生物炭对坡耕地土壤肥力和大豆产量的影响与预测

魏永霞 王 鹤 刘 慧 吴 昱

(1.东北农业大学水利与土木工程学院， 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.东北农业大学理学院， 哈尔滨 150030； 4.黑龙江农垦勘测设计研究院， 哈尔滨 150090；5.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040)

0 引言

东北黑土区是世界四大黑土区之一，是我国重要的商品粮基地。东北黑土区土壤肥沃、有机质含量较高、结构性好，有利于农作物生长[1]。由于水土流失严重，主要耕作区黑土层厚度仅为20～40 cm，远低于土地开垦初期(80～100 cm)，土壤有机质含量下降，土壤持水性及稳定性降低，导致作物生长环境恶化[2]，作物产量下降，直接威胁着国家的粮食安全。

生物炭是指在限氧或无氧环境条件下，通过高温(一般小于700℃)裂解将农作物秸秆等生物质经炭化而形成的一种稳定难溶、高度芳香化、碳含量极其丰富(高达60%)的固态产物[3]。秸秆炭化利用可有效减轻东北地区焚烧秸秆所造成的环境污染。早有研究表明，生物炭施入土壤，可降低土壤容重，提高总孔隙率，改善土壤持水性能[4]，提高土壤含水率和降水入渗量[5]，特别是增加土壤中的有效水含量[6]；生物炭还可以提高土壤肥力，创造作物生长的有利条件，进而达到作物增产的目的[7]。李兴等[8]探究生物炭对沙壤土水分特征的影响，发现在沙壤土区施用生物炭可以增加土壤持水能力，且干土加60 g/kg的生物炭处理效果最好；李昌见等[9]研究发现，生物炭能改变土壤物理性质、提高水肥利用率、减少肥料淋失，改良砂壤土的最适生物炭用量为40 t/hm2；胡敏等[10]研究得出，生物炭显著提高有机质、速效磷、有效钾以及碱解氮等养分含量，通过生物炭对水肥热的改善使得玉米产量增加；文献[11-13]发现，添加生物炭后可提高烟草、甘蔗和番茄的产量，施用生物炭后番茄可增产64%左右；房彬等[14]通过大田试验也发现，生物炭处理后玉米产量平均提高13.9%；黄超等[15]通过在红壤土中施加不同含量生物炭得出，200 g/kg处理对黑麦草增产效果最为显著，增产率高达53%。

目前，关于施加生物炭后效果持续性的研究很少。因此，在仅施用一次生物炭后2年内不再施加生物炭的试验条件下，本文探究3年黑土区大豆增产及土壤肥力改善等后效应，并应用改进的灰色预测模型预测2019—2021年各处理大豆产量，探索黑土区坡耕地施加生物炭的持续效应，旨在为东北黑土区的农业水土资源高效可持续利用提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于黑龙江省水利科学研究院综合试验基地(北纬45°43′09″，东经126°36′35″)，总面积55 hm2，属温带大陆性季风气候，多年平均气温3.1℃，全年无霜期130～140 d，多年平均水面蒸发量796 mm，耕地土壤多以壤土为主，入渗能力弱，典型坡耕地坡度为2°～5°。年降水量400～650 mm，降水集中且历时较短，仅7—9月的降水量就占全年降水总量70%以上。该区主要粮食作物为大豆和玉米。

1.2 试验材料

供试生物炭购于辽宁金和福开发有限公司，采用玉米秸秆在450℃无氧条件下烧制而成，其基本理化性质如表1所示。供试大豆品种为黑河3号。供试土壤主要以壤土为主，有效磷(P2O5)质量比为16.9 mg/kg，铵态氮(N)质量比为100.9 mg/kg，速效钾(K2O)质量比为280.1 mg/kg，pH值6.27，黑土土壤容重为1.22 g/cm3，0～80 cm土层平均田间持水率为29.4%。

