刘 慧 温小艳 李禹韬 张鑫鑫 范亚东

(1.东北农业大学经济管理学院， 哈尔滨 150030； 2.东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室， 哈尔滨 150030；3.东北农业大学工程学院， 哈尔滨 150030； 4.东北农业大学生命科学学院， 哈尔滨 150030)

0 引言

黑土是肥力最高、最适宜耕作和最具生产潜力的土壤，是我国宝贵的自然资源和不可再生的环境资源，为我国农业的可持续发展提供了得天独厚的自然优势和重要保障[1]。东北黑土区作为全球四大黑土区之一，是我国重要的粮食生产功能区，粮食产量占全国1/4，调出量占全国1/3，因此，保护利用好黑土地对保障国家粮食安全和促进农业绿色发展意义重大[2]。但多年来，盲目追求粮食产量、不合理施用化肥、掠夺式农业经营方式和大机械的使用，导致我国黑土区农田生态环境不断恶化，黑土耕层变浅，土壤结构破坏，土地有机质和保水能力下降，水土流失面积扩大，侵蚀强度增加，黑土质量退化日益严重，致使土地生产能力降低，农产品品质降低，农业经济效益低下，严重威胁了黑土区的粮食生产能力。

我国东北地区秸秆资源丰富，但大多以“焚烧、丢弃”等粗放方式处理，不仅造成了严重的资源浪费，而且也对环境产生严重污染。生物炭是作物秸秆、动物粪便等原材料在缺氧的条件下，高温(<700℃)裂解而成的一种高度芳香化、富含碳素的固态产物[3]。黑土区数量庞大的秸秆是生物炭的理想来源，以生物炭为核心的秸秆炭化还田技术不但为秸秆等农林业废弃物提供了一条变废为宝的出路，更为提高耕地生产能力提供了有效手段[4]，契合高效率利用秸秆资源、减少面源污染的需要。因而生物炭受到了许多学者的关注，房彬等[5]通过1年试验得到施加生物炭可以降低土壤容重，提高土壤pH值；勾芒芒等[6]通过1年盆栽试验得到施加生物炭促进了番茄根系发育和产量提高；杜兵杰等[7]通过主成分分析法探究了不同施炭水平对番茄品质的影响，庞红伟[8]通过投影寻踪模型，评价了生物炭对节水灌溉水稻生长的影响。目前对于生物炭的研究多是短期试验，中长期试验较少，而且对于施加生物炭的效果研究主要集中在土壤理化性质[5,9-11]、土壤水分运动[6,12-14]、作物生长[7,15-16]等生态效益方面，对施加生物炭经济效益的研究较少，而对于生态效益与经济效益的耦合协调度更是鲜有研究。因此，本文在4年田间试验研究基础上，测算不同生物炭施用模式生态效益与经济效益以及二者之间的耦合协调度，以期得到黑土区最优施炭模式，为黑土区作物持续增产和土壤培肥提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015—2018年在黑龙江省北安红星农场(48°2′～48°17′N， 126°47′～127°15′E)进行。该区属寒温带大陆性气候，全年平均降水量555.3 mm，其中90%左右集中在7—9月，大于等于10℃有效积温为2 254.5℃，年日照时数为2 364.2 h，无霜期105 d左右。……