基于產(chǎn)量和水氮利用效率的玉米/大豆間作系統(tǒng)炭氮配施方案優(yōu)選

于濱杭 ，姬建梅 ，白偉樺 ，王麗學(xué) *

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，沈陽 110866；2.遼寧省河庫管理服務(wù)中心，沈陽 110003）

0 引 言

【研究意義】玉米和大豆皆是我國主要的糧油兼用型作物，在我國國民經(jīng)濟與人民生活中占有重要地位[1]。在耕地資源有限的情況下，玉米/大豆間作是實現(xiàn)糧油安全，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[2]?！狙芯窟M展】作物水肥空間及土壤環(huán)境會因玉米/大豆間作產(chǎn)生很大不同[3]，在玉米/大豆間作體系的中后期，由于種間競爭等因素，出現(xiàn)養(yǎng)分供不應(yīng)求[4]，甚至作物減產(chǎn)[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為追求高產(chǎn)盲目大量施用氮肥，會顯著抑制豆科作物生物固氮[6]，顯著降低間作優(yōu)勢。也會威脅土壤質(zhì)量和可持續(xù)性[7]。例如，土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮易損失（揮發(fā)、硝化/反硝化和淋溶），導(dǎo)致土壤中過量的氮將通過不同的途徑進入到環(huán)境中[8-9]，不僅造成氮的大量流失、氮素利用效率下降，還對環(huán)境造成如土壤酸化、湖泊水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放增加等負面影響[10-11]。因此，需要新的技術(shù)手段以實現(xiàn)氮肥的“減量增效”。

生物炭是一種富含碳的固態(tài)難溶有機物[12]，在缺氧或無氧條件下200～1 200 ℃熱解形成[13]。其具有富含多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大和吸附能力強等特點[14]，對配施的肥料具有緩釋作用以實現(xiàn)減量增效，已成為近些年的研究熱點。已有文獻[15-18]表明，生物炭配施氮肥可以改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、促進植株氮素吸收，進而促進產(chǎn)量及水氮利用效率的提高。但不同的炭氮配施方案對作物生長、產(chǎn)量及水氮利用效率等指標(biāo)影響不同，且不同指標(biāo)對同一炭氮水平的響應(yīng)亦有差異。各指標(biāo)衡量標(biāo)準不同，又相互影響，僅憑單一指標(biāo)無法確定最佳配施方案。生物炭與氮肥配施的研究也大多集中在單作體系，間作復(fù)合種植的研究還相對滯后。因此，需要綜合考慮多作物及多指標(biāo)對不同炭氮條件的響應(yīng)，科學(xué)應(yīng)用多目標(biāo)的綜合評價方法，取得合理的炭氮配施方案。TOPSIS 法根據(jù)有限個評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度進行排序，是近年來廣泛用于方案選擇的綜合評價方法[19]。其基本原理是通過檢測評價對象與最優(yōu)解、最劣解的距離來進行排序，若評價對象最靠近最優(yōu)解同時又最遠離最劣解，則為最好，反之最差[20]。TOPSIS 法中“正理想解”和“負理想解”是TOPSIS 法的2 個基本概念。理想解是一設(shè)想的最優(yōu)的解（方案），其各個屬性值均達到各備選方案中的最好值，負理想解則相反。方案排序的規(guī)則是把各備選方案與正理想解和負理想解做比較，若其中有一個方案最接近理想解，而同時又遠離負理想解，則該方案是備選方案中的最優(yōu)方案?！厩腥朦c】不同炭氮配施方案對玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水氮利用的影響研究尚不明確，全面考慮產(chǎn)量和水氮利用效率等各項指標(biāo)，對炭氮配施方案的綜合評價缺乏系統(tǒng)研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究旨在闡明以下問題：①不同炭氮配施方案對玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水氮利用效率的影響；②基于產(chǎn)量及水氮利用效率的炭氮配施方案尋優(yōu)。研究可為玉米/大豆間作系統(tǒng)炭氮管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于2021 年5—9 月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗基地進行，該站點位于41°84'N，123°57'E，海拔44.7 m。試驗區(qū)為典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，作物一年一熟，試驗期間降水量為596.2 mm，占全年降水量的74.9%，且主要集中在6—9 月。試驗期間氣溫和降水量如圖1 所示。試驗區(qū)土質(zhì)為潮棕壤，土質(zhì)分布均勻，土壤理化性質(zhì)如表1 所示。