表1 生物炭的基本性质Tab.1 Biochar basic feature

1.3 试验设计

本试验在黑龙江省水利科学研究院综合试验基地的径流小区内进行，小区规格为2 m×5 m，坡度选择1.5°、3°、5° 共3种在东北黑土区比较有代表性的坡度。每种坡度分别设置施加生物炭和不施加生物炭处理，小区编号分别为T1.5、T3、T5和CK1.5、CK3、CK5，共计6个小区。根据前期研究成果[16]，生物炭施用量选择施用后增产效果较好的75 t/hm2，生物炭仅在2016年施用，2017、2018年不再施加。各径流小区采用相同的施肥方案，化肥施用量与当地农民习惯施加水平一致并以底肥形式一次性施入，生物炭施用方法为2016年播种前将生物炭粉均匀铺洒于土壤表面，人工搅拌至与0～20 cm表层土壤充分均匀混合后静止待用。

1.4 测定内容与方法

1.4.1土壤水稳性团聚体各项指标

每年大豆成熟后取各小区耕层土壤为试验样品，根据干筛各级团聚体的质量百分比配比配取土样50 g，放入筛组中进行湿筛，湿筛组由孔径为0.1、0.25、0.5、1、2、5 mm筛子组成，每次振荡20 min，频率为40次/min。湿筛仪器为ZY200-Ⅱ型土壤团粒分析仪，测得各筛余量，根据所测数据计算表征团聚体稳定性的各项指标：大于0.25 mm的水稳性团聚体含量(R0.25)、土壤不稳定团粒指数(ELT)、平均质量直径(Mean weight diameter, MWD)以及几何平均直径(Geometric mean diameter, GMD)，计算公式分别为[17-19]

(1)

ELT=1-R0.25

(2)

(3)

(4)

式中Wd>0.25——粒径大于0.25 mm团聚体质量，g

WT——供试土样的总质量，取50 g

Wi——i级团聚体质量，g

PMWD——平均质量直径，mm

PGMD——几何平均直径，mm

1.4.2土壤化学指标

采用重铬酸钾外加热法测定有机质含量；碱解扩散法测定铵态氮含量；使用Olsen法，采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定有效磷含量；1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定速效钾含量；PHS-3C型酸度计测量pH值。

1.4.3大豆产量及其构成要素

于各年大豆收获时，统计每个径流小区内大豆总株数，然后于每个小区分别随机取3株大豆植株，测定每株大豆植株的单株荚数、单株粒数，并在收获结束后测量每个径流小区大豆的总产量和百粒质量。

1.5 产量预测方法

本文大豆产量采用改进的多变量灰色预测模型进行预测。

1.5.1多变量灰色预测模型的改进

1982年邓聚龙教授提出的灰色理论是将原数据累加成具有规律性的数据列，然后根据生产数据列建立白色化形式的微分方程，白色化形式微分方程的解即为灰色预测模型[20]。灰色模型是基于一阶常微分方程建立的，称一阶一元灰色模型，记GM(1,1)[21]，本试验考虑多变量故将GM(1,1)扩展为GM(1,N)，GM(1,N)表示为一阶N元的微分方程的解，可用来表示N个变量的线性动态变化[22]。经典GM(1,N)模型为

(5)

a——发展系数

bi——驱动项系数

改进后模型变为

(6)

经系列运算可得到复合梯形预测函数为

(7)

式中f(t)——平滑延时协调函数

u(t-2)——单位阶跃函数

1.5.2灰色预测模型检验

预测结束后利用所得的预测结果进行事后检验，误差在一定范围内才可应用于预测问题分析。

(1)事前检测

图1 各处理各级土壤团聚体含量的变化Fig.1 Changes in content of soil agglomerates at all levels

(2)残差检验

绝对误差

ε(0)(t)=x(0)(t)-(0)(t) (t=1,2,…,n)

相对误差

Δ(t)越小越好，一般要求Δ(t)<20%。

(3)关联度检验

关联系数

式中ρ——分辨系数，通常取0.5

关联度

当R>0.6时，说明模型基本可以达到较为满意的预测效果。

(4)后验差检验

灰色模型精度检验标准参照文献[23]。

1.6 数据处理方法

采用Excel 2010、Origin 9.0进行基本数据处理和绘图，利用SPSS 20.0进行显著性分析和回归分析，显著性水平为0.05、0.01，使用最小显著极差法(LSD法)进行多重比较，采用改进的多变量灰色理论模型预测未来3年大豆产量。各年相关参数测定按坡上、坡中、坡下3点取样，3次重复，取其平均值。

