生物炭较高的含碳量和离子交换能力等特性在土壤改良、固碳减排等多个方面具有重要应用价值。以生物炭为中心点，向周围土壤辐射，形成独特的“炭际”微域环境。炭际微域土壤的结构和性质不同于原始土壤和生物炭本身，因此可引起生物炭效应的空间异质性。但目前对炭际效应的表现形式、辐射范围以及主导因素的研究工作尚不明确。本论文拟探究生物炭材料对土壤环境的减污效应，明确生物炭造成土壤空间异质性的原因；运用高通量测序技术探究生物炭炭际微域土壤微生物群落结构梯度变化；通过同位素¹³C示踪和功能微生物分析，探究减污降碳相关功能微生物在炭际微域土壤中的变化及分布。本研究使生物炭更加高效地用于土壤环境减污降碳，为之后的相关研究奠定一定的理论基础和技术支持。
主要分为以下三个部分：
（1）生物炭材料修复污染土壤的空间异质性
采用实验土壤、培养时间、培养空间、修复材料完全随机实验，探究生物炭材料对土壤重金属的去除效率，择选最佳的土壤重金属消解材料，分析生物炭材料在土壤减污实验中发挥作用的组分百分比，根据环境因子相关性分析结果，探究引起土壤空间异质性的关键元素。
（2）生物炭材料修复过程对土壤碳排放的影响
在培养实验的厘米级微域内进行采样监测。测试不同炭际微域内CO₂呼吸排放量、溶解性有机碳固定量和微生物量碳分解量，探究生物炭材料在消解重金属过程中对碳排放的影响。并利用¹³C同位素示踪技术，深入溯源碳排放来源。
（3）土壤微生物在炭际微域中的梯度分布
运用DNA提取技术和高通量测序实验，探究土壤微生物在炭际微域区间内的梯度变化。测试炭际微域内微生物多样性和相对丰度变化，对其进行相关性和冗余分析，筛选具有特异性基因表达的功能微生物群落。对炭际微域微生物的差异性进行环境因子响应，探究影响微生物表达的相关性因子。

生物炭；重金属污染；土壤修复；功能微生物；炭际效应