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近年来，裂解生物质炭(pyrochar)在土壤改良、固碳减排等领域的应用研究得到了广泛关注。而水热法炭化生物质材料，将其制备成为水热炭(hydrochar)，作为一种新型的生物质炭制备方法，最近几年引起了研究人员的关注。水热炭在农业环境领域的应用研究十分有限，特别是在稻田环境中的应用鲜见报道。本研究采用土柱试验，添加麦秆或者锯末分别在高温裂解或水热炭化两种手段下制备的生物质炭，即麦秆裂解生物质炭(WBC)、锯末裂解生物质炭(SBC)、麦秆水热生物质炭(HWBC)和锯末水热生物质炭(HSBC)，在两种施加量(2016年为0.5％和3％，w/w两个施加量;2017年将3％调整为1.5％，w/w)条件下，考察不同制备方式、不同施加量和不同原材料的生物质炭处理以及不施炭对照CKU（施加氮肥）和CK（不施氮肥）对水稻生长、产量、氮素吸收利用、田面水和表土铵硝动态及氨挥发和温室气体的影响。本研究将为水热炭的稻田应用提供理论和数据支撑。相关研究结果表明:
(1)生物质炭类型和水热炭的施加量是影响水稻生长和产量的关键因素。2016年度高施加量的水热炭处理HWBC-3％和HSBC-3％严重抑制了水稻的生长，导致其产量显著下降(P＜0.05)，其中结实率和穗粒数是影响其产量最重要的因素;而同年的裂解炭处理和低施加量的水热炭处理HWBC-0.5％和HSBC-0.5％却未对产量产生显著的影响。2017年将生物质炭3％施加量调整为1.5％(w/w)后，水热炭处理对水稻的生长和产量均没有显著影响。
(2)施加裂解炭可减少氨挥发累积排放量。2016年裂解炭处理氨挥发累积排放量比CKU减少了0.68％～25.16％;2017年裂解炭处理氨挥发累积排放量比CKU减少了8.53％～24.04％。水热炭施加量过高会促进氨挥发排放。2016年HWBC-3％和HSBC-3％氨挥发累积排放量显著高于CKU(P＜0.05),分别高出约108.93％和76.59％。这是由于高施加量水热炭处理(3％，w/w)抑制水稻生长，使得水稻对氮素的吸收量显著降低，导致其田面水TN和NH4+-N浓度较高，从而氨挥发累积排放量显著增加(P＜0.05)。2017年水热炭处理与CKU氨挥发累积排放量几乎无显著差异。2016年HWBC-3％和HSBC-3％和2017年所有水热炭处理的氨挥发累积排放量均显著高于裂解炭处理(P＜0.05)。
(3)合理施加裂解炭和水热炭能降低N2O和CH4累积排放量。与CKU相比，2016年WBC-3％和SBC-0.5％以及2017年所有裂解炭处理使得N2O累积排放量减少了约19.55％～74.45％;2016年所有水热炭处理和2017年HWBC-0.5％和HSBC-0.5％使得N2O累积排放量减少了约5.90％～32.12％。2016年和2017年数据显示裂解炭处理都减少了CH4累积排放量，减幅38.61％～90.80％。两年的HWBC-0.5％和HSBC-0.5％处理也减少了CH4累积排放量，减幅为14.38％～53.85％。2016年HWBC-3和HSBC-3％以及2017年HWBC-1.5％对CH4累积排放量存在显著影响(P＜0.05)，使得CH4累积排放量增加了64.27％～507.40％。2016年HWBC-3％和HSBC-3％比对应的WBC-3％和SBC-3％显著增加了CH4累积排放量（P＜0.05）;2017年HWBC-1.5％和HSBC-1.5％比WBC-1.5％和SBC-1.5％也存在一致的规律。
(4)裂解炭处理和低水热炭施加量的处理均减缓了全球增温潜势(GWP)和单位产量全球增温潜势(GHGI)。而高施加量水热炭处理，即2016年HWBC-3％和HSBC-3％和2017年HWBC-1.5％和HSBC-1.5％则显著增加了GWP和GHGI。