2 结果与分析

2.1 生物炭对坡耕地土壤水稳性团聚体的影响

2.1.1生物炭对土壤团聚体数量的影响

土壤团聚体指土壤中大小、形状不一、且具有不同孔隙度、机械稳定性和水稳定性的结构单位，一般把粒径大于0.25 mm的结构单位称为土壤大团聚体。图1为各处理各级土壤团聚体含量(质量分数)的变化，由图1可知，无论施炭与否土壤团聚体中直径d<0.25 mm的团聚体含量均为最高，施炭组最高范围在27.34%～43.62%之间，未施炭组最高范围在49.98%～57.40%，土壤团聚体中d>5 mm的团聚体含量最少，为2%～4.78%。

2016年在相同坡度时，施炭处理d<0.25 mm的团聚体含量较未施炭处理明显下降，其余直径的团聚体含量施炭组均比未施炭组有所增加；当d<0.25 mm时，各坡度团聚体含量由大到小依次为T5、T3、T1.5，当d>0.25 mm时，各级团聚体含量均随坡度增大而减少。2016年施加生物炭后2017、2018年虽未施炭，但各级团聚体含量的比例变化关系同2016年一致，唯一不同之处是施炭处理的变化幅度有所弱化。当d<0.25 mm时，2016年CK1.5、CK3、CK5团聚体含量分别为49.98%、52.28%、54.58%，T1.5、T3、T5含量分别为27.34%、33.18%、35.32%，1.5°、3°、5°各坡度减小率为60.63%、57.56%、54.53%，2017年T1.5、T3、T5比CK1.5、CK3、CK5团聚体含量分别减小了59.07%、43.59%、38.61%，T1.5、T3、T5比CK1.5、CK3、CK5团聚体含量减小率在2018年分别为56.12%、39.15%、31.59%，d<0.25 mm的团聚体含量随年份增加减小程度逐渐减弱。当d>0.25 mm(土壤大团聚体)时，施炭处理比未施炭处理的大团聚体含量增加，相同处理不同年份间大团聚体含量随年份增加而减少，1.5°坡度在2016、2017、2018年施炭组大团聚体的含量较未施炭组增加率达46.31%、44.31%、38.97%，3°坡度各年增加率为42.40%、34.74%、33.35%，5°坡度时各增加率分别为40.03%、34.66%、32.35%，各坡度的增加幅度也随年限增加而减弱，这主要可能与施加生物炭后的时间有关，生物炭自身所含元素随时间发生降解，对土壤结构的有效成分也随年限增加而减少。

2.1.2生物炭对土壤团聚体稳定性指标的影响

常用的反映水稳性团聚体稳定性状况基本指标有R0.25、MWD、GMD和ELT等，R0.25、MWD、GMD越大说明土壤团聚体的平均粒径团聚度越高，稳定性越强[24]，ELT随土壤退化程度增强而增大，ELT越小说明土壤团聚体越稳定[25]，不同处理对土壤团聚体稳定性指标的影响见表2。

相同年份，R0.25由大到小依次为T1.5、T3、T5、CK1.5、CK3、CK5；不同年份，R0.25均以1.5°坡度的施炭处理最大，分别为72.66%、70.02%、66.88%。2016、2017、2018年MWD在T1.5处理时最大，分别高达1.119 2、0.967 8、0.914 1 mm，同一年中，3个坡度施炭处理的MWD显著增加，MWD由大到小依次为1.5°、3°、5°。3年GMD在施加生物炭的处理较未施炭处理均显著增加，年份相同时，坡度越小GMD越大；年份不同时，同一坡度年份越小GMD越大。ELT3年中均以1.5°小区施加生物炭处理最小，2016、2017、2018年ELT最小分别为27.34%、29.98%、33.12%；同一年1.5°、3°、5°坡度施炭后ELT逐渐增加。说明2016、2017、2018年施炭处理的R0.25、MWD和GMD较未施用处理均显著增加(P<0.05)，ELT显著减小(P<0.05)，且各稳定性指标随着坡度、施炭年限的增加各变化幅度减弱。表明施用生物炭可以增强土壤结构的稳定性，且稳定性随施炭后年限延长而减弱，也就是说仅施用一次生物炭对土壤团聚体稳定性的促进效果逐年削弱。

