黄土高原是我国水土流失最严重的地区,也是黄河流域生态保护和高质量发展战略实施的重点区域。水土流失引起的生态环境恶化及其对农村生产生活的制约,加剧了区域粮食危机和生态安全隐患。黄土丘陵沟壑区自2010年实施沟道土地整治工程以来,整治土地约50万亩,对于保障粮食安全、保护生态环境,促进区域经济发展具有重大意义。但黄土高原已整治的新增地土壤肥力低,结构性差,生态系统脆弱等问题凸显,严重制约着既定工程目标的实现。为此,本研究以土地资源高质量发展为目标,采用野外采样与大田试验相结合的方法,在研究沟道土地整治典型工程土壤自然演变规律的基础上,以沟道整治新增地为研究对象,探索了生物炭对土壤结构的影响,明晰了生物炭在不同氮肥水平下对土壤质量及作物产量的作用,揭示生物炭与氮肥配施对新增地生产力的提升机制。取得的主要结论如下:（1）典型土地整治工程土壤质量演变规律。以延安辗庄流域梯田为研究对象,采用空间代时间的方法,探究了近30 a土壤质量的演变规律及地力恢复情况。结果表明:氮是黄土高原梯田土壤有机碳汇的主要限制因子,梯田建设3～10年土壤有机碳和全氮密度分别增加了47%和75%,平均累积速率分别为317.7 kg/（ha?a）和37.4 kg/（ha?a）,有机碳和全氮密度10年后超过了坡耕地的水平,利用30年后显著提高了74.0%和107%,梯田整治工程在3-10年能恢复到整治前的肥力水平。碳和氮在梯田整治工程中生产力的恢复作用为沟道新增土地整治工程生产力提升提供了技术依据,也为生物炭在土地整治工程中的应用提供了理论基础。（2）生物炭对土壤物理结构的影响。通过探讨苹果枝条的生物炭对新增地土壤容重、团聚体特性的微观变化影响,揭示生物炭与氮肥混合施加对新增地土壤物理结构的作用机制。结果表明:生物炭的施加量与土壤容重呈负相关,高肥高炭处理的土壤容重较对照显著降低了15.42%。传统施肥水平下,生物炭用量40 t/ha>0.25 mm的土壤水稳性团聚体含量较对照提高了42.18%。施加生物炭还降低了土壤团聚体破坏率,显著提高了土壤有机碳含量、平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）。当化肥施加量减少时,根据团聚体稳定性的评价指标,选择40 t/ha的生物炭用量,对土壤团聚体稳定性提升效果最佳。（3）生物炭对新增地土壤碳库质量的影响。通过研究生物炭与氮肥配施对新增地土壤有机碳、微生物量碳、碳组分及碳库管理指数的影响,探究生物炭与氮肥配施对新增地土壤碳库质量和土壤碳循环的作用。结果表明:土壤中活性有机碳随着生物炭用量的增加而增加,但碳库活度和活度指数则呈现出减小的趋势。化肥减量水平下,生物炭用量40 t/ha土壤碳库管理指数较对照提高了80.47%。生物炭与氮肥配施显著提高了土壤有机碳、微生物量碳含量,高炭处理的增幅最大分别为169%和181%,说明添加生物炭能够提高新增地土壤碳容量,有利于新增地土壤碳固持。（4）生物炭对新增地土壤肥力及作物产量的提升机制。通过田间定位试验结果表明:生物炭与氮肥配施后土壤有机质含量提高了1.21～3.64倍,全氮提高了18.31%～45.34%,氨态氮和硝态氮的最大增幅分别为1.23倍和5.69倍,全磷和速效磷分别提高了11.6%～40.11%和11.16%～151.09%,说明施加生物炭与氮肥显著提高了土壤肥力;试验还表明:生物炭还显著提高了β-葡萄糖苷酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,土壤中细菌和放线菌数量分别较对照提高了5.3～8.5倍和2.78～4.68倍,说明配施提升了土壤的微生物活性和动力。综合试验结果,生物炭用量40 t/ha,配施280 kg/ha氮肥和140 kg/ha过磷酸钙,玉米平均产量最高为13595.98 kg/ha,较对照增产34.24%。说明土壤肥力和土壤微生物活性增加,为土壤生产力提升提供了适宜的环境和动力源。综合上述,生物炭是新增地生产力提升的动力源。生物炭与氮肥配施能够降低土壤容重,增加孔隙度,提升土壤团聚体结构及稳定性,增加土壤养分,增强酶活性,增加有益微生物数量,促进土壤微生物活动。生物炭的特殊结构及其对土壤的改良作用能够为微生物活动和繁衍创造良好的环境,氮作为催化因子促使生物炭在土壤中持续发挥效应,而土壤酶活性与微生物数量的提高又能促进生物炭在土壤中的分解作用,还是作物吸收C、N、P、K的基础,能进一步促进新增地土壤团粒结构的形成、提升肥力并提高作物吸收养分的能力,从而提升土地生产力。上述生物炭的作用机制丰富了世界上水土流失最严重地区的黄土高原新增地土壤碳库循环及生产力提升理论。（5）生物炭与氮肥配施的最优配施比及高效利用模式。以新增地生产力快速提升及资源高效利用为理论基础,选取能反映土壤肥力的物理、化学及生物学特性指标作为评价指标,采用因子分析法和聚类分析法评价土壤质量,提取出3个公因子,其累计贡献率达到85.73%,说明评价方法是可靠的。采用此方法研究结果表明:低肥高炭处理土壤质量综合得分最高,其土壤肥力也代表了最高等级。通过综合评价生物炭与氮肥配施各处理的土壤质量,考虑经济效益,提出沟道整治新增地高产型和经济型土地利用模式。生物炭施用当年土壤肥力即可恢复甚至超出整治前水平,建议采用经济型（即生物炭用量30 t/ha,配施280 kg/ha氮肥和140 kg/ha过磷酸钙）高效利用模式。