近年来，生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体，在农业上的应用越来越广泛。为促进生物炭在农业上的研究及应用，本研究以陕西关中地区塿土、废弃果树枝条生物炭为研究对象，以小麦-玉米轮作为供试作物，利用田间种植试验，结合室内模拟试验，采用相关分析、通径分析和主成分分析，研究了施用生物炭后塿土土壤理化性质、生物活性、养分含量以及作物地上部生物量的变化特征，并分析了土壤理化性质与生物活性之间的关系，得到的主要结论如下：1.生物炭降低土壤NH4+-N和NO3--N累积淋溶量，用量为80t·hm-2时较对照显著降低了41%和18.6%；NO3--N淋溶主要集中在前三次，其淋溶量占总量的97.3%~98.8%，80t·hm-2用量显著延长NO3--N在土壤中滞留时间，延缓淋失；整个淋洗过程中，氮素主要以NO3--N形式淋失，其累积淋溶量占NO3--N、NH4+-N淋溶总量的97.3%~98.14%。2.土壤田间持水量、饱和持水量、毛管持水量和孔隙度均有增加趋势，但差异不显著；而容重随炭用量的增加而显著减小，且小麦季小于玉米季；用量为80t·hm-2时显著增加土壤pH值；盐基饱和度随生物炭用量的增加而显著增加，玉米和小麦季增幅分别为44.94%~84.72%和44.11%~94.29%；玉米季土壤阳离子交换量无显著差异，小麦季仅80t·hm-2较对照显著增加了9.25%；有机碳含量随生物炭用量的增加而显著增加，玉米和小麦季增幅分别为53.82%~263.65%和30.19%~150.94%。3.土壤全氮、全钾、NO3--N、速效钾和小麦季全磷含量均随生物炭用量的增加而显著增加。作物产量和地上部生物量增加不显著，但玉米和小麦季收获指数较对照显著降低了32.25%和9.13%。玉米植株和小麦籽粒的氮磷含量均显著增加；玉米籽粒和小麦植株的磷含量均有所降低；玉米和小麦籽粒钾含量均下降。4.生物炭显著提高土壤脲酶、过氧化氢酶和玉米收获后碱性磷酸酶活性；显著提高土壤酶指数，玉米和小麦季增幅分别为77.27%~163.64%和20.93%~118.6%；显著增加土壤三类微生物类群的数量，增幅随其用量的增加而增加，但小麦季明显低于玉米季。5.生物炭显著提高苗期、越冬期和返青期土壤微生物量碳及玉米成熟期、返青期和拔节期微生物量氮含量，用量为80t·hm-2时效果最显著，但显著降低玉米成熟期、返青期和拔节期微生物量碳氮比。动态变化表明，微生物量碳氮含量在越冬期最低、拔节期最高，这与作物生育旺盛时期一致。显著减小微生物量碳和微生物量碳氮比的季节波动，提高微生物量氮的季节变异，其增幅(0.1%~25.7%)随用量的增加而增加。6.相关分析表明，除蔗糖酶活性和微生物量碳外，土壤其他生物活性指标与容重间呈显著负相关。脲酶和过氧化氢酶活性、微生物量氮和三类微生物与土壤肥力指标间呈显著或极显著正相关。通径分析表明，脲酶和微生物量氮对土壤肥力的影响以直接作用为主，过氧化氢酶则以间接作用为主。主成分分析表明，可以用微生物因子、酶活性因子和速效磷因子来综合描述土壤肥力特征。土壤肥力综合得分玉米季大于小麦季，且均随炭用量的增加而增加，表明较高用量生物炭对土壤肥力的提高作用更明显。