表2 不同处理的土壤团聚体稳定性指标Tab.2 Stability index of soil agglomerates treated differently

注：同一年不同小写字母表示同一年各处理差异显著，下同。

2.2 生物炭对坡耕地土壤pH值及养分的影响

2.2.1生物炭对土壤pH值的影响

2016、2017、2018年不同处理土壤pH值变化如图2所示，年份相同时，施用生物炭处理比未施用生物炭处理的土壤pH值增大，且施炭处理的土壤pH值增长幅度随地形坡度增大而减小，2016、2017、2018年均以1.5°坡度的土壤pH值增加率最大，分别为17.88%、17.68%、14.63%；对2016、2017、2018年各处理进行显著性分析可知，P2016=0.007、P2017=0.025、P2018=0.040，说明2016年施炭处理与对照处理间差异极显著(P<0.01)，2017、2018年差异显著(P<0.05)。表明仅施加一次生物炭后，在施用当年对土壤pH值作用极显著，施用次年和第3年对土壤pH值作用显著，但不及施用当年，可能是由于生物炭施到土壤中逐渐降解，虽自身呈碱性，但第1年施入土壤改善pH值后并没有持续施炭，仅有施用当年剩余生物炭，导致对土壤pH值的影响也逐渐减弱。

图2 不同处理的土壤pH值变化Fig.2 Soil pH value of different treatments

2.2.2生物炭对土壤养分的影响

2017年施炭处理比未施炭处理的土壤铵态氮、速效钾、有机质含量各自平均增加25.99%、18.11%、16.69%；2018年施炭处理铵态氮、速效钾、有机质较未施炭处理平均分别增加了25.45%、17.71%、13.45%，2017、2018年各指标变化趋势与2016年一致，3个指标影响显著性从大到小顺序依旧为铵态氮、有效钾、有机质，有效磷含量施炭组与对照组差异不显著。不同之处是3年施炭组铵态氮、速效钾、有机质含量增加幅度随年限增长递减，施炭年限增加致使生物炭对土壤改良效果减弱，因为土壤大团聚体含量增长率减少，使得含养土团减少，导致各养分指标含量减小；2018年施炭后铵态氮养分等级由原来的3级上升为2级，有机质、有效磷都保持在3级标准，速效钾等级仍保持1级标准，说明仅施加一次生物炭后随年限增加对土壤肥力的改善能力减弱，表明生物炭的作用随时间的延长会逐渐衰减，目前本试验数据显示3年生物炭对养分的影响仍然有效。

表3 3年不同处理的土壤养分质量比Tab.3 Soil nutrient content treated differently within three years g/kg

表4 土壤养分等级分级标准Tab.4 Grading standard of soil nutrient grade g/kg

2.3 生物炭对坡耕地大豆产量及其构成要素的影响

2.3.1生物炭对大豆产量构成要素的影响

表5为3年各处理大豆产量的构成要素。对于单株荚数，2016年T1.5、T3、T5比相同坡度对照组分别增加35.14%、27.78%、25.71%，2017年分别增加26.32%、25%、22.86%，2018年分别增加23.68%、21.62%、14.29%。2016年施炭后单株粒数增长率在21.79%～30.12%之间，2017、2018年分别为21.05%～28.05%、19.74%～27.16%，3年内均以T1.5处理的单株粒数增加最大。施用生物炭在1.5°坡度时3年对大豆百粒质量的增加率分别为20.40%、18.58%、18.40%，3°坡度各年百粒质量的增加率分别为17.78%、17.23%、17%，5°坡度各年增长了15.04%、14.93%、13.54%。说明单次施用生物炭对大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量均有增加效果，且同坡度呈负相关，2016、2017、2018年单株荚数与坡度相关系数分别为-0.285、-0.334、-0.481，3年单株粒数与坡度相关系数为-0.329、-0.36、-0.343，3年百粒质量与坡度的相关系数分别为-0.301、-0.303、-0.342；同时从大豆各产量构成要素增加率可以得出，施炭后年限越长各构成要素指标增加幅度越小，这是因为施炭后年限越长土壤结构稳定性增强效果越弱，土壤养分含量改善效果越弱，致使土壤肥力逐年相对减弱，进而使得大豆各构成要素增幅减弱。

