牛糞配施生物炭對鹽漬化棉田棉花養分吸收及分配的影響

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Effects of Combined Application of Cow Manure and Biochar on Nutrient Uptakeand Allocation in Cottonin SalinizedCottonFields

HOUShengtong1，2，CHENG Junhui1，2，HUANG Cheng1，2，WANG Bao1，2 （1.CollegeofsoudEiont，ingiulualUivesitUiinjgin;2.iag ratoryofSoilandPlantEcologicalProcesss，XinjiangAgriculturalUniversity，Urumqi，Xinjiang83Oo52，China）

Abstract：Toexploretheefectsofcombinedapplicationofcatlemanureandbiocharoncottonnutrientabsorptionandalocation，as wellastodterminetheoptimalatiocompletelyrandomizedfieldexperimentwasconductedinsalinizedcottonfieldsinWensu county，Xinjiangfrom2O23to2O24.Sixtreatmentswereestablished：control（CK，conventionalfertliation），singlebiochar （BC100% ），single cattle manure 0M100% ），and three combination treatments（ BC70%+OM30% ， BC50%+OM50% ， 8C30%+ OM70 % ）.Nutrientuptake（nitrogen，phosphorus，potassum）inrots，stems，leaves，andbollswasanalyzed duringthebolloening stage，andyieldparametersweremeasuredtoevaluatetheefectsofindividualandcombinedaplications.Theresultsrevealedthat BC30% ⁰⁺ OM70%and BC50%+OM50% exhibited optimal performance.In 2024，nitrogen uptake in bols under BC30 %+ OM70% was increased by 183.4% compared with CK.Phosphorus uptake displayed significant interannual variation，with BC30%+OM70% enhancing total phosphorus uptake by 141.4% in 2023， while BC100% demonstrated a long-term gain of 152.1% in the following year. Potassium uptake predominantly accumulated in bolls（ 72.2% of total），and BCS0%+OMS0% improved boll potassium uptake by 216.5% （2023） and 231.1% （2024）.This study confirmed that biochar-cattle manure co-application optimized nutrient allocation dynamicsbetweenreproductiveandvegetativeorgans，ignificantlyimprovingnutrientusefcencyinsalinizedcotonfields.Tesnergistic effects provide a scalable strategy （BC OM= 3：/ or 1：1 ）for saline-alkali soil reclamation in arid regions. Key words： nutrient uptake; cattle manure; biochar;combined application; salinized cotton field

棉花作為我國重要的經濟作物和紡織工業原料，新疆棉區貢獻了全國 90% 以上的產量。然而，該區域耕地中， 37.7% 耕地受鹽漬化脅迫[2-3]。鹽分通過多重途徑抑制棉花生長，當土壤含鹽量超過值時，滲透脅迫導致棉株水分吸收受阻，鹽分離子通過競爭吸附和抑制酶活性共同降低氮、磷、鉀的生物有效性。在氣候變化加劇鹽漬土擴張的背景下，探究提升鹽漬化棉田棉花的養分吸收的改良措施，對保障產業可持續發展及農戶增收具有戰略意義。

生物炭富含活性有機碳，糞肥含有大量營養元素，二者聯用可以提升土壤肥力。生物炭還可以改良土壤物理結構（降低容重、增加孔隙度），提高鹽分淋洗效率；其多孔結構和離子交換特性還可調節土壤中 Ca²⁺，Na⁺ 等鹽基離子的遷移[8.10-，緩解鹽分脅迫。目前，關于有機肥和生物炭對作物養分吸收的影響，已經展開了大量的研究[12-13]。但多數集中于單施效應，對二者配施的協同機制及適宜比例仍缺乏系統探討，尤其針對西北干旱區典型鹽漬化棉田的研究更為薄弱。

基于此，本研究通過2年定位試驗，設置牛糞與生物炭單施及梯度配施處理，系統分析二者單施及不同比例配施對棉花養分吸收的影響，旨在明確牛糞與生物炭協同改良溫宿縣鹽漬化棉田的最佳配施比例，為區域鹽漬化棉田治理提供理論依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

