作用增大，生物炭添加量为4%时添加生物炭粒度较大的两个处理对叶绿素的合成有促进作用。SC水稻土光照培养体系中低生物炭添加处理(1%、2%)对叶绿素的合成有微弱促进作用，随着添加量增大，抑制作用增大，生物炭添加量为4%时添加生物炭粒度越大抑制作用越大。
2、生物炭的添加能促进铁还原过程，且表现为添加量越大促进作用越大；生物炭添加会抑制光合作用过程，添加量越大抑制作用越大，生物炭对体系铁氧化过程的作用与生物炭添加量和土壤性质有关。TJ水稻土中，添加量为1%的处理对铁氧化的促进作用最大，添加量为4%的处理对铁氧化有抑制作用；NX水稻土中，添加量为8%和16%的处理对铁氧化有促进作用，其他处理均呈现抑制作用；SC水稻土中，添加量为1%的处理对铁氧化有抑制作用，其他处理均呈现促进作用，且添加量越大促进作用最大。
3、光照条件下由于光合微生物大量生长，光合作用产生氧气能氧化体系中Fe(II)，同时光合微生物的生长代谢过程能消耗CO2和HCO3-，使得体系pH上升。光合微生物物生长具有显著的抑制作用，粒度越大时对光合微生物生长抑制作用越明显。
4、水溶性磷的固定与铁氧化过程呈负相关关系，与光合作用过程呈正相关关系。磷酸盐的添加能促进体系中水溶性磷酸盐的固定。避光条件下生物炭的添加能促进水溶性磷酸盐的固定；光照条件下生物炭的添加对水溶性磷酸盐的固定有抑制作用，一是生物炭能改变体系中的pH值，使得体系P的存在方式朝负电荷多的形态转化；二是生物炭会抑制光合微生物的生长，减少光合作用，进而抑制铁氧化物的生成，减少光合微生物与铁氧化物对水溶性磷的固定；三是铁-生物炭复合物的零点荷电低于单一铁氧化物，也会抑制光照条件下铁氧化物对水溶性磷酸盐的固定。