东北黑土区作为世界四大黑土区之一,其土壤肥沃,有机质、养分含量较高,有利于作物的生长发育,因此是中国重要的商品粮基地之一,对保障我国的食品粮食安全起着重大的作用,但是近年来东北地区水土流失现象严重,土壤容重增大、持水保肥能力下降,导致作物产量下降严重,严重威胁了我国粮食安全,对我国粮食出口也带来了不好的影响,而且目前东北黑土区水土流失面积已达到了土壤总面积的四分之一左右,因此对东北黑土区水土流失问题的治理迫在眉睫且目前已得到了大家的广泛关注并被列为重点工作。生物炭的制作材料为动物粪便、秸秆等可再生资源,它的制备大大减少了焚烧秸秆等行为对环境的污染,且生物炭能有效改良土壤孔隙度,提高土壤持水保肥性能,达到节水增产的效果,因而在东北黑土区进行施用生物炭的试验研究能有效发现生物炭对于东北黑土的治理效果,为大面积推广进行铺垫。因此本试验于黑龙江省北安市红星农场进行,该地区为典型东北黑土区,采取大田试验的方式,连续三年于土壤中施加四种不同含量的生物炭,对土壤基本性状指标和土壤水分运动、溶质运移参数进行测定,分析连续三年不同生物炭施用量下的各项指标的变化规律,建立土壤水分运动和溶质运移模型,通过验证后对该试验情况下的土壤水分运动与溶质运移进行模拟,得到以下结论:1、生物炭的施用能有效降低土壤容重并且提高土壤孔隙度,并且生物炭的土壤容重大小与生物炭施用量存在负相关关系而与土壤孔隙度存在正相关关系。连续三年施加生物炭条件下土壤容重分别最多降低7.21%,9.89%以及12.69%,孔隙度分别最多增加12.90%,18.62%以及21.01%。因此,生物炭的施用能有效改良土壤板结情况且随着生物炭施用年份的增加其效果更佳。2、生物炭对土壤持水量的影响未呈现特定规律,第一年随着生物炭施用量的增加田间持水量呈现上升趋势,但第二年及第三年都为先增加后减小的变化;不同生物炭施用量下的凋萎系数呈现先增大都减小的规律,且最大凋萎系数值随着生物炭施用年份的增加而增加;土壤饱和含水率在第一年施用生物炭条件下的增幅为2.73%~9.55%,第二年为6.93%~12.93%,第三年为7.55~13.04%。生物炭能有效提高土壤持水能力进而达到节水增产的目的。3、不同生物炭施用量条件下的土壤水分特征曲线均高于未添加生物炭的,且土壤含水率与生物炭施用量存在正相关关系;土壤水分特征曲线的模拟参数中θs、α与生物炭施用量呈正相关关系,而θr、n与其相反,所有参数中进气值随生物炭施用量的变化变动最大,且在连续多年施用生物炭的条件下各处理的土壤水分特征曲线之间差值变大,各个参数的变化趋势也不断增加。生物炭的施用能有效提高土壤水分扩散率,且通过对土壤水分扩散率与土壤含水量的拟合可知,两者之间存在指数函数关系并达到了较好的拟合精度。土壤非饱和导水率随着生物炭施用量的增加而增加且随着生物炭施用年份的增加其增加速率呈现增加趋势,其中:第一年增加了13.04%~121.74%,第二年增加了69.57%~304.35%,第三年增加了139.13%~617.39%。土壤水动力弥散系数与生物炭的施用量存在正相关关系,并且通过对其拟合结果可知:随着生物炭施用量的增加,Dsh与水分运动速度呈上升趋势,而各土壤穿透时间减小,且当生物炭的投放量超过了50 t/hm~2时,土壤水动力弥散系数增加的速率减慢。生物炭的施用能有效提高土壤持水能力以及水分运动和溶质运移的相关参数,并且随着生物炭施用年份的增加,其增加趋势保持不变只是速率降低。4、在土壤水动力学的基础上,根据试验当地的土壤特性,确定土壤水分运动及溶质运移的初始及边界条件,并根据前期测量的土壤水分运动及溶质运移的一些参数建立模型,然后通过对一次降雨后20 min、1 h以及12 h的土壤剖面含水率以及土壤溶质含量的模拟值和实测值的对比,确定其误差在允许范围内,说明此模型适合本试验进行的连续多年施加生物炭条件下的土壤水分运动和溶质运移模拟的研究。5、由模拟结果可知:土壤含水量在不同生物炭施用量条件下在0-40 cm时随着深度的增加而增加,而在40 cm-80 cm时随着深度的增加而减小,但是土壤溶质含量在0-30 cm时随着土壤深度增加而减小,在30 cm-80 cm时呈现相反趋势,但是土壤含水量和溶质在到达80cm的深度后其数值几乎不会因为深度的改变而产生变化。此外,各处理下土壤水分和溶质含量由大到小均为C4、C3、C2、C1、CK的顺序,而且随着生物炭施用年份的增加,施用不同含量生物炭的各处理下的土壤水分和溶质含量之间的差值均不断增加,但是增长速率有所减小,这是由于生物炭对土壤有一定的累积效应但是此效应有一定的限度所引起的,生物炭能有效保持土壤水分以及土壤中的溶质。