我国东北部的黑土区作为我国粮食的主要生产地,对粮食安全具有十分重要的意义。但由于长期以来对黑土资源的高强度利用、缺少合理的管理模式以及所处地区雨期集中,水土流失现象严重,导致东北黑土区在玉米连年丰收的背后潜伏着巨大的危机,主要表现在土壤养分库容偏低、黑土耕层变薄、土壤酸化、土地生产力下降以及秸秆资源的焚烧造成环境污染等。因此,土壤质量的改善、对水土资源的保护以及对秸秆资源的有效利用等是今后东北黑土区持续发展的关键。生物炭作为一种绿色环保的土壤改良剂,目前已成为国内外许多学者关注的热点之一。生物炭因其自身极强的稳定性,在土壤中能够长期存在,且生物炭对土地及作物产生的影响是一个长期复杂的过程,但目前对生物炭的研究以短期居多,缺乏对生物炭长期效应的探讨。为此,于2015年在位于黑龙江省北安市的红星农场开展了生物炭连年施加效应的研究,按照生物炭的施加量设置Y0(0 t/hm2)、Y25(25 t/hm2)、Y50(50 t/hm2)、Y75(75 t/hm2)、Y100(100t/hm2)5个处理,每个处理两次重复,且连续施加4年(2015-2018),对土壤理化性质、水土保持效应以及节水增产效应等指标进行观测,分析讨论以上指标的变化规律,为黑土地区生物炭的高效利用提供科学依据。探究结果表明:(1)随着生物炭施加量、施加年限的增加,土壤容重呈现降低趋势,且生物炭的累积施加量越大这种趋势就越明显;Y25、Y50处理下的田间持水率随着施加年限的增加呈现逐年升高趋势,Y75处理则呈现出先升高后降低的趋势,Y100处理下的田间持水率则呈现逐年下降趋势,4年中的饱和含水量随着生物炭施加量的增加始终呈现增加趋势;土壤p H值、总有机碳含量和速效钾含量均随着生物炭施加量、施加年限的增加呈现出逐渐上升的趋势,碱解氮和有效磷含量则随着生物炭施加量的升高呈现出先增加后减少的变化趋势。(2)4年的年径流系数和年产沙量随施炭量的增加均呈先减后增变化,连续施加2年50 t/hm~2的生物炭减流效果和减少产沙效果最优;分析典型次降雨产流和产沙过程可知,施加生物炭可以延缓产流和产沙时间,达到减小产流和产沙量的效果,但当施炭量过高时,产流和产沙量反而增加。(3)连续4年施加生物炭可以增加0～60 cm土层土壤含水量,而对60～100 cm土层土壤含水量影响不大。(4)4年中玉米各生育期的株高、茎粗和叶面积指数均随着生物炭施加量的升高呈现出先升高后降低的趋势,最优处理分别为Y50、Y50、Y25、Y25。2018年Y100处理玉米各生育期的株高、茎粗和叶面积指数均出现了低于对照组的现象。(5)玉米的产量及其构成要素随着生物炭施加量、施加年限的增加呈现先升高后降低的趋势,4年中的最优处理分别为Y50、Y50、Y25、Y25,2018年Y25处理的产量最高,为10350 kg/hm~2,Y100处理的产量相较于对照组降低了1.1%。(6)玉米的水分利用效率随施炭量、施加年限的增加呈先升高后降低趋势,4年最优处理分别为Y50、Y50、Y25、Y25,其中2015年Y50处理水分利用效率提高最大,相较于对照组提高了17.57%,而2018年的Y100处理低于对照处理4.1%。