生物炭(biochar)是指生物质在限氧条件下经过慢速热解而形成的一种稳定的、高度芳香化的、难熔的碳质材料。由于生物炭具有较大的孔隙度和比表面积,大量的表面负电荷和较高的阳离子交换量,使其在固碳减排、土壤改良和环境修复等方面都展现出良好的应用前景,从而成为环境、能源和农业领域的研究热点。本论文以农业副产物花生壳为原料,在不同温度(200-600℃)下制备生物炭,系统研究了生物炭的理化性质随温度的变化规律。针对我国北方土壤酸化加剧和氮素生物有效性偏低等问题,选取山东招远市果园酸化土壤为研究对象,以400℃制备的花生壳生物炭为供试原料,按照不同比例(1%,3%和5%)添加到酸化土壤中,系统研究了其对酸化果园土壤理化性质、土壤硝化作用、作物生长以及氮素生物有效性的影响。研究结果以期为生物炭在农业上的广泛应用提供重要的理论数据。主要研究结果如下：(1)生物炭的产率、氢(H)、氧(O)和氮(N)含量和CEC都随温度升高而降低；生物炭的碳(C)含量、pH、灰分含量和比表面积都随温度升高而升高。(2)花生壳生物炭显著提高了供试土壤pH,CEC和有机质含量,提高幅度分别为5.22-22.7%,11.4-15.4%和25.9-80.2%。不同生物炭添加量下,5%添加量的效果最显著。生物炭含有的灰分物质是导致土壤pH升高的重要因素之一。(3)不同添加量的生物炭均促进了土壤总微生物活性,其中以3%添加量的促进效应最显著。1%和3%添加量的生物炭均不同程度上提高了土壤微生物的平均颜色变化率(AWCD),物种丰富度指数、均匀度指数和优势度指数,其中均以3%处理组效果最明显,显著高于其他三个处理组。5%BC处理组显著降低了微生物的(AWCD),均匀度指数和优势度指数。(4)针对目前过量施用氮肥,造成土壤硝化过程加剧,导致土壤酸化的问题,开展了生物炭对土壤硝化作用的研究。结果表明：生物炭的添加减弱了酸化土壤的硝化作用。一方面是因为土壤中的生物炭通过吸附作用减少了硝化作用底物NH4+-N的含量；另外一方面,生物炭的加入减少了酸化土壤中氨氧化细菌(AOB)的数量,减少幅度达到到2-4个数量级。和原生物炭相比,无酚类化合物(PHCs)生物炭(BC-PH)显著提高了土壤AOB的丰度,提高幅度达到3个数量级,同时也增加了AOB群落结构的多样性,并改变了AOB的群落结构;无芳香烃类化合物(PAHs)生物炭(BC-PA)处理中土壤的AOB丰度没明显变化。(5)针对制约农业可持续发展的氮素生物有效性低问题。通过盆栽试验,探讨了不同添加量(0%、1%、3%和5%)的花生壳生物炭对油菜生长发育、根系形态、根际土壤环境和氮素生物有效性的影响。结果表明,施用生物炭提高了油菜的总生物量、总根长、根表面积、根体积和根平均直径,提高幅度分别为2.8-20.8%、36.3-71.1%、35.7-69.7%,73.5-81.8%和10.9-59.7%,其中,均以3%BC处理增幅最高,5%BC处理增幅最低。生物炭的添加还明显降低了氮素的吸收有效性,下降幅度为19.8-41.2%,却明显增加了氮素的利用有效性,增加幅度为11.3-15.0%。生物炭的根际效应在根际土壤pH和全氮含量方面作用明显。虽然在CEC和有机质含量方面作用不显著,但是添加生物炭仍然显著提高了根际土壤的CEC和有机质含量,并且生物炭对AOB群落结构影响大于根际作用。