表1 試驗前土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of soil

圖1 2021 年試驗期間內(nèi)氣溫及降水量Fig.1 Temperature and rainfall during the period of test in 2021

1.2 試驗材料

玉米品種選用鄭單958（平均生育期130 d），大豆品種選用遼豆32（平均生育期122 d），供試生物炭由玉米秸稈450 ℃高溫?zé)o氧裂解而成，購自遼寧金和福農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，其基本理化性質(zhì)如表2。

表2 生物炭基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physical and chemical properties of biochar

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)生物炭施用量和氮肥施用量2 個因素。生物炭施用量設(shè)不施炭（C0，0 t/hm2）、低炭（C1，15 t/hm2）、高炭（C2，30 t/hm2）3 個水平；氮肥施用量，根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，大豆不施肥，玉米設(shè)常規(guī)施氮量（N3，225 kg/hm2）、常規(guī)施氮量減量20%（N2，180 kg/hm2）、常規(guī)施氮減量40%（N1，135 kg/hm2）3 個水平，采用L9（32）正交試驗，并設(shè)對照（CK，不施炭和氮），共10 個處理（表3），3 次重復(fù)，30 個小區(qū)，每個小區(qū)18 m2（6 m×3 m）。

表3 生物炭與氮肥配施方案設(shè)計Table 3 Application details of biochar and fertilizer

采用玉米大豆帶狀復(fù)合種植，玉米與大豆行比為2∶2，玉米寬行距為1.8 m，玉米窄行距為40 cm，玉米與大豆間距70 cm，大豆與大豆之間的窄行距為40 cm，玉米株距15 cm，每穴留一株，大豆株距20 cm，采用1、2、1 方式留苗。供試生物炭在試驗開始前均勻鋪于土壤并反復(fù)攪拌，與0～30 cm 土壤均勻混合。氮肥施用量見表3，磷鉀肥隨底肥施用，施用量為P2O590 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。在試驗期間，降水量可以滿足作物生長需求，不進行灌溉，降水作為唯一的補充水源。玉米和大豆于5 月6 日同時播種，于9 月25 日同時收獲。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 產(chǎn)量

作物成熟后，對各小區(qū)全部玉米脫粒、大豆去莢處理，按小區(qū)實收計產(chǎn)，并以14%含水率折合成公頃產(chǎn)量。

1.4.2 耗水量及水分利用效率

采用TDR（時域反射儀）測定0～90 cm 的土壤體積含水率，每10 cm 一層，每個小區(qū)埋設(shè)3 根Trime管（分別在玉米帶，豆帶和帶中），每根管的每個層位重復(fù)測量3 次，每隔7 d 觀測1 次，降水前后加測。另外，用烘干法校準TDR 的土壤含水率數(shù)據(jù)。

采用土壤含水率計算耗水量的方法[21]，耗水量計算式為：

式中：ET為作物耗水量（mm）；WT為灌溉量（mm）；P為生育階段有效降水量（mm）；ΔW為時段初與時段末土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量之差（mm）；R為地表徑流量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；K為地下水補給量（mm）。本試驗在雨養(yǎng)條件下進行，WT=0，試驗小區(qū)平坦且有壟隔開，故無地表徑流損失，R=0，90～100 cm 土壤含水率變化不大，故無深層滲漏，D=0，地下水平均埋深為4.5 m，故無地下水補給量，K=0。

其中，土壤儲水量計算式為：

式中：θm為0～90 cm 土壤體積含水率（%）；h為土層厚度（cm）；ρb為0～60 cm 土層的平均土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；ρw為水的密度（g/cm3）；h為土層厚度（cm）。

水分利用效率計算式為：

式中：WUE為水分利用效率（kg/（hm2·mm））；Y為作物產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.4.3 植株氮素

