为探究一次性施加生物炭后对黑土区坡耕地生产力的可持续效应,以东北黑土区3°坡耕地径流小区为研究对象,设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75t/hm^2生物炭,2017、2018年不再施用生物炭)两个处理,于2016—2018年开展了试验研究。结果表明:一次性施入生物炭3年内,土壤容重显著降低(P<0.05),第1年降低最明显,为3.87%,孔隙度和总有机碳、铵态N、有效P、速效K含量显著提高(P<0.05),pH值则是施炭后前两年显著提高(P 2016=0.034、P 2017=0.038),分别提高了0.9、0.6,第3年与未施炭处理无显著差异(P 2018=0.067);施用生物炭显著提升了土壤的持水能力和保水保土性能,土壤饱和含水率、田间持水率、凋萎系数均显著提高(P<0.05),最大增长率分别为5.58%、4.78%、7.29%,年径流深和土壤侵蚀量显著降低(P<0.05),年径流深最大减少量为4.92mm,土壤侵蚀量最大减小率为5.71%;大豆产量和水分利用效率显著提高(P<0.05),最大增长率分别为29.01%、16.92%。但生物炭对土地生产力的持续效应逐年减弱,随着生物炭施用年限的延长,BC处理土壤容重线性递增,pH值和总有机碳含量呈幂函数递减,孔隙度和铵态N、有效P、速效K含量线性递减,饱和含水率、田间持水率、凋萎系数线性递减,年径流深和土壤侵蚀量线性递增,大豆产量和水分利用效率分别呈幂函数递减和线性递减。采用改进的TOPSIS(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型和GM(1,1)模型测算并预测土地生产力指数,结果显示,BC处理的土地生产力指数均高于CK处理,但其值逐年下降,预计到2021年与CK处理十分接近,表明一次性施用75t/hm^2生物炭对土地生产力的影响可持续5~6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。
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