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生物炭以其良好的解剖结构和理化性质,广泛的材料来源和广阔的产业化发展前景,成为当今农业、能源与环境等领域的研究热点,并且其是具有多重农业和环境效益的新型功能性材料,因此具有较高的应用价值。本研究以陕西关中地区塿土和苹果树枝条生物炭为研究对象,以冬小麦—夏玉米轮作为模式,采用大田试验,利用450℃、限氧条件下裂解的果树树干、枝条生物炭,以不同用量(0、20、40、60、80 t·hm-2)施入塿土,与耕层(0~20cm)混匀。经过2年的夏玉米和冬小麦轮作后,分层(0~10cm、10~20cm、20~30cm)分析生物炭对土壤水热特性、团聚体稳定性、土壤碳、氮及碳、氮相关组分、土壤磷、钾含量、土壤酶活性、作物养分吸收、农艺性状及作物产量的影响,得到的主要结论如下:1.土壤水热特性及团聚体稳定性:在0~30cm土层,施炭处理与B0相比,土壤容重显著降低7.67%~10.91%;土壤含水率显著增加10.04%~13.35%;施用40~60 t·hm-2生物炭可以缓冲土壤的温度变化,提高土壤的保温性能;水稳性团聚体(WR0.25)显著增加30.29%;平均质量直径(MWD)在干筛、湿筛条件下分别显著增加15.18%和31.61%;团聚体破坏率(PAD)和不稳定团粒指数(ELT)分别显著降低19.12%和17.48%。2.土壤碳、氮及碳、氮相关组分:在0~10cm土层,TOC、POC、EOC随生物炭施用量的增加而增加,SMBC、TN、AN、NO3--N、SMBN均在生物炭施用量为60 t·hm-2时达到最大,分别比B0显著增加87.22%、33.33%、18.76%、94.79%、178.80%;在10~20cm土层,TOC、POC、TN、NO3--N随生物炭施用量的增加而增加,EOC、SMBC、AN均在生物炭用量为60 t·hm-2时达到最大,分别比B0显著增加78.05%、23.85%、31.07%,而SMBN在40 t·hm-2时达到最大,比B0显著增加50.87%;此外,随生物炭施用量的增加,土壤有机碳储量和氮储量在0~30cm土层分别增加37.92%~108.31%和1.05%~14.94%,其中氮储量在生物炭用量为60 t·hm-2时达到最大。3.土壤磷、钾含量及p H:施炭处理的土壤TP含量在从上到下的三个土层分别比各自对照B0增加13.85%~21.54%、10.61%~21.21%和3.23%~25.81%,分别在B40、B60和B40处达到最大;施炭处理的AP含量在从上到下的三个土层分别比各自对照B0增加31.82%~74.91%、11.09%~27.96%和4.73%~27.71%,分别在B60、B60和B40处达到最大;施炭处理的AK含量在从上到下的三个土层分别比各自对照B0增加19.96%~57.36%、7.89%~24.39%和10.48%~16.40%,均在B60处达到最大。添加生物炭后土壤p H发生了显著地改变,但从数值的大小上可以看出,其对土壤p H的增加只有0.05~0.16的单位,可见,生物炭对石灰性土壤p H的影响幅度非常小。4.土壤酶活性:随生物炭施用量的增加,6种土壤酶活性变化规律相似,总体上表现为先增加后降低的趋势。通过土壤酶指数(SEI)可以看出,施用生物炭显著增加了SEI,在0~10cm土层,施炭处理较B0显著增加1.61~2.74倍。通过主成分分析,本研究的8个指标其综合得分总体上表现为0~10cm>10~20cm>20~30cm土层;在0~10cm和10~20cm土层,不同处理综合得分为B60>B40>B20>B80>B0,在20~30cm土层,综合得分为B60>B80>B40>B20>B0。5.作物养分吸收、生物量及产量:施用生物炭对夏玉米秸秆氮、磷、钾含量的增加具有显著作用,秸秆氮、磷、钾含量最高分别比各自B0显著增加57.47%、36.11%、16.14%,;对夏玉米农艺特性也产生了一定的影响,其中夏玉米茎粗、行粒数、穗粒重均在40 t·hm-2生物炭用量时显著增加,分别比各自对照B0显著增加9.21%、15.64%、32.45%。生物炭用量是40t·hm-2时提升夏玉米百粒重、产量及生物量效果最好,其中,产量最大增加32.45%。考虑到生物炭对土壤理化性质和作物生长的影响,以及生物炭的生产价值和成本问题,建议在塿土中的生物炭用量为40 t·hm-2。