本研究于2023—2024年在新疆溫宿縣臺蘭河灌區下游（ 80^°40^′28^′′E，41^°9^′57^′′N 開展，該區域為典型鹽漬化棉田集中種植區[14。研究區屬溫帶大陸性干旱氣候[15]，具有降水稀少、蒸發強烈和無霜期長的特征。基于歐洲中期天氣預報中心（ECMWFERA5-Land數據集，https：//cds.climate.copernicus.eu）氣候再分析數據（圖1），2024年4月中旬至10月下旬降水量為 85.8mm ，較2023年顯著增加 65.3%（Plt; 0.05），并且關鍵物候期溫度存在顯著年際差異。2024年4月中下旬日均溫度為（ 18.4±0.5 ） C ，較2023年同期升高 2.8⁹C，5 月溫度差值達到 5.1^°C 。生育期平均太陽輻射凈強度呈年際遞減趨勢，2023年為 205.47W?m^-2，2024 年降至 198.28W?m^-2 □

試驗地土壤質地屬于砂土，農戶于2020年在鹽化潮土的基礎上摻沙開墾而成。對試驗地土壤養分背景和質地調查發現，試驗地存在3個明顯的障礙因素。首先， 0～20cm 和 20～40cm 土層中有機質、堿解氮和有效磷含量分別為 3.42～4.28g?kg^-1，13.16～ 22.21mg^-kg^-1 和 4.89～7.96mg?kg^-1 （表1），屬于典型的中低產田[16-18]。其次， 0～20cm 和 20～40cm 土層中pH 值和總鹽含量分別為 8.63～8.67 和 6.01～6.90 g?kg^-1 （表1），屬于鹽漬化土壤[。此外，在50＼～70cm土層中存在一層堅硬的黏土層，限制了水分和鹽分的下滲。

1.2試驗設計

針對土壤養分低和鹽漬化脅迫的障礙，參照前人[13，20-22]有關生物炭和有機肥配施的增肥和抑鹽研究，采用完全隨機試驗，共設置6個處理：農戶常規施肥（CK）、單施生物炭（ BC100% ）、單施牛糞0M100% ） .70% 生物炭配施 30% 牛糞（ BC70%+ 0M30% ） .50% 生物炭配施 50% 牛糞（ 8C50%+ （204號0M50% ） ，30% 生物炭配施 70% 牛糞（ BC30%+ 0M70% ）（圖2）。每個處理重復4次，各小區試驗面積 99m²（9m×11m ；長 × 寬）。

本試驗中，生物炭來源于新疆恒輝君揚生物科技有限公司，其 pH 值為8.2，有機質、全氮、全磷和全鉀含量分別為 700，8.15，0.6，13g?kg^-1 。牛糞為當地農戶腐熟牛糞，有機質、全氮、全磷和全鉀含量分別為 446，26，2.4，1.6g?kg^-1s 為確保生物炭配施牛糞處理中各養分施加量與CK一致！ （N：400kg?hm^-2 P₂O₅：150kg?hm^-2;K₂O：200kg?hm^-2? ，在生物炭與牛糞自身攜帶養分量的基礎上，其余養分通過補充尿素（ N?46% ）磷酸一銨 ^′P₂O₅gtrsim45%.Ngtrsim10% 和硫酸鉀（ K₂0≥52% ）來補充（表2）。棉花種植前，生物炭、牛糞和磷酸一銨一次性均勻撒施在地表后，旋耕 40cm 尿素按比例分3次施入，其中 20% 尿素作為基肥在播種前撒施， 20% 尿素和 60% 尿素作為追肥，分別在蕾期和花鈴期隨水滴灌施入。

針對黏王層所帶來的質地障礙，每個小區中，每10m² 面積按網格狀均勻分布打鉆點位，以 Φ50 mm 孔徑垂直鉆孔至 80cm 深度，破壞黏土層以方便水分和鹽分運移。其他種植和管理措施與當地農戶保持一致。其中，棉花品種為新陸中54號，采用1膜3管6行（ 66cm×10cm ；行距 x 株距）14穴的種植方式，種植密度為 2.55×10⁵ 株·hm^-2 。灌溉水來自試驗地周圍的基井，礦化度為 3.1～3.54g?L^-1 ，屬于微咸水[23]。

1.3測定項目

本研究采集20株代表性植株，按根、莖、葉、蕾鈴分器官裝袋。 105°C 下殺青 15min 后， 85^°C 烘干至恒質量 （72±2）h ，使用萬分之一電子天平稱量干質量。樣品研磨過100目篩后，測定養分含量：全氮（TN）用元素分析儀測定；全磷（TP）采用硫酸-過氧化氫消解，消煮液經連續流動分析儀測定；全鉀（TK采用火焰光度法測定。棉花各器官養分吸收量為單位面積生物量中養分總量，通過以下公式計算得出（以根莖葉氮吸收量為例）：