于玉米成熟期選取每個處理的5 株玉米，將莖葉和籽粒分別烘干磨粉過篩后用于測定植株全氮，經(jīng)濃H2SO4-H2O2將樣品消煮至無色透明，再定容過濾，采用凱氏定氮儀測定全氮量并計算植株吸氮量。

1.5 相關(guān)參數(shù)計算

秸稈吸氮量（kg/hm2）=秸稈產(chǎn)量×秸稈含氮量，（4）

籽粒吸氮量（kg/hm2）=籽粒產(chǎn)量×籽粒含氮量，（5）

地上部吸氮量（kg/hm2）=籽粒產(chǎn)量×籽粒含氮量+秸稈產(chǎn)量×秸稈含氮量，（6）

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量，（7）

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量，（8）

氮肥利用效率（%）=（施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100%。（9）

1.6 數(shù)據(jù)分析

本研究選用Microsoft Excel 2010 軟件整理數(shù)據(jù)，OriginPro 2018b 軟件繪圖，SPSS 25.0 軟件統(tǒng)計分析，Matlab 2021b 解析模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量的影響

就玉米產(chǎn)量而言，其受施炭、施氮以及交互作用的影響顯著（圖2），影響大小依次為施炭、施氮、炭氮交互作用。C1和N2、N3的組合顯著高于其他處理，其中C1N2的產(chǎn)量最高，較C0N3增產(chǎn)22.8%，與C1N3產(chǎn)量差異不大，但可減少施氮量45 kg/hm2。就大豆產(chǎn)量而言，其受施氮影響最大，同一施炭水平下，隨著施氮量的減少，大豆產(chǎn)量呈現(xiàn)上升趨勢。同一施氮水平下，C1處理的大豆產(chǎn)量較 C0處理提升2.92%～27.55%，C2處理的大豆產(chǎn)量較C0處理提升0.73%～14.70%?？傮w來看，施炭后大豆生長仍受抑制，但產(chǎn)量較不施炭顯著提高。系統(tǒng)產(chǎn)量受生物炭影響較大，施炭可使其增產(chǎn)7.26%～26.41%。施炭同時改變了系統(tǒng)產(chǎn)量隨施氮量的變化規(guī)律：不施炭時，間作系統(tǒng)產(chǎn)量隨氮肥減量配施比例的增加而降低；施炭后，間作系統(tǒng)產(chǎn)量隨生物炭與氮肥減量配施比例的增加呈先增加后降低的趨勢。由此可見，生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)增產(chǎn)效果顯著。

圖2 生物炭和氮不同水平組合下玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量Fig.2 Yield of maize/soybean intercropping system under combinations of different levels biochar and nitrogen

2.2 生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)水分利用效率的影響

施炭和施氮對土壤儲水消耗量影響顯著，炭和氮的交互作用影響不顯著（表4）。與N1相比，N2和N3處理使土壤儲水消耗量提高3.75%～12.44%；與C0處理相比，C1處理和C2處理使土壤儲水消耗量降低2.50%～9.36%。隨著施氮量增加，耗水量增加；隨著施炭量增加，耗水量先減少后增加。C1處理和C2處理中，除C1N1處理外，土壤儲水消耗量的總體差異不顯著，即高炭處理并不能進一步降低土壤儲水消耗量。C1處理和C2處理的WUE顯著高于C0處理，且C1處理高于C2處理。其中，C1N2處理的土壤儲水消耗量雖和其他施炭處理差異不大，但由于其產(chǎn)量較高，所以WUE顯著高于其他處理?？傊锾颗涫┑蕰岣哂衩?大豆間作系統(tǒng)的WUE，但高炭處理會導(dǎo)致WUE增幅減小。

表4 生物炭和氮不同水平組合下玉米/大豆間作系統(tǒng)耗水特性及水分利用率Table 4 Water consumption characteristics and water use efficiency of maize/soybean intercropping system under different levels of biochar and nitrogen