(5)在水热炭施加量相同时，HSBC表土浸提TN含量低于HWBC处理。2016年存在显著差异(P＜0.05)，2017年则不显著(P＞0.05)。生物质炭的制备原材料对其他相关指标的不存在显著影响(P＞0.05)。
基于本研究的结果，在未来进行水热炭的农业环境应用时，首先需对水热炭进行改良，如陈化、清洗、微生物处理等，以发挥其最大的环境效益:其次，要控制水热炭的施用量，防止其过量施用对农业生产造成不利影响。
(1)生物质炭类型和水热炭的施加量是影响水稻生长和产量的关键因素。2016年度高施加量的水热炭处理HWBC-3％和HSBC-3％严重抑制了水稻的生长，导致其产量显著下降(P＜0.05)，其中结实率和穗粒数是影响其产量最重要的因素;而同年的裂解炭处理和低施加量的水热炭处理HWBC-0.5％和HSBC-0.5％却未对产量产生显著的影响。2017年将生物质炭3％施加量调整为1.5％(w/w)后，水热炭处理对水稻的生长和产量均没有显著影响。
(2)施加裂解炭可减少氨挥发累积排放量。2016年裂解炭处理氨挥发累积排放量比CKU减少了0.68％～25.16％;2017年裂解炭处理氨挥发累积排放量比CKU减少了8.53％～24.04％。水热炭施加量过高会促进氨挥发排放。2016年HWBC-3％和HSBC-3％氨挥发累积排放量显著高于CKU(P＜0.05),分别高出约108.93％和76.59％。这是由于高施加量水热炭处理(3％，w/w)抑制水稻生长，使得水稻对氮素的吸收量显著降低，导致其田面水TN和NH4+-N浓度较高，从而氨挥发累积排放量显著增加(P＜0.05)。2017年水热炭处理与CKU氨挥发累积排放量几乎无显著差异。2016年HWBC-3％和HSBC-3％和2017年所有水热炭处理的氨挥发累积排放量均显著高于裂解炭处理(P＜0.05)。
(3)合理施加裂解炭和水热炭能降低N2O和CH4累积排放量。与CKU相比，2016年WBC-3％和SBC-0.5％以及2017年所有裂解炭处理使得N2O累积排放量减少了约19.55％～74.45％;2016年所有水热炭处理和2017年HWBC-0.5％和HSBC-0.5％使得N2O累积排放量减少了约5.90％～32.12％。2016年和2017年数据显示裂解炭处理都减少了CH4累积排放量，减幅38.61％～90.80％。两年的HWBC-0.5％和HSBC-0.5％处理也减少了CH4累积排放量，减幅为14.38％～53.85％。2016年HWBC-3和HSBC-3％以及2017年HWBC-1.5％对CH4累积排放量存在显著影响(P＜0.05)，使得CH4累积排放量增加了64.27％～507.40％。2016年HWBC-3％和HSBC-3％比对应的WBC-3％和SBC-3％显著增加了CH4累积排放量（P＜0.05）;2017年HWBC-1.5％和HSBC-1.5％比WBC-1.5％和SBC-1.5％也存在一致的规律。
(4)裂解炭处理和低水热炭施加量的处理均减缓了全球增温潜势(GWP)和单位产量全球增温潜势(GHGI)。而高施加量水热炭处理，即2016年HWBC-3％和HSBC-3％和2017年HWBC-1.5％和HSBC-1.5％则显著增加了GWP和GHGI。
(5)在水热炭施加量相同时，HSBC表土浸提TN含量低于HWBC处理。2016年存在显著差异(P＜0.05)，2017年则不显著(P＞0.05)。生物质炭的制备原材料对其他相关指标的不存在显著影响(P＞0.05)。
基于本研究的结果，在未来进行水热炭的农业环境应用时，首先需对水热炭进行改良，如陈化、清洗、微生物处理等，以发挥其最大的环境效益:其次，要控制水热炭的施用量，防止其过量施用对农业生产造成不利影响。