近年来，由于化肥投入过高及有机物质输入不足等不良的农业管理措施，导致肥料利用率低下，土壤养分的保蓄和持续供应受到威胁，严重影响了农业生产的可持续发展。为缓解和改善这一现状，有机物料炭化还田得到应用和推广，但其在不同土壤上的适宜用量，施用方式，以及施加后对土壤氮磷养分库和转化的影响等尚不清楚。本研究以“中国科学院保护性耕作研发基地”和“辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站”为研究平台。利用两个微区定位试验，周期性（每五年）将生物炭以0t/hm2(CK)、22.5t/hm2(D1)、67.5t/hm2(D2)和112.5t/hm2(D3)施加到黑土和潮棕壤中，在试验的第一个周期结束时采集土壤样品。通过对土壤化学性质、微生物学性质、氮磷组分特征、氮磷转化相关酶活性，以及它们之间关系的探讨，得到以下主要结果:
　　1.生物炭施加能够显著提高两种土壤的全碳、有机碳含量、C∶N，其效应随着施加量的增加而增加;但对土壤pH、氮含量、生物活性和氮磷转化的影响因土壤而异;施入5年之后对磷含量及速效性氮磷含量不再产生显著影响。
　　2.生物炭施加显著提高了黑土的全氮含量，但却显著降低了其微生物量氮含量;对两种土壤的微生物量碳含量均未产生显著影响，对潮棕壤的脱氢酶活性有所提升。
　　3.氮组分上，生物炭施加虽然有降低黑土水解未知态氮和增加易分解利用组分（水解成铵态氮、氨基酸和氨基糖）含量的趋势，但只显著提高了难利用组分（酸不溶态氮）的含量，潮棕壤上不同处理下氮组分间的差异均不显著;磷组分上，生物炭施加显著提高了两种土壤的无机焦磷酸盐含量，但却显著降低了它们的磷酸二酯含量。
　　4.氮转化上，生物炭施加显著降低了黑土的N-乙酰-氨基葡糖苷酶活性，显著提高了两种土壤的蛋白酶和酰胺酶活性。磷转化上，生物炭施加显著降低黑土的酸性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性，但潮棕壤上却是相反的结果;均提高了两种土壤的碱性磷酸单酯酶活性;提高了潮棕壤的焦磷酸酶活性。
　　5.因子分析表明，在黑土中各氮组分与有机碳关系密切;而在潮棕壤中蛋白酶对有机氮组分的变化有重要贡献。
　　6.结构方程模型显示，黑土上生物有效性养分相对充足，生物炭主要通过土壤酸性磷酸单酯酶而对磷组分产生影响，促进有机磷的生物固持;潮棕壤上有效性磷缺乏，生物炭除了对磷组分产生直接影响之外，还通过土壤磷酸二酯酶而对磷组分产生影响，促进有机磷的分解。
　　综上，由于生物炭本身是一种惰性碳，它的施加能够显著提高土壤的碳含量;亦可以对土壤pH、微生物学性质、氮磷组分及其转化产生一定影响，这些影响与土壤自身的性质密切相关。