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本研究以陕西关中塿土辣椒-冬小麦轮作为种植模式,采用田间小区试验,以450℃下热裂解的苹果果树枝条生物炭为研究对象,研究了不同梯度(0、20、40、60、80 t·hm-2)生物炭施用下土壤温室气体、土壤碳氮及相关组分、土壤温度、土壤水分含量、土壤团聚体、土壤酶活性以及作物产量的变化特征,得到的主要结论如下:1.施用生物炭可以显著提高土壤总有机碳(TOC)含量、微生物量碳含量和易氧化有机碳(AOC)含量,且与生物炭施用量呈正相关关系。0~30 cm土层中各生物炭处理下土壤微生物量碳在整个实验期内分别比对照增加了7.63%~18.63%、18.69%~23.36%、23.01%~33.86%和24.74%~47.05%。对于土壤AOC,施用生物炭主要增加的是结构简单的高活性易氧化有机碳(HAOC)的含量。2.生物炭对土壤全氮含量具有一定增加作用,尤其是10~20 cm土层,施生物炭处理的土壤全氮(TN)含量比对照B0增加了4.15%~21.89%。施用生物炭能够显著提高土壤硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)以及土壤微生物量碳含量,且土壤中NO3--N、NH4+-N含量和土壤微生物量碳含量之间呈正相关关系。对于土壤NO3--N,在辣椒种植前,施炭处理显著高于对照处理且NO3--N含量与生物炭施用量呈正相关关系,在辣椒收获后,0~10 cm土层内,B40和B60显著高于对照处理,在10~20和20~30 cm土层内,施用生物炭处理均显著高于对照处理。土壤NH4+-N在辣椒整个生长季均表现为施炭处理显著高于对照处理,且20、40、60、80 t·hm-2分别比对照高4.61%~4.81%、8.29%~10.62%、16.81%~21.16%和19.20%~33.22%。3.生物炭可以缓解土壤温度的变化,提高土壤pH,增加土壤大团聚体的数量,尤其是>5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量,与对照B0相比,分别增加了1.68~2.38、0.25~0.47和0.21~0.37倍;在0~20 cm土层内,各生物炭处理土壤水分含量分别为11.57%~21.61%、11.44%~23.76%、11.38%~23.58%和11.33%~24.34%,与对照B0相比,添加生物炭后土壤含水量增加了6.21%~9.04%。4.施用生物炭可以增加塿土对CH4的氧化作用。但是施用生物炭能够增加土壤CO2的排放量且在辣椒季土壤CO2的排放量与生物炭施用量呈正相关关系,与对照相比,生物炭处理土壤CO2排放量和土壤CH4吸收量分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm-2和40 t·hm-2的生物炭可以降低土壤N2O的排放和综合增温潜势,而当生物炭施用量大于等于60 t·hm-2时反而增加了土壤N2O的排放和综合增温潜势;5.施用生物炭可显著提高小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%;与施用量60t·hm-2和80 t·hm-2相比,20 t·hm-2和40 t·hm-2的生物炭施用量可显著增加土壤呼吸,而对于小麦生态系统呼吸和植物呼吸来说,施用40 t·hm-2生物炭时其值最高。6.施用生物炭显著提高了土壤颗粒有机碳(POC),且与生物炭施用量呈极显著正相关;而施用生物炭对土壤水溶性有机碳(WSOC)含量具有降低作用综合来看,当生物炭施用量高于40 t·hm-2时其值显著降低,与对照相比,0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm三个土层中WSOC含量分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%。7.总体来看,在辣椒生长季,随着作物的生长,土壤酶活性有降低的趋势。在同一时期,施用生物炭处理土壤蔗糖酶和脲酶活性高于对照处理,但是,碱性磷酸酶活性则低于对照处理;施用生物炭处理辣椒和冬小麦产量分别增加了2.7%~11.63%和1.72%~32.19%,40 t·hm-2效果最好。