近年来，将生物质炭化后还田的生物黑炭技术已逐渐成为农业生态系统固碳减排和土壤培肥改良的潜在有效举措之一引起广泛关注。中国是农业大国，每年秸秆资源生产量高达7～8亿吨，但秸秆有效利用率较低，超过30％被直接丢弃或焚烧，造成水气环境污染和生物质资源浪费等问题。由于秸秆黑炭具有碳含量高、结构稳定、孔隙发达、比表面积大、吸附性能强、碱性基团和灰分元素丰富等特点，将作物秸秆炭化后还田，不仅可起到培肥土壤和固碳减排的作用，也能为秸秆资源的多元化利用开辟新的途径。以往，对秸秆黑炭农田施用的大多研究常采用一次施加方式，往往仅关注某一种土壤上的1～2个作物季，尽管也明确了秸秆黑炭的土壤培肥和固碳减排作用，但尚无法回答农田土壤上秸秆炭化还田的长期农学效应和固碳减排潜力。鉴于我国农田秸秆每年每季都有大量产出但资源化处置率不高的事实，开展秸秆黑炭季季连续施用对典型农田土壤肥力和作物生长的长期影响研究将有助于评估秸秆炭化还田技术的增产和固碳潜力及秸秆消纳能力。　　本研究选择了我国东南丘陵区红壤(pH=4.80)和华北平原潮土(pH=8.45)两种典型农田土壤，采用秸秆黑炭季季连续施加方式，通过5年10季的小麦/小米轮作盆栽试验，持续观测了每季0，2.25和22.5t hm-2秸秆黑炭施用下的作物生长及营养状况，土壤主要物理、化学和养分性质的变化，以及氨挥发数量;在此基础上，对比分析了各处理下两种土壤-作物体系的养分收支平衡，探讨了秸秆黑炭施加对两种土壤上作物生长、土壤性质和氨挥发的影响差异及可能原因，并估算了季季连续施加方式下秸秆黑炭的分解速率及固碳潜力。　　结果表明，红壤上，相同充足施氮下，与不施黑炭处理相比，黑炭处理能促进作物生长、提高土壤养分供应、改善土壤孔隙结构和降低土壤酸度。22.5t hm-2处理下10季作物累积籽粒、秸秆累计产量和总生物量分别增加138％、253％和189％;相应地上部N、P、K、Ca、Na和Mg累计吸收量增幅分别为195％、241％、513％、245％、188％和265％;10季后土壤全氮、有效P、K、Ca、Na和Mg含量及阳离子交换量分别提高182％、241％、513％、245％、188％、265％和61.7％;土壤酸度显著降低，土壤有效Al3+含量10个种植季结束后仅为0.07cmol kg-1;土壤容重降低42.3％，土壤孔隙度和比表面积显著增加;土壤pH值增加3.29个单位，升至7.05;土壤有效水含量增加20.0％。22.5t hm-2黑炭处理土壤10季后有机碳含量提高11倍，碳氮比增至32;每季2.25和22.5t hm-2黑炭连续施加下，有机碳表观分解率为每年0.35～0.97％。尽管如此，黑炭施用也可导致氨挥发数量增加，22.5t hm-2高量黑炭处理下氨挥发10季总量增加329％。　　在潮土上，相同充足施氮下，与不施黑炭处理相比，黑炭处理能促进作物生长，提高土壤养分供应。22.5t hm-2处理下10季作物累积籽粒、秸秆累计产量和总生物量分别增加24.1％、74.1％和47.8％;相应地上部N、P、K和Na累计吸收量增幅分别为93.5％、71.2％、46.3％和40％;10季后土壤全氮、有效P、K、Na和Mg含量及阳离子交换量分别提高204％、262％、274％、125％、82.8％和58.3％;土壤容重降低87.4％，土壤pH值则无明显变化;土壤有效水含量增加37.5％。22.5t hm-2黑炭处理土壤10季后有机碳提高8.4倍，碳氮比增至25;每季2.25和22.5t hm-2黑炭连续施加下，有机碳表观分解率为每年3.52～5.68％。尽管如此，黑炭施用也可导致氨挥发数量增加，22.5t hm-2高量黑炭处理下氨挥发10季总量增加102％。　　基于两种土壤5年10个种植季的观测结果可以得出以下结论:秸秆黑炭季季连续施加可明显改善土壤理化性质、提升土壤肥力和增加土壤碳汇，且随着黑炭施加量增加而效果更加明显，但这些积极作用的程度和原因因土壤类型不同而表现各异。红壤的增产效果显著优于潮土，秸秆黑炭季季连续施加下，红壤铝毒降低、养分元素含量全面提升和团聚作用加强是红壤肥力提升和作物增产优于潮土的主要原因;其次，红壤的固碳潜力显著优于潮土，与潮土相比，红壤团聚作用加强，大团聚体数量显著增加，秸秆黑炭在团聚过程中可能与红壤产生胶结作用，从而稳定性增加;在充足施氮下，秸秆黑炭促进旱地土壤氨挥发，其中秸秆黑炭对红壤的促进作用大于潮土，潮土上容重降低通透性增加可能是氨挥发增加的主要原因，而红壤氨挥发不仅受通透性影响，pH值增加显著促进红壤的氨挥发。