【研究背景】我国南方蔗区氮肥施用量大、氮肥利用率严重偏低是当前甘蔗绿色高效栽培过程中亟需解决的问题,不仅降低了甘蔗种植经济效益,还造成蔗田土壤加速酸化、土壤板结退化、以及农业面源污染,严重制约甘蔗产业转向高效绿色发展之路。生物炭是一种环保型多功能土壤改良剂,将其与化肥制备成炭基肥具有独特的优势,有望在农田土壤改良、化肥减施、作物增产方面发挥重要的作用。【材料与方法】以蔗田连作土壤和蔗区主栽甘蔗品种(台糖22号)为研究对象,通过大棚桶栽试验和田间微区/小区试验体系,研究氮肥减量施用条件下生物炭和生物炭基肥对不同生育期甘蔗生长、根系土壤养分供应、土壤酶活、以及土壤微生物群落响应特征的影响。试验处理分为不同水平施氮组NCK(包括不施、减施和常规施氮)、减量施氮和生物炭添加处理组NBC、减量施氮和配施生物炭基肥组NBF等不同氮肥减施优化处理。【结果与分析】研究结果表明,氮肥减施下生物炭和炭基肥处理对不同生育期甘蔗生物学特性和根系土壤性状均产生调控效应。与施氮对照相比,氮肥配施生物炭处理甘蔗产量最高增产19.2%以上,蔗茎糖分提高3.7-6.0%。在氮肥减施15～25%的条件下,不同生物炭和炭基肥处理甘蔗不同生育期叶片生理特性、甘蔗根系和产量性状、以及根系土壤微生物群落的响应特征存在明显差异。随着生育期延长蔗叶叶绿素含量和氮平衡指数总体呈现先增加后减少的趋势,其平均值均表现为NBF组>NBC组>NCK组,且NBF和NBC组叶片中超氧化物歧化酶活性、脯氨酸和丙二醛含量也较NCK有所提高。进一步通过比较不同减氮优化处理下土壤中碳氮分布特征、氨氧化微生物群落组成特征、以及甘蔗生长生理和产量性状的差异,明确生物炭及炭基肥对蔗田连作土壤改良效应与甘蔗生长性状的调控机制及其主要影响因素。【结论】氮肥减施条件下,配施一定比例的生物炭和炭基肥改善了蔗田连作土壤碳氮比和氮素营养状况,且可调节土壤酸碱度、功能微生物丰度和群落结构、以及甘蔗根系和产量性状。生物炭和炭基肥具有改良蔗田酸化土壤和促进甘蔗增产增糖的应用潜力,研究结果将为甘蔗等经济作物连作土壤改良、农田化肥减施增效管理提供科学依据。