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关于生物炭的应用研究近几年引起了众多学者的关注,以往研究多针对生物炭短期施用对单一作物产量、土壤理化性质和温室气体排放等的影响。然而,针对秸秆炭化长期还田下的作物生长、土壤肥力变化、温室气体排放及综合环境经济效益等的综合评估却相对缺乏。本研究选择我国华北平原潮土小麦/玉米轮作系统为研究对象,于2011年起开展大田尺度的秸秆炭化长期还田试验。设置4个生物炭处理:BC0、BC2.25（低）、BC6.75（中）和BC11.25（高）,分别表示每个作物种植季0、2.25、6.75和11.25 t hm-2的生物炭施用量。前期（2011-2015）研究主要为对作物产量、土壤理化性质、N2O排放及土壤固碳等的观测上,后期（2015-2017）研究在此基础上,观测了生物炭对小麦生长、干物质积累和氮素吸收转运的影响,并且对轮作系统净温室效应潜能、综合经济效益做出初步评估,以探讨秸秆生物炭在黄淮海潮土上的应用潜力及可行性。本文为该长期试验的后期研究结果（2015-2017）,结果表明,与BC0相比,低、中、高量生物炭处理提高4季籽粒产量总和7.4%～9.6%、提高4季生物量总和7.4%～12.1%,BC6.75处理提高4季秸秆产量总和15.3%。2015/2016小麦季,BC2.25收获指数增加4.8%,2016玉米季,BC2.25、BC6.75收获指数分别增加1.6%、1.8%。对年份和处理的两因素分析表明,生物炭主要通过提高小麦成穗数实现小麦籽粒产量的提高,玉米产量三要素受年份影响较大。生物炭处理提高小麦产量与其促进小麦生长效果一致,可提高越冬期、拔节期和抽穗期小麦群体数量、LAI值和SPAD值,进而提高小麦光合作用。与对照相比,BC2.25处理小麦秸秆氮积累量显著提高33.1%,BC6.75处理下的小麦秸秆氮积累量显著提高73.8%、小麦植株氮积累量显著提高16.4%、玉米籽粒氮积累量显著提高12.6%。BC11.25处理的玉米籽粒氮积累量显著提高9.3%,小麦秸秆氮积累量和植株氮积累量分别显著提高69.7%和19.5%。3个生物炭处理下的小麦/玉米氮肥偏生产力较对照显著提高4.5%～24.5%,氮素收获指数显著提高2.5%～10.6%。秸秆生物炭施用具有持续提升土壤肥力、改善土壤结构和增加土壤保水保肥能力的作用。与对照相比,BC6.75和BC11.25耕层容重降低8.1%～23.7%,3个生物炭处理土壤总孔隙度增加5.8%～33.1%、土壤含水量增加10.5%～47.2%、田间持水量增加27.1%～405.3%、饱和导水率增加35.3%～405.3%。BC2.25耕层铵态氮含量增加14.3%,BC6.75和BC11.25耕层硝态氮含量增加31.9%～92.5%,铵态氮含量增加26.0%～42.2%,BC6.75耕层全氮含量显著增加22.3%～25.4%,BC11.25处理耕层全氮含量增加30.5%～43.3%。此外,生物炭施用下土壤碳库增加及潮土N2O减排效果显著。与对照相比,BC6.75耕层有机碳含量提高169.1%～228.5%,BC11.25耕层有机碳含量提高176.1%～267.6%,具有持续而稳定的固碳效果。与对照相比,BC2.25、BC6.75、BC11.25处理4季N2O累积排放量总和分别显著降低16.5%、32.5%、33.9%,4季单位籽粒产量N2O排放量总量分别降低23.9%、37.4%、38.5%,N2O排放强度分别降低23.9%、37.4%和38.5%,净温室效应潜能分别显著降低233.4%、683.0%和1118.0%。在当前小麦2320元/t、玉米1650元/t的市场价格下,3个生物炭处理的4季作物经济效益总和较对照分别显著增加10.5%、8.2%和7.8%。生物炭当前购买成本为1200元/t,3个生物炭处理4季生物炭用量分别为9、27和45 t hm-2,因此,在BC2.25处理下,当产量收益为67.59×103 CNY hm-2时,生物炭购买成本将增加10.8×103 CNY hm-2。但在3个生物炭处理间,产量经济收益并无显著性差异,而BC6.75和BC11.25处理的生物炭购买成本相应增加3倍和5倍。与对照相比,低、中、高量生物炭处理下净生态系统环境经济效益分别降低7.4%、50.1%和90.5%。综上所述,生物炭在黄淮海潮土上长期施用后,具有小幅提升作物产量、提高氮素利用率、促进小麦生长及增加光合作用的效果。此外,生物炭显著降低土壤容重、增大孔隙度、田间持水量和饱和导水率;提高土壤硝态氮和全氮含量,增加土壤有机质含量,显著提升土壤肥力。从整个轮作农田系统角度评估结果表明,生物炭固碳减排效果显著,持续增加土壤碳库储量、降低N2O排放,进而降低潮土农田净温室效应潜能。然而受当前生物炭制备成本和市场价格的限制,生物炭降低小麦/玉米轮作体系的净生态系统环境经济效益。