根莖葉氮吸收量（ g?hm^-2）= 根莖葉干物質量（kg?hm^-2. ）×根莖葉氮濃度 （g?kg^-1） ）

1.4統計分析

本研究采用單因素方差分析，采用LSD法進一步進行多重比較，使用R軟件進行分析[24I，應用Origin2024軟件繪制圖形。

2 結果與分析

2.1牛糞配施生物炭對棉花氮素吸收與分配的影響2023一2024年，牛糞和生物炭單施及其配施處理均對棉花氮吸收量有顯著影響。2023—2024年，棉花平均氮總累積量為 240.66kg?hm^-2 ，其中根、莖、葉和鈴分別平均占 4.99%，16.71%，27.69% 和50.61% （圖4-E、圖4-F）。2023—2024年， BC30% +0M70% 處理的根、莖、鈴氮素累積量顯著高于CK，分別增長 53.14%.47.79% 、 169.69% （圖4-A、圖4-B、圖4-D）。2024年牛糞和生物炭單施及其配施處理的各器官氮累積量均顯著高于CK，較CK分別增加為 164.92% （根） .97.39% （莖）139.60% （葉）和 183.44% （鈴）圖4-A、圖4-B、圖4-C、圖4-D）。

2.2牛糞配施生物炭對棉花磷素吸收與分配的影響

牛糞（OM）與生物炭（BC）配施比例對棉花磷素吸收的時空調控規律如圖5所示。2年試驗表明，配施處理對各器官及全株磷吸收的促進效應呈現顯著年際差異：2023年 BC30%+OM70% 處理在根、莖和全株磷吸收上表現最優，較CK分別提升 117.2% 、67.8% 和 141.4% ，其中根部增幅顯著高于OM單施（ 53.2% ）及BC單施 （29.2% ）；而2024年 BC50%+ 0M50% 處理為根部磷吸收最佳方案，增幅達到

194.8% ，較OM單施提升 15.2% 。葉片響應模式具有階段性特征，2023年僅 BC50%+OM50 處理顯著提高葉磷吸收 66.5% ，而2024年所有處理均產生顯著促效 （109.9%～164.6% ），其中 BC30%+OM70% 處理仍保持最高增幅。鈴部磷吸收對配施措施響應最為敏感，2年間所有處理均顯著增加 179.5%～286.9% （2023年）及 133.6%～239.8% （2024年）， BC70%+ 0M30% 和 BC30%+OM70% 分別為各年度最優方案。

從磷素分配格局分析，鈴部始終是主要貯存器官，其占比從2023年的 51.8%～54.7% 提升至2024年的 60.8%～65.6% ，葉、莖占比相應下降 16.2%. 21.1%14.90%～16.70% 。各處理中， BC30%+OM70% 與 BC50%+OM50% 表現出最佳協同效應，2年分別實現全株磷吸收增幅 141.4% 與 198.2% ，較單施處理提高 22.6%～52.6% 。值得注意的是，生物炭單施在2024年展現出顯著提升的促磷效應（全株增幅152.1% ），暗示其長效改良作用。上述結果證實，生物炭與牛糞的協同作用通過調控磷素在生殖器官（鈴）與營養器官（根、莖、葉）間的動態分配來實現棉花磷素吸收效率的時空優化。

2.3牛糞配施生物炭對棉花鉀素吸收與分配的影響

2023一2024年，牛糞和生物炭單施及其配施處理均對棉花鉀吸收量有顯著影響。2023—2024年，棉花平均鉀總累積量為 238.38kg?hm^-2 ，其中根、莖、葉和鈴分別平均占 3.15% 、 12.76% .11.88% 和72.21% （圖6-E、圖6-F）。2023年和2024年，牛糞配施生物炭對棉花鉀吸收量發現，3個較為突出的特點：2023年和2024年， BC50%+OM50% 處理的棉花各器官（根、莖、葉、鈴）鉀素累積量顯著升高，

2023年增幅分別為 64.70%.67.26%.128.32% 和216.50% ，2024年增幅分別為 139.29% （204號 ，68.05% 、119.65% 和 231.08% （圖6-A、圖6-B圖6-C圖6-D）;2023年 BC30%+OM70% 處理的棉花各器官（根、莖、葉、鈴）鉀素累積量顯著升高，增幅分別為 77.21% 、77.59%.120.47% 和 240.46% （圖6-A、圖6-B、圖 6-C_ν 圖6-D）；2023—2024年，無論牛糞和生物炭單施還是配施棉株鈴對鉀素的吸收量均顯著提高，平均增幅為 213.98%（2023）～213.44%（2024） （圖6-D）。