表5 3年各处理大豆产量构成要素Tab.5 Constituent factors of soybean yield for each treatment in three years

2.3.2生物炭对大豆产量的影响

施用生物炭最根本目的是通过生物炭来调节土壤结构、持水性能、养分含量等，进而达到增产的作用。由图3可知，相同年份各坡度施炭处理较未施炭处理产量均增加显著(P<0.05)，并且随坡度增加增产率逐渐减小；不同年间相同坡度大豆增产率随年限增加而减小(图4)，2016、2017、2018年大豆产量的最大增产率分别为26.29%、25.90%、25.24%。施炭与否、坡度、施炭后年限3个因素对大豆产量均有影响，为进一步探究3者对增产的显著程度，建立产量(y)关于施炭与否、坡度和施炭后年限的回归方程，其中施炭与否(x1)为定性变量，x1取0表示不施用生物炭，取1表示施用生物炭，坡度因子(x2)和施炭后年限因子(x3)为定量变量，得回归方程

y=479.778x1-61.829x2-59.5x3+2 242.13
(R2=0.964，F=151.193，P<0.001)

(8)

图3 3年各处理的大豆产量Fig.3 Soybean production treated in three years

图4 3年各处理大豆增产率的变化曲线Fig.4 Changes in yield increase of soybeans treated in each of three years

回归方程的R2大于0.9，表明回归方程拟合效果较好；F=151.193，P<0.001，表明由自变量施炭与否、坡度、施炭后年限和因变量大豆产量建立的线性回归模型具有极显著的统计学意义；t检验的回归系数显著性值P1=P2<0.001，P3=0.001，进一步说明有统计学意义。从回归系数显著性值无法比较出3个自变量对产量的显著程度，施炭与否、坡度、施炭后年限3个自变量的标准系数分别为0.908、-0.335、-0.184，绝对值越大代表在此回归方程中自变量对大豆产量的解释力度越强，因此3个自变量对大豆产量影响由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限。

2.4 基于灰色理论模型的大豆产量预测

本试验中对模型精度检验结果见表6。经模型精度检验后，各检验结果均在符合标准范围内，可以用灰色预测模型对本试验中产量加以预测，结果如表7所示。生物炭的增产潜力随施用年限的延长逐渐减弱，2021年5°小区的产量为2 223 kg/hm2，已经与未施炭区大豆产量十分接近。根据预测产量加上已有3年试验，大体上可以确定施加一次生物炭其对作物的有效时间为5～6年。

表6 灰色预测模型精度检验结果Tab.6 Accuracy test results of grey predictiom model

表7 灰色预测模型预测2019—2021年大豆产量Tab.7 Grey prediction model predicted soybean yield from 2019 to 2021 kg/hm2

3 讨论

东北黑土区作为国家大粮仓，增加其作物产量对东北区乃至全国都至关重要。生物炭施入土壤后通过改善土壤结构状况、土壤养分环境、土壤肥力，进而达到大豆增产目的。

适合作物生长的水稳性团聚体粒径在0.25～5 mm之间，这个范围中团聚体有利于土壤水分固持、植物根系部分呼吸以及土壤养分的吸收与释放。生物炭施入土壤后改变土壤物理结构，增加土壤微生物活性，进而促进土壤团聚体的形成并增加其稳定性[26]。本试验生物炭施加使d<0.25 mm的土壤微团聚体含量明显减少，d>0.25 mm的土壤大团聚体含量显著增加，且变化幅度随坡度、施炭后年限增加逐渐减弱，同王恩武等[27]研究结果相同。土壤团聚体良好状态以水稳性团聚体稳定性加以衡量，土壤结构稳定指标也是反映土壤抗侵蚀能力的重要指标[17]，本试验施炭处理R0.25、MWD、GMD增大，ELT减小，土壤团聚体稳定性增强，与文献[18-19]研究结果一致，3年中施炭处理各稳定性指标变化幅度随年份增加均呈减小状态，说明生物炭3年内均能提高团聚体稳定性，有效期大于3年，具体有效期有待进一步增长试验年限加以验证。

