在气候变暖及耕地质量下降背景下,农田土壤提质增效及固碳减排的需求日趋增加,亟需采取有效措施提升土壤肥力和固碳能力。生物炭在土壤改良、温室气体减排等方面都展现出潜力,但研究结果存在争议,还需要进一步探明生物炭对增汇减排的效果。本文以夏玉米-冬小麦轮作农田土壤为研究对象,采用田间试验的方法,系统研究不同水平生物炭施用下的土壤自养/异养呼吸速率、土壤环境因子、土壤养分及土壤微生物性质的变化特征,探讨生物炭固碳减排和影响土壤肥力的可能原因,以期明确生物炭的合理用量。并采用相关分析法和主成分分析法确定影响农田土壤总呼吸速率的主要因子,为探索果木枝条炭化还田于华北平原夏玉米-冬小麦轮作土壤的应用潜力提供一定科学依据。主要研究结果如下:(1)在对照(0 t·hm-2)、低生物炭施用量处理(5 t·hm-2)、中生物炭施用量处理(10 t·hm-2)、高生物炭施用量处理(20t·hm-2)条件下,土壤总呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率昼夜呈现单峰形变化规律,白天波动变化较大,夜晚与凌晨变化较小,最大值出现在14:00左右,玉米季和小麦季分别平均达到12.09 μmol·m-2·s-1和5.3s8μmol·m·-2·-1;最小值出现在23:00左右,玉米季和小麦季分别平均达到1.15 μmol·m-2·s-1和1.08μmol·m-2·s-1,处理间差异并不明显。8:00-11:00 土壤呼吸速率与土壤呼吸日均值基本相符,可以代表一天的呼吸速率情况。(2)在不同生物炭施用水平下,土壤总呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率均表现出显著的季节变化特征,最大值出现在夏季,最小值出现在冬季。土壤呼吸月通量最大出现在6-7月份,各处理土壤总呼吸月通量在248.45 g C m-2以上,土壤自养呼吸月通量在26.25gCm-2以上,土壤异养呼吸月通量在216.70 g C m-2以上。最小值出现在生长季初期或末期,各处理均在24.55 g C m-2以下。较对照处理而言,生物炭施用可明显提高各组分月通量和年通量,处理间整体为中施炭量>高施炭量>低施炭量>对照处理的趋势。(3)夏玉米-冬小麦轮作体系下,5 cm 土壤含水量、耕层硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾和可溶性碳(DOC)含量随生物炭施用量的增加呈先增加后降低趋势,均在T2达到最大值,与T1相比,最大增量分别达到32.04%、102.58%、124.81%、76.20%、56.97%和82.92%;不同生物炭施用量处理对耕层微生物量碳(MBC)含量均有显著提升的效果,并且MBC含量随生物炭施用量的增加而增加,与不施生物炭的T1处理相比,T4最高提升33.41%;但对5 cm 土壤温度无显著影响。(4)土壤总呼吸速率影响因素相关性分析和主成分分析表明,土壤总呼吸速率的关键影响因子主要是土壤含水量、DOC、MBC和土壤铵态氮。综上,低量生物炭处理(T2)较中高量生物炭处理(T3和T4)可降低土壤自养/异养呼吸速率,与对照(T1)处理相比可有效改善土壤环境因子、土壤养分及土壤微生物性质。土壤含水量、DOC、MBC和土壤铵态氮是影响农田土壤总呼吸速率的主导因子。为生物炭提高农田生态系统固碳增汇潜力提供了科学依据。