2.3 生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)玉米氮素利用效率（NUE）的影響

施炭和施氮均極顯著影響秸稈和籽粒吸氮量，但施炭的影響高于施氮（表5）。隨施氮量的增加，玉米秸稈吸氮量和籽粒吸氮量總體呈上升趨勢。隨施炭量的增加，吸氮量先增加后減少，其中C2處理的秸稈吸氮量均高于籽粒吸氮量，說明高炭處理增加了秸稈吸氮量。施炭對NUE的影響大于施氮，對氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響和施氮相近，對偏生產(chǎn)力的影響小于施氮。同一施氮水平下，NUE隨施炭量的增加呈先增加后降低的趨勢，在C1水平下最高。與C1N3處理相比，C1N1處理和C1N2處理NUE分別提高28.56%和16.03%。表明在適宜施炭量基礎(chǔ)上減施氮肥有利于NUE的提高。氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率受炭氮配施變化影響的趨勢相近，同一施炭水平下，隨著施氮量的升高，氮肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力均呈下降趨勢。

表5 生物炭和氮不同水平組合下玉米/大豆間作系統(tǒng)玉米氮素吸收與利用效率Table 5 Nitrogen uptake and utilization efficiency of Maize in maize/soybean intercropping system under combinations of different levels biochar and nitrogen

2.4 不同炭氮用量對玉米大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水肥利用效率的綜合評價

2.4.1 綜合評價值確立

由于得出的玉米產(chǎn)量、大豆產(chǎn)量，及水氮利用效率的最佳炭氮配施量各不相同，因此需要進行綜合評價。

通過AHP 層次分析法[22]得到玉米產(chǎn)量權(quán)重最高，為0.32；大豆產(chǎn)量次之，為0.21；WUE與NUE權(quán)重相等，為0.14；氮肥農(nóng)學(xué)效率為0.11，氮肥偏生產(chǎn)力僅為0.09。

通過熵權(quán)法[23]得到WUE權(quán)重最高，可達0.26；玉米產(chǎn)量次之，為0.16；大豆產(chǎn)量、NUE、氮肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力權(quán)重依次為0.100、0.158、0.155、0.169。

由于AHP 法和熵權(quán)法得到的權(quán)重并不相同，本研究依據(jù)博弈論原理對上述結(jié)果進行組合賦權(quán)[24]，得到綜合權(quán)重。其中，玉米產(chǎn)量權(quán)重最高，為0.28；其次是大豆產(chǎn)量，為0.18；WUE和NUE權(quán)重分別為0.14和0.12；氮肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力權(quán)重低至0.12和0.11。

通過近似理想法[25]，從作物高產(chǎn)、節(jié)水、減氮的角度出發(fā)，通過TOPSIS 法對不同炭氮配施方案進行綜合評價（表6）。C1N2處理綜合評價得分最高，C0N3處理最低。C1處理的產(chǎn)量及水氮利用效率優(yōu)于C2處理和C0處理。因此，施用適量生物炭可以提高玉米大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水氮利用效率。

表6 基于TOPSIS 法確定的不同炭氮組合對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合得分指數(shù)的排序Table 6 Ranking of watermelon comprehensive maize/soybean intercropping system indexes under different biochar and nitrogen treatments determined by TOPSIS method

2.4.2 回歸模型建立

為探究施生物炭量、施氮肥量與綜合評價得分直接的關(guān)系，建立回歸方程如式（10）所示：

式中：Y表示綜合評價得分；x1、x2分別表示生物炭和氮肥的編碼值。其R2=0.945；F=39.05＞F0.01；P＜0.01，炭氮耦合對綜合評價得分影響顯著。

式（10）中x1、x2項系數(shù)大小反應(yīng)施炭量與施氮量對間作系統(tǒng)綜合評價得分指數(shù)的影響大小。其正負表明，在試驗設(shè)計范圍內(nèi)，施炭量與施氮量對間作系統(tǒng)綜合評價得分的促進或抑制作用。因此，施炭的促進作用大于施氮，施炭對綜合評價得分有促進作用，而施氮有一定抑制作用，但式中交互項系數(shù)為正，表明炭和氮具有正向耦合作用，可促進綜合評價得分指數(shù)的提高。

2.4.3 炭氮施用量對間作系統(tǒng)綜合得分的調(diào)控效應(yīng)分析

為探究炭氮單因子對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價的影響，對上述模型進行降維處理[26]，得到施炭量與施氮量的單因素效應(yīng)函數(shù)表達如式（11）、式（12）所示：

