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黑土肥力高、适宜耕作，是宝贵的农业生产资源。东北黑土区为全球四大黑土区之一，土层肥沃、生产力强，是我国最主要的粮食生产基地。但多年来，盲目追求高产、掠夺式农业经营方式、不合理施肥和大机械的使用，使黑土区农田生态环境持续恶化，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，严重威胁了黑土区的粮食生产能力，保护我国珍贵的黑土地资源已刻不容缓。东北地区作物秸秆资源丰富，但大部分通常被露天焚烧，不仅浪费了秸秆资源而且还对环境造成严重污染。生物炭是作物秸秆、动物粪便等原材料高温裂解而成的一种富含碳素的固态产物。生物质炭化还田技术不仅有利于实现农业循环，还有利于实现废弃生物质高效利用。目前对于生物炭应用效应的研究主要集中在生物炭施用后对土壤理化性质、作物生长、土壤水分运动参数等方面的影响，从综合角度进行的研究较少，特别是对中长期施加生物炭后综合效益的研究以及施加生物炭对土地生产力的持续效应更是鲜见报道;另一方面现有研究多是基于试验层面的，而基于农户视角的研究还略显不足。基于以上背景，本研究采用试验研究与问卷调查相结合的方式，探究黑土区不同生物炭应用模式的综合效益和一次性施加生物炭对黑土区土地生产力的持续效应，并就农户对生物炭的接受意愿展开调查，得到主要结论如下:
(1)连续施加生物炭的综合效益研究
于2015年在黑龙江省北安市红星农场开展为期4年的试验研究，设置生物炭施加量分别为0t/hm2(C0)、25t/hm2(C25)、50t/hm2(C50)、75t/hm2(C75)、100t/hm2(C100)的五个处理，分析不同施炭模式的综合效益。结果表明:在生态效益方面，生物炭可有效改善土壤结构、增强土壤肥力、提高土壤蓄水保土能力，连续施用两年，施炭量为50t/hm2时，土壤蓄水保土效果最佳;连续施用三年，施炭量为50t/hm2时，土壤结构最为理想;连续施用四年，施炭量为100t/hm2时，土壤肥力最好。在经济效益方面，生物炭能够有效的提高作物节水增产性能及其经济产值，施用一年，施炭量为75t/hm2时，水分利用效率达到最大值，较C0提高25.03％;连续施用两年，施炭量为25t/hm2时，生物炭利用效率最大，施炭量每增加1t，产量增加11.20kg;连续施用三年，施炭量为50t/hm2时，大豆增产效果最佳，较C0增加17.40％;连续施用四年，施炭量为50t/hm2时，收益达到最大值，为63336.80元/hm2。采用改进的模糊综合评价模型测算不同生物炭应用模式的生态效益、经济效益和综合效益，结果显示，生态效益指数在连续施用三年生物炭，施炭量为50t/hm2时取得最大值，为0.4846;经济效益指数在连续施用四年生物炭，施炭量为25t/hm2时取得最大值，为0.2730;综合效益指数在连续施用三年生物炭，施炭量为50t/hm2时取得最大值，为0.7317。黑土区最佳生物炭施用模式为连续施用3年生物炭，施炭量为62.30t/hm2。
(2)一次性施加生物炭的可持续效应研究
于2016年在黑龙江省水利科学研究院万家试验站开展为期3年的试验研究，设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75t/hm2生物炭，2017年、2018年不再施用生物炭)两个处理，分析施加一次生物炭对土地生产能力的持续效应，结果表明:一次性施入生物炭后，土壤结构得以改善，保水保土和节水增产效应显著提高。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，孔隙度、土壤营养指数、饱和含水率、田间持水量、凋萎系数线性递减，径流系数和单位降雨量的土壤侵蚀量呈对数递增，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模型测算各年土地生产力指数，各施炭处理土地生产力指数逐年降低;GM(1，1)模型预测结果显示，一次性施用75t/hm2生物炭对土地生产力的影响可持续5～6年。
(3)农户对生物炭接受意愿的调查分析
于2020年10月在黑龙江省北安市赵光农场、红星农场等地进行实地调研，以了解农户对生物炭的接受意愿及其影响因素。通过对调查问卷的结果进行整理分析，从农户特征、认知特征、技术特征、外部环境特征4个方面共选取了23个变量，建立二元离散Logit模型，以此来解析影响农户对生物炭接受意愿的因素。调查问卷研究结果表明:农户自身特征方面，农户的年龄、务农期限对农户对生物炭的接受意愿起到消极的作用，而农户的受教育程度、农业种植面积、经营打算对农户技术采纳行为有积极作用。认知特征方面，除对大量施用化肥的危害了解程度不显著外，农户对焚烧秸秆危害性认知、对耕地质量下降危害性认知、对可持续农业的了解程度、对环境保护态度、是否听说过生物炭均对农户对生物炭的接受意愿有显著的正效应。技术特征方面，生物炭是否提高收益、提高产量、提高耕地质量对农户接受意愿有正效应，而生物炭成本对农户接受意愿具有负效应。外部环境特征方面，农户获取信息的难易程度、政府的宣传力度对农户对生物炭接受意愿影响显著，是否有补贴对农户对生物炭的接受意愿影响亦较显著，它们对农户对生物炭的接受意愿均具有积极的正效应。
