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气候变暖和粮食危机是目前世界各国面临的主要问题。近年来,许多学者研究发现生物炭具有极高的稳定性和较强的吸附能力,有利于固碳减排、提高土壤肥力和增加作物产量,在土壤、气候和环境系统中发挥了重要作用。而另一种较为普遍的还田方式即秸秆直接还田,对土壤肥力和提高作物产量方面的作用也得到公认。针对我国东北地区比较特殊的气候条件,冬季气温和年积温低的特点,哪种还田方式更适合在东北地区推广,秸秆炭对温室气体排放、土壤C固定的大田研究较少。本研究设秸秆不同还田方式、不同还田量处理,连续两年采用大田定位试验,分析了对土壤碳固定、稻田温室气体排放、土壤肥力及水稻生长发育的影响。试验包括秸秆还田方式与数量、氮肥数量2个因素,秸秆还田方式与数量5个水平：秸秆还田量0 t-hm-2、秸秆直接还田5.05 t·hm-2、秸秆炭化还田1.78 t·hm-2、14.8 t·hm-2和29.6 t.hm-2；氮肥2个水平：0 kgN·hm-2和210kgN·hm-2;供试品种为粳型超级稻沈农265。主要的研究结果如下：1、对比不同还田方式土壤碳氮含量变化的结果表明：等量秸秆炭化还田(1.78t.hm-2)和直接还田(5.05 t·hm-2)都显著提高土壤全C含量,炭化还田效果更为明显,特别是不施用N肥条件下秸秆炭化还田比直接还田提高了6.31%,达到显著水平；炭化还田和直接还田都有增加0-60cm耕层全N含量的作用,施用N肥条件下直接还田显著高于CK,而不施用N肥条件下二者均显著高于CK,炭化还田略高于直接还田；两种还田方式都有提高N肥利用率的趋势,炭化还田、直接还田和CK的N肥利用率分别为55.99%、46.59%和44.08%。总体上秸秆不同还田方式都有降低土壤容重、增加总孔隙度和pH的趋势。2、秸秆还田方式对稻田温室气体排放的影响与氮肥水平有密切关系,无论是否施用N肥,秸秆直接还田的CH4累积排放量都显著高于CK和等量秸秆炭化还田,不施用N肥条件下差异尤为明显,炭化还田与CK无显著差异；施用和不施用N肥条件下秸秆直接还田的CH4累积排放量分别约为CK的3倍和9倍。施用N肥条件下秸秆直接还田的N20累积排放量显著高于CK和炭化还田,不施用N肥条件下二者无显著差异；无论是否施用N肥,炭化还田两种N20累积排放量与CK差异不显著。还田方式对C02累积排放没有显著影响。秸秆直接还田对全球增温潜势(GWP)的增效显著高于炭化还田和CK,其在短时间(20年)的增温效应是秸秆炭化还田的1.85倍。3、两种还田方式的干物质积累量变化分析结果表明：施用N肥条件下两种还田方式均能提高地上部干物质积累量,直接还田较CK增加8.42%(P>0.05),等量秸秆炭化还田较CK增加11.57%(P<0.01)：不施用N肥条件下炭化还田地上部干物质积累量有增加趋势,但是相互之间及其与CK之间均无显著差异。施用N肥条件下两种还田方式产量有所提高,但是均未达到显著水平。而不施用N肥条件下两种还田方式产量与CK均无显著差异。4、大量秸秆炭集中还田处理对土壤C、N影响的结果表明,施用N肥条件下随着施炭量的增加土壤全C含量随之显著增加,而不施用N肥条件下两个处理的土壤全C含量均有较大幅度提高,只是29.6 t·hm-2处理下没有达到显著水平；无论是否施用N肥,秸秆炭大量还田都显著增加了土壤全N含量,也显著提高了N肥利用率,两个还田量之间差异较小：施用N肥条件下CH4累积排放量和N2O排放量均随还田量的增加而显著降低；CO2累积排放量表现为施用N肥条件下14.8 t·hm-2处理显著提高,不施用N肥条件下两个处理与对照均无显著变化。综合分析结果表明,施用N肥条件下29.6 t.hm-2处理GWP和碳强度(GHGI)均最小,但不施用N肥下两个处理均一定程度提高了温室效应。与前述还田方式类似,总体上秸秆炭不同还田量都有降低土壤容重,增加总孔隙度和pH的趋势,变化幅度明显大于还田方式。5、秸秆炭大量施用对光合作用及产量测定结果表明,施用N肥条件下两个处理均一定程度提高了净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率,但不施用N肥条件下两个处理上述指标差异不显著或有降低的趋势。无论施用N肥与否,两个处理均显著提高了地上部干物重,因此产量也均显著高于CK,尤其施用N肥条件下,2个处理产量分别较CK高4.83%和8.15%,增产的主要原因是穗数显著增加,穗粒数也有一定增加。