中国农业生产过程中产生了大量的农业废弃物,如农作物秸秆、畜禽粪便、城镇生活垃圾等。这些废弃物如果得不到合理利用,不仅会造成资源浪费,而且会给生态环境带来严重污染。解决好农业废弃物利用问题对我国农业的可持续发展至关重要。生物质热裂解炭化技术作为农业废弃物资源化利用的新途径,近年来受到广泛关注。将农业废弃物制成生物质炭并施入土壤不仅可以增加土壤固碳、减少温室气体排放以缓解全球气候变化,还能够改良土壤、提高土壤养分利用效率、增加作物产量。而将生物质炭作为肥料载体与化肥结合制成生物质炭基肥的应用又进一步解决了它作为土壤改良剂成吨施入土壤时带来的经济成本问题,还可大大提高肥料的利用率、减少肥料施用量,从而解决由化肥利用率低下带来的一系列环境污染问题。本研究将不同农业废弃物来源的生物质炭与常规化肥复混造粒制成生物质炭基肥料施入稻田,观察它们对水稻氮素利用、稻田温室气体排放以及水稻产量的影响。在此基础上,又对生物质炭基肥料的制作工艺进行了改性探索,制成了两种新型生物质炭基肥料,观察分析了它们的表面结构和化学性质,并通过盆栽试验,与常规化肥以及未改性的稻壳炭基肥进行对比,检验它们是否对植物(小白菜)生长有更积极的影响。主要结果如下：(1)不同生物质炭基肥料的田间试验结果表明：与常规化肥处理相比,生物炭基肥处理有效减缓了前期田面水中铵态氮的释放速率,降低了淹水后期水中硝态氮的含量,表明生物质炭基肥影响了氮素在田面水中的转化过程,具有长期供氮能力；生物炭基肥处理相对常规化肥对照显著降低水稻生长期间CH4和N20的总排放通量而对C02的排放通量无显著影响。CH4和N20降低幅度分别为25.5～50.6%和31.0-39.4%。此外,生物质炭基肥处理相对常规化肥处理还能减少100年尺度下CH4和N20的全球增温潜势(29.8～42.9%)以及温室气体排放强度(36.4-56.5%),具有巨大的减排潜力；与常规处理相比,生物炭基肥处理在减少20%氮肥投入的情况下维持了水稻籽粒产量,其中花生壳炭基肥(PH-BCF)与生活垃圾炭基肥(MW-BCF)处理分别增产28.1%和31.4%,氮肥偏生产力生物炭基肥处理较对照高出28.1%-63.2%,大大提高了氮肥的利用效率。(2)新型生物质炭基肥的制作及其表面性状分析结果表明：通过对先前的掺混配方进行改性,对生物质进行活化并加入各种粘土矿物制炭,用化学反应的方式与养分混合,使制成的新型生物质炭基肥表面具有很多亚微米及纳米矿物结构。X-射线光电子能谱分析(XPS)和扫描电镜(SEM)结果表明,新型炭基肥的表面具有较多的含氧官能团、氧化物及多种矿物结构,这些矿物结构及官能团的存在会对作物的生长起到积极的作用,且肥料表面的养分分布较均匀。养分分布的能谱图显示N元素与C元素有较好的重合,说明肥料可能具有缓释氮的能力。(3)新型生物质炭基肥的盆栽试验结果表明：三种生物质炭基肥相对常规化肥对照均能不同程度地提高小白菜的生长、品质以及养分利用情况。膨润土造粒的新型炭基肥(BN-BCF)和稻壳炭基肥(RH-BCF)对小白菜生长的影响效果相差不大,但优于高岭土造粒的新型炭基肥(KN-BCF);在提升白菜品质方面,只有BN-BCF相对化肥对照(CCF)降低硝酸盐含量19%,提高了可溶性糖、维生素C及叶绿素含量35%、22%和6%,效果要好于其他两种炭基肥料；而在养分利用方面,炭基肥处理相对对照均促进了小白菜对氮、磷、钾的吸收。两种新型生物质炭基肥相比RH-BCF显著提高了小白菜体内的磷含量,但对总的肥料偏生产力,BN-BCF要好于其他两种炭基肥。综合而言,BN-BCF在提高小白菜生长状况、品质以及养分利用方面优于其他两种炭基肥料。综上所述,将不同农业废弃物来源的生物质炭与常规化肥混合制成生物质炭基肥料,不仅能减缓氮肥前期在稻田水中的释放速率,对水稻生长进行长期供氮,而且能减少稻田温室气体排放,具有巨大的温室气体减排潜力。此外,它们还能够在节约氮肥的情况下保证甚至增加水稻产量,大大提高氮肥利用效率。而对生物质炭基肥料的改性研究发现,增加生物质炭基肥表面的亚微米及纳米级矿物结构和有机官能团含量能够提高它们的养分利用率,并对蔬菜的生长、品质产生积极影响。本研究的结果也进一步表明对生物质炭基肥进行更深入的研究是完全有必要的,它将会对生物质炭基肥料将来的推广应用以及我国低碳农业和农业可持续发展提供帮助。