通过有机物料还田提升土壤肥力、提高农田生产力是当前循环农业和粮丰工程研究的热点问题,但还田方式及地力培肥机制有待深入研究。本研究以秸秆还田为对照,以等氮量还田为原则,设计了猪粪、沼渣和生物质炭三种有机物料还田的定位试验,重点对土壤有机碳库变化、团聚体分级碳及细菌群落特征进行比较研究,探讨不同物料还田对砂质低产农田土壤改良的效应及机制,为未来中低产农田地力培育提供理论与实践依据。定位试验于2012年10月在河北省中国农业大学吴桥实验站内布置,通过2014-2016年的测定与分析,取得以下主要进展:(1)秸秆、沼渣、猪粪和生物炭还田均不同程度促进农田SOC(土壤有机碳)积累,生物炭处理增幅最大。与初始值相比,2016年玉米季秸秆还田处理耕层SOC累积增长126.03%,沼渣处理增长134.59%,猪粪处理增长114.04%,生物炭处理增长467.12%;与秸秆直接还田的对照相比,生物炭处理的SOC含量及增长量均显著高于秸秆(P<0.05);进一步分析生物炭还田与秸秆还田固碳效果显著差异的原因,研究发现生物炭处理在土壤0-20 cm 土层POC(颗粒有机碳)显著高于秸秆处理(P＜0.05),并且2014-2016年生物炭处理的MBC(微生物量碳)降低了 2.9%-35.5%。2014-2016年沼渣还田和猪粪还田与秸秆还田相比,在0-10 cm和10-20 cm 土层SOC均无显著差异(P＜0.05)。(2)沼渣、猪粪和生物炭处理土壤团聚体2-8mm粒级结合态C均高于秸秆处理,但秸秆还田MWD(平均重量直径)高于沼渣、猪粪和生物炭。物料还田4年后,与秸秆还田相比,沼渣还田主要提高了 2-8 mm和0.25-2 mm粒级结合态C;猪粪提高了 2-8 mm粒级结合态C;生物炭则显著提高土壤2-8 mm、0.25-2 mm、0.053-0.25 mm和<0.053 mm结合态C。在2016年玉米收获期0-10 cm 土层,秸秆、沼渣、猪粪和生物炭MWD分别比初始提高305.26%、194.74%、205.26%和142.11%;在10-20 cm土层,秸秆、沼渣、猪粪和生物炭MWD分别比初始提高158.82%、76.47%、105.88%和47.06%;总体来看,不同处理土壤MWD的变化趋势为秸秆>沼渣、猪粪>生物炭。(3)不同有机物料还田对耕层土壤细菌群落α-多样性没有显著影响,但改变了细菌群落结构,对有机碳和pH的影响是细菌群落产生差异的重要原因。与秸秆相比,猪粪、沼渣和生物炭的Chao指数和Shannon指数无显著差异(P<0.05)。生物炭处理中Proteobacteria丰度显著低于秸秆处理;生物炭、沼渣和猪粪还田Acidobacteria丰度分别比秸秆还田低65.0%、34.9%和40.7%;回归分析显示PCoA1 scores和PCoA2 scores与SOC均具有显著的回归关系.PCoA1 scores与土壤pH存在显著相关关系。(4)不同有机物料还田对不同粒级团聚体细菌群落多样性和群落结构有显著影响,土壤SOC和DOC(可溶性有机碳)含量是最主要影响因子。沼渣处理和猪粪处理与秸秆还田相比,提高了 0-10 cm 土层0.053-0.25 mm团聚体细菌α-多样性。生物炭处理与秸秆处理相比,提高了0.053-0.25 mm和<0.053 mm团聚体的Chao指数,降低了 Shannon指数;沼渣处理和生物炭处理与秸秆还田相比,提高了各个粒级团聚体Nitrospirae丰度;猪粪处理与秸秆还田相比,降低了土壤各个粒级团聚体Actinobacteria丰度。本研究中,四种物料还田后,对土壤DOC、SOC、pH和AK(有效钾)的影响是引起土壤团聚体内细菌群落变化的最主要因子。总体来看,沼渣处理与秸秆还田固碳效果无显著差异,但提高了 0.053-0.25 mm粒级细菌α-多样性和粒级0.25-2 mm、0.053-0.25 mm和<0.053 mm团聚体Nitrospirae丰度。尽管生物炭还田促进农田土壤有机碳积累,但生物炭中的碳主要为惰性碳,对土壤其他物理化学和生物炭指标的改良作用效果较差。因此,从土壤农田固碳和土壤生态健康两个方面考虑,在华北平原碱性砂质农田中,沼渣培肥效果最佳。