式中：Y1、Y2分別為施炭量、施氮量對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分指數(shù)影響的單因素效應(yīng)函數(shù)。

隨著施炭量和施氮量的增加，玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分指數(shù)先升高后降低（圖3），說明炭、氮二因素符合報酬遞減規(guī)律。當(dāng)生物炭編碼值x1為0.19，氮肥編碼值x2為-0.35 時，綜合評價得分最高；用量超過這一閾值，綜合評價得分降低。

2.4.4 炭氮施用量對間作系統(tǒng)綜合得分的邊際效應(yīng)分析

通過對式（11）、式（12）求導(dǎo)，得到施炭量和施氮量調(diào)控綜合評價得分的邊際效應(yīng)函數(shù)如式（13）、式（14）所示：

式中：Y1'、Y2'分別為施炭量、施氮量對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分影響的邊際效應(yīng)函數(shù)。

由圖4 可知，玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分隨炭氮的增加而降低。當(dāng)生物炭編碼值為-1～0.19 時，氮肥編碼值為-1～-0.35 時，對指標(biāo)有促進作用；超過該范圍，則有抑制作用。

圖4 炭氮用量對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分的邊際效應(yīng)Fig.4 Marginal effect of biochar and nitrogen dosage on comprehensive evaluation index of maize/soybean intercropping system

2.5 基于產(chǎn)量及水氮利用效率的炭氮配施方案模擬尋優(yōu)

玉米大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分指數(shù)為開口向下的拋物面（圖5），受炭氮協(xié)同作用影響顯著，施用適宜生物炭可在減少氮肥投入的同時提高間作系統(tǒng)綜合評定值。Matlab 模擬尋優(yōu)結(jié)果表明，生物炭編碼值為0.19，氮肥編碼值為-0.35 時，即生物炭施用量為20.7 t/hm2，氮肥施用量為164.25 kg/hm2時，玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價得分指數(shù)最高，為0.84。用超過綜合得分指數(shù)最大值的95%確定最佳配施范圍，即當(dāng)施炭量在 17.1～24 t/hm2、施氮量在154.8～173.7 kg/hm2時，玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水氮利用效率的綜合評價最優(yōu)。

圖5 炭氮用量對玉米/大豆間作系統(tǒng)綜合評價指數(shù)的耦合效應(yīng)Fig.5 Coupling effect of biochar and nitrogen dosage on comprehensive evaluation index of maize/soybean intercropping system

3 討 論

3.1 生物炭配施氮肥對玉米大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與僅施用氮肥相比，生物炭配施氮肥后對間作系統(tǒng)的產(chǎn)量有不同程度的提高。主要原因為，當(dāng)外源養(yǎng)分吸附在生物炭上，生物炭可以作為一種緩釋肥料來提供養(yǎng)分，促使氮肥緩釋[27]，提高土壤固碳、固氮能力。生物炭與氮肥配施存在協(xié)同或互補的關(guān)系：肥料消除了生物炭養(yǎng)分含量低的缺陷，生物炭的吸附性發(fā)揮作用又賦予肥料養(yǎng)分緩釋性能[28]。但過高的生物炭會提高土壤C/N，抑制土壤微生物分解和氮的礦化速率[29]，導(dǎo)致高施炭量的產(chǎn)量提升弱于低施炭量。間作體系中，大豆往往因玉米遮陰的影響而生長受抑制[30]。氮肥供應(yīng)不足時，玉米生長受抑制，遮陰效果減弱，大豆產(chǎn)量明顯提高。適宜減量施氮時，玉米因種間優(yōu)勢吸收利用更多的土壤氮，促進大豆的結(jié)瘤固氮能力[31]。因此，在玉米減氮供應(yīng)時，玉米與大豆均獲得足夠的氮供其生長[32]。本研究中，生物炭與氮肥兩因素交互作用顯著，說明在氮肥有限的情況下，通過在土壤中添加生物炭也可以提高作物產(chǎn)量，與曹磊齊等[33]和江立等[34]的研究結(jié)果一致。因此，可以通過減氮并施用適宜生物炭的途徑提高玉米/大豆間作系統(tǒng)的產(chǎn)量。