土壤pH值是影响土壤肥力的重要因素之一，直接影响着土壤养分的存在形态、转化性和有效性。土壤pH值决定各地区适宜播种的作物种类，东北黑土区作为中国最大粮仓，主要以大豆等经济作物为主，大豆最适宜pH值在6.5～7.5之间，东北黑土区土壤pH值在5.7～6.4之间，故提高东北黑土区土壤pH值对其大豆生长发育至关重要。本研究施用生物炭显著增大土壤pH值(P<0.05)，且增大幅度随坡度增大而减小；施用当年生物炭对土壤pH值作用极显著(P2016=0.007<0.01)，施用次年(P2017=0.025<0.05)和第3年(P2018=0.040<0.05)对土壤pH值也达显著水平，但不及施用当年，可能是由于生物炭施到土壤中逐渐降解。生物炭增大土壤pH值，主要是由于生物炭的灰分中有K、Ca、Na、Mg、氧化物、氢氧化物、碳酸盐等不同浓度碱性物质，施进土壤后能提高土壤盐基饱和度，降低可交换铝的数量，进而提高土壤pH值[28-30]。

土壤有机质是土壤团聚体所形成的最为重要的胶结物质，是土壤肥力的重要指标之一，对于改良土壤结构，提升土壤的通气性、透水性，有利于微生物的活动以及增强土壤养分含量等都有巨大作用。SCHMIDT等[31]认为，生物炭可以提高土壤有机质含量，BRUUN等[32]、GLASER等[33]研究发现，生物炭的用量及稳定性可以提高有机质含量的增加程度，主要是生物炭可通过促进土壤有机-矿质复合体的形成来提高土壤团聚体稳定性，进而减少土壤有机质淋失。本试验施用生物炭增加了土壤中有机质含量，其增加幅度随着年限增加而减少，这可能是由于年限增加，被包裹或吸附在生物炭空隙和有机-矿质复合体中的微生物生长繁殖速率及活性减弱所造成的，LIANG等[34]的研究也得到类似结论。坡度对土壤有机质含量的影响不显著。

单次施用生物炭对大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量均有增加效果，这与魏永霞等[16,38]研究结果一致，且各指标同坡度呈负相关；施炭后年限越长各构成要素指标增加幅度越小，这与生物炭对土壤结构、养分状况的改善情况相一致。施炭处理较未施炭处理大豆产量均增加显著(P<0.05)，与已有研究结果[14,16]一致，且随坡度、年限增加增产率逐渐减少。由自变量施炭与否、坡度、施炭后年限和因变量大豆产量建立了线性回归模型，结果表明回归方程拟合效果较好且具有极显著的统计学意义；各自变量对大豆产量影响程度由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限。采用灰色预测模型预测未来3年产量，模型的平均相对误差为38.00%，关联系数为0.712 4，后验差比值为0.378 9，小概率误差为77.31%，各精度检验结果均符合标准范围，证明灰色预测模型可以对本试验中产量进行较准确的预测。2019—2021年产量预测结果呈递减趋势，2021年5°坡度施炭组与未施炭组产量已十分接近。

4 结论

(1)施用生物炭使d<0.25 mm的土壤团聚体含量明显减少、d>0.25 mm的土壤大团聚体含量显著增加，且变化幅度随坡度、施炭后年限增加逐渐减弱；施加生物炭使R0.25、MWD、GMD增加，使ELT减小，土壤团聚体稳定性增强，该稳定性增强幅度随坡度增大、施炭后时间延长而减小，生物炭施用当年效果最为显著，R0.25、MWD、GMD各指标最大为72.66%、1.119 2 mm、0.367 1 mm，ELT最小为27.34%。

(2)施用生物炭可显著提高土壤pH值以及铵态氮、速效钾、有机质含量，各指标增长率分别高达17.88%、27.23%、20.31%、17.51%，但生物炭对有效磷含量影响不显著。施炭后改良了土壤各养分指标，使土壤养分等级有所上升，土壤肥力增强，增强效果与施炭后年限呈负相关。

(3)生物炭对大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量、产量均有明显的正效应，增产率高达26.29%，同时影响因素还有坡度和施炭后年限，对大豆产量影响程度由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限，坡度越大、施炭年限越长，各指标增加幅度越弱。

(4)改进的多变量灰色预测模型精度较高，可用于本试验大豆产量的预测，经预测，2021年施炭组产量最低为2 223 kg/hm2，与未施炭组产量十分接近，增产有效时间可维持在5～6年。