本研究采用试验研究与问卷调查相结合的方法，探究连续施炭模式下黑土区各施炭模式的综合效益和一次性施加生物炭对黑土区土地生产力的可持续效应，并就农户对生物炭的接受意愿及其影响因素展开调查分析，研究结果可为进一步推广生物炭提供理论指导，可为黑土区农业水土资源可持续利用提供理论依据。
(1)连续施加生物炭的综合效益研究
于2015年在黑龙江省北安市红星农场开展为期4年的试验研究，设置生物炭施加量分别为0t/hm2(C0)、25t/hm2(C25)、50t/hm2(C50)、75t/hm2(C75)、100t/hm2(C100)的五个处理，分析不同施炭模式的综合效益。结果表明:在生态效益方面，生物炭可有效改善土壤结构、增强土壤肥力、提高土壤蓄水保土能力，连续施用两年，施炭量为50t/hm2时，土壤蓄水保土效果最佳;连续施用三年，施炭量为50t/hm2时，土壤结构最为理想;连续施用四年，施炭量为100t/hm2时，土壤肥力最好。在经济效益方面，生物炭能够有效的提高作物节水增产性能及其经济产值，施用一年，施炭量为75t/hm2时，水分利用效率达到最大值，较C0提高25.03％;连续施用两年，施炭量为25t/hm2时，生物炭利用效率最大，施炭量每增加1t，产量增加11.20kg;连续施用三年，施炭量为50t/hm2时，大豆增产效果最佳，较C0增加17.40％;连续施用四年，施炭量为50t/hm2时，收益达到最大值，为63336.80元/hm2。采用改进的模糊综合评价模型测算不同生物炭应用模式的生态效益、经济效益和综合效益，结果显示，生态效益指数在连续施用三年生物炭，施炭量为50t/hm2时取得最大值，为0.4846;经济效益指数在连续施用四年生物炭，施炭量为25t/hm2时取得最大值，为0.2730;综合效益指数在连续施用三年生物炭，施炭量为50t/hm2时取得最大值，为0.7317。黑土区最佳生物炭施用模式为连续施用3年生物炭，施炭量为62.30t/hm2。
(2)一次性施加生物炭的可持续效应研究
于2016年在黑龙江省水利科学研究院万家试验站开展为期3年的试验研究，设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75t/hm2生物炭，2017年、2018年不再施用生物炭)两个处理，分析施加一次生物炭对土地生产能力的持续效应，结果表明:一次性施入生物炭后，土壤结构得以改善，保水保土和节水增产效应显著提高。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，孔隙度、土壤营养指数、饱和含水率、田间持水量、凋萎系数线性递减，径流系数和单位降雨量的土壤侵蚀量呈对数递增，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模型测算各年土地生产力指数，各施炭处理土地生产力指数逐年降低;GM(1，1)模型预测结果显示，一次性施用75t/hm2生物炭对土地生产力的影响可持续5～6年。
(3)农户对生物炭接受意愿的调查分析
于2020年10月在黑龙江省北安市赵光农场、红星农场等地进行实地调研，以了解农户对生物炭的接受意愿及其影响因素。通过对调查问卷的结果进行整理分析，从农户特征、认知特征、技术特征、外部环境特征4个方面共选取了23个变量，建立二元离散Logit模型，以此来解析影响农户对生物炭接受意愿的因素。调查问卷研究结果表明:农户自身特征方面，农户的年龄、务农期限对农户对生物炭的接受意愿起到消极的作用，而农户的受教育程度、农业种植面积、经营打算对农户技术采纳行为有积极作用。认知特征方面，除对大量施用化肥的危害了解程度不显著外，农户对焚烧秸秆危害性认知、对耕地质量下降危害性认知、对可持续农业的了解程度、对环境保护态度、是否听说过生物炭均对农户对生物炭的接受意愿有显著的正效应。技术特征方面，生物炭是否提高收益、提高产量、提高耕地质量对农户接受意愿有正效应，而生物炭成本对农户接受意愿具有负效应。外部环境特征方面，农户获取信息的难易程度、政府的宣传力度对农户对生物炭接受意愿影响显著，是否有补贴对农户对生物炭的接受意愿影响亦较显著，它们对农户对生物炭的接受意愿均具有积极的正效应。
本研究采用试验研究与问卷调查相结合的方法，探究连续施炭模式下黑土区各施炭模式的综合效益和一次性施加生物炭对黑土区土地生产力的可持续效应，并就农户对生物炭的接受意愿及其影响因素展开调查分析，研究结果可为进一步推广生物炭提供理论指导，可为黑土区农业水土资源可持续利用提供理论依据。