3.2 生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)水分利用效率的影響

將生物炭添加到土壤中時，一方面，生物炭顆粒較小，填充入土壤中較大尺寸的孔隙，改變了土壤水通量[35]；另一方面，與單施氮肥相比，生物炭與氮肥配施能夠減少因施肥而提高的土壤水分消耗。因此，土壤能供給作物更多水分，提高了作物WUE。然而，過度使用生物炭可能會導(dǎo)致WUE減弱，Castellin等[36]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生物炭施用量從15 t/hm2增加到30 t/hm2時，土壤表觀持水率下降了23.5%，耗水量上升，導(dǎo)致WUE降低，與本研究結(jié)果一致。李明陽等[37]研究發(fā)現(xiàn)，施用12 t/hm2生物炭的盆栽大豆WUE反而低于施用6 t/hm2生物炭。李中陽等[38]研究發(fā)現(xiàn)，隨著生物炭施用量的增加，冬小麥的WUE先增大后減小。其中，施用40 t/hm2冬小麥WUE最高。一方面，生物炭施用量高會造成土壤高孔隙率和過多疏水化合物的輸入，這可能會導(dǎo)致土壤水分的損失[39]。另一方面，過量施用生物炭會使土壤顏色變暗，提高土壤的表面溫度，從而降低水的黏度和表面張力[40]，同時增強輻射吸收產(chǎn)生的加熱效應(yīng)，會加快土壤水分蒸發(fā)[41]。因此，合理的炭氮配施方案才能有效提高間作系統(tǒng)WUE。

3.3 生物炭配施氮肥對玉米/大豆間作系統(tǒng)氮素吸收及利用的影響

生物炭含有大量營養(yǎng)物質(zhì)和可交換的陽離子，可以促進農(nóng)作物生長[42]。此外，由于生物炭具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因此生物炭表面迅速吸收了氮和其他基本營養(yǎng)物質(zhì)[43]。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭-氮肥互作增加了作物對氮的吸收，與Muhammed 等[44]的研究結(jié)果一致。這表明，在作物生長過程中，生物炭配施氮肥可以起到有效緩釋氮素的作用，同時提供充足的氮素。C2處理下，玉米的NUE、農(nóng)學(xué)利用率和氮素偏生產(chǎn)力低于C1處理，且秸稈吸氮量高于籽粒吸氮量，這可能與高炭處理下“源庫不協(xié)調(diào)”影響了氮素養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運相關(guān)[17]，導(dǎo)致過多養(yǎng)分存留在莖鞘和葉片等營養(yǎng)器官中，造成養(yǎng)分“奢侈吸收”[45]。施用氮肥可以通過增加土壤膠體吸附和土壤陽離子交換能力來減少銨態(tài)氮的損失[46]，因此，適當(dāng)?shù)牡使芾頃龠M玉米氮素積累。但是，當(dāng)施氮量過大時，養(yǎng)分釋放速度快，釋放的養(yǎng)分與作物吸收規(guī)律不匹配，可能會極大地消耗土壤肥力[47]。過度施肥不僅顯著降低玉米氮肥利用率[48]，甚至無法增加產(chǎn)量。前人研究結(jié)果也表明，適當(dāng)?shù)厥┑适翘岣叻柿侠眯实挠行緩絒49]，氮肥利用率隨著施氮量的提高先增加后減少[50]。

4 結(jié) 論

1）適量生物炭配施氮肥可增強氮肥肥效，不僅可以提高玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量，還可以減少土壤儲水消耗量，促進作物地上部氮素積累，從而提高間作系統(tǒng)水氮利用效率。

2）生物炭施用量為15 t/hm2，氮肥施用量為180 kg/hm2（C1N2處理）的綜合評價得分指數(shù)最高，表明減氮并施用適宜生物炭有利于綜合提升玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量及水氮利用效率。

3）玉米/大豆間作系統(tǒng)生物炭與氮肥最優(yōu)配施范圍為施炭量17.1～24 t/hm2、施氮量154.8～173.7 kg/hm2，此范圍有利于當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)玉米/大豆間作系統(tǒng)高產(chǎn)、節(jié)肥、增效。

（作者聲明本文無實際或潛在的利益沖突）