3討論與結論

3.1 討論

基于新疆阿克蘇溫宿縣鹽漬化棉田連續2年田間試驗結果，本研究揭示了牛糞與生物炭配施對棉花養分吸收的影響。結果表明，牛糞和生物炭單施及其配施均顯著促進了棉花對氮的吸收，這與周加順等2研究結論相悖。原因可能是試驗區土壤 pH 值及生物炭施用量不同。

BC30%+OM70% 和 BC50%+OM50% 處理在養分吸收方面表現尤為突出，這與二者在土壤改良機制中的互補效應密切相關。牛糞分解產生的有機酸（如腐殖酸、胡敏酸）通過絡合土壤中 Na^+[13] ，降低鹽分對NH₄⁺/NO₃^- 吸收的競爭性抑制，促進根系氮素同化效率。生物炭的高比表面積 200～400m²?g^-1， [2通過吸附作用延緩氮素淋失，形成“短期礦化-長期緩釋”的氮素供應模式，與牛糞的快速礦化特性27形成時間維度上的互補效應。

磷素運移特征顯示，生物炭的緩釋效應與牛糞（有機肥）的活化功能協同增效[28-30]。 BC30%+OM70% 處理的鈴部磷吸收量增幅達到 239.82% ，這與有機物料促進土壤固定態磷向有效態轉化有關。這種轉化效率在鹽漬土中尤為關鍵，因鹽分脅迫通常使磷有效性降低[32。鉀素吸收的持續提升則印證了生物炭中含鉀化合物的緩釋特性2與牛糞腐殖酸對礦物鉀的活化協同作用[30.33]。

3.2 結論

本研究發現， BC30%+OM70% 與 8C50%+ 0M50% 處理的表現最優，其通過促進生殖器官（棉鈴）養分富集（氮、磷、鉀占比分別達到 50.60% 、65.60%.72.20% ）使全株氮、磷、鉀吸收量增幅為

141.40%～213.71% 。研究表明，基于鹽漬生境特征動態調整牛糞與生物炭配比（ 30%：70% 和 50% ：50% ），可有效協調棉花“生殖優先”的養分分配策略與土壤改良需求，為干旱區鹽漬棉田可持續生產提供優化方案。

參考文獻：

[1]國家統計局.國家統計局關于2024 年棉花產量的公告[EB/OL]. （2024-12-25） [2025-01-05]. htps：//www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202412/t20241225_1957879.html.

[2]田長彥，買文選，趙振勇.新疆干旱區鹽堿地生態治理關鍵技術研究[J].生態學報，2016，36（22）：7064-7068.

[3]張龍.近二十年新疆灌區鹽堿地變化情況分析和對策研究[J].水資源開發與管理，2020（6）：72-76.

[4] HAJ-AMOR Z，ARAYA T，KIMD G，et al. Soil salinityand its associated effects on soil microorganisms， greenhousegas emissions，crop yield， biodiversity and desertification： Areview[J].Science of the Total Environment，2O22，843：156946.

[5]MUNNS R.Comparative physiology of salt and water stress[J].Plant，Cellamp;Environment，2002，25（2）：239-250.

[6] FAGERIA N K，GHEYI H R，MOREIRA A.Nutrientbioavailability insalt affected soils[J].Journal of PlantNutrition，2011，34（7）： 945-962.

[7]ESWAR D，KARUPPUSAMY R，CHELLAMUTHU S.Driversof soil salinityand their correlation withclimatechange[J]. Current Opinion in Environmental Sustainability，2021，50：310-318.

[8]王曉冰，孟世隆，徐路平.鎘脅迫下施加生物炭對叢枝菌根真菌和三葉草生長的影響[J].天津農業科學，2024，30（12）： 30-35.

[9] GARBOWSKI T， BAR-MICHALCZYK D， CHARAZINSKAS，et al.An overview of natural soil amendments inagriculture[J]. Soil and Tillage Research，2023，225：105462.

[10]唐玉琴，王耀鋒，起冰瑩，等.棉花秸稈生物炭對風沙土中磷溶出的影響[J].天津農業科學，2023，29（12）：57-61，68.

[11] ZONG Y T，LIU