此外，受水稻生长季节性、单位面积秸秆产量和秸秆生物质炭化得率等因素的限制，生产实践过程中稻田不可能普遍实施基于秸秆资源异位转移方式的高剂量炭化还田模式。因此，若在稻田生态系统中采用逐年全量秸秆生物质炭化还田模式，即逐年将产生的水稻秸秆生物质全量炭化后原位还田，既能实现秸秆资源的完全利用，又能不断向稻田补充生物质炭，维持其营养水平，理论上将比一次性高剂量还田模式更有应用前景。

为探究逐年全量秸秆生物质炭化还田模式在实际生产中对稻田增产和土壤改良的持续效应，本文拟选择浙江省北部一处多年种植单季稻的中产稻田进行4 年的定位试验，每年定期测定水稻株高和籽粒产量及土壤pH、CEC、TC、TN、有效态P、K、Ca、Mg 等营养元素含量，并在此基础上探究秸秆生物质炭对土壤养分和水稻产量的影响机理，旨在为我国开发和应用秸秆炭化还田技术提供理论和实践依据。

1 材料和方法

1.1试验地概况和实验材料

选择浙江省杭州市余杭区（30°22′N，119°51′E）一处多年种植单季稻的水田作为试验田，根据中国土壤数据库的分类，试验田土种是泥质田，以黏壤土为主。气候为典型的亚热带季风气候，年平均气温17.2 ℃，年均降雨量1490 mm。本实验所采用的生物质炭是以水稻秸秆为原料，切碎至粒径5 mm 后经自制的自燃内热式炭化炉在450~500 ℃下高温裂解2 h 制成。实验采用的土壤、水稻秸秆和秸秆生物质炭的基本理化性质如表 1 所示。

1.2试验准备和设计

试验期为2013 年7 月至2016 年11 月，采用水稻单季的种植方式，每年水稻7 月初移栽，11 月底收获。共设三个处理：CK：对照（无任何水稻秸秆和生物质炭还田）；RS：水稻秸秆全量还田（8 t·hm-2）；RSB：全量秸秆生物质炭化还田[2.8 t·hm-2 水稻秸秆生物质炭=8 t·hm-2 水稻秸秆×0.35（炭化炉炭化得率）]。每个处理设置3 个重复区块，共计9 个区块，每个区块的面积是：4 m×5 m=20 m2。在每年耕种前对各区块修建田埂，并用薄膜包被，防止串水。切碎后的秸秆（5 mm）和秸秆生物质炭在每年水稻移栽前分别施入耕作层（15 cm），常规翻土混匀后淹水。水稻品种为粳稻秀水134（Oryza sativa L），采用秧苗移栽的方式，控制每个区块秧苗数量一致。稻田采用前期淹水，后期涝干的常规管理方式。各处理按照传统施肥方法施加等量化肥，分别是氮肥（以纯N 计）270 kg·hm-2，磷肥（以P2O5计）75 kg·hm-2，钾肥（以K2O计）90 kg·hm-2。其中氮肥类型为尿素，以基肥、分蘖肥和穗肥按照4:3:3 的比例输入。磷肥和钾肥为过磷酸钙和氯化钾，以基肥的形式一次性施入。

1.3试验样品的采集、处理及指标测定

在2013—2016 年期间，每年收获期测定水稻株高和籽粒产量。在每个小区内随机取6 株水稻测量株高，实测每个小区内所有水稻植株的籽粒产量并换算成每公顷产量。

同时，采集根际土壤，自然条件下风干后过2 mm 筛，装入塑封袋用于pH、CEC 及有效态P、K、Ca、Mg、Zn、Fe、Al 和Mn（以下简称M3-P、K等）等营养元素的测定。其中，采用pH 电位计（Seven Compact，METTLER TOLEDO，Switzerland）测定土壤pH（土:水质量体积比为1:2.5）；土壤和秸秆生物质炭的CEC 采用氯化钡平衡法测得，有效态营养元素采用Mehlich3 提取液提取，电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）和钼锑抗比色法测定，具体测量方法参照文献[8]。

此外，将风干土磨细过100目筛后采用元素分析仪（Flash EA1112，ThermoFinnigan，Italy）测定TC、TN 含量。

1.4数据处理和分析

数据经Excel 2013 预处理后用SPSS 20.0 单因素方差分析（One-way ANOVA）中的最小显著性差异法（LSD）分析进行处理间各项指标的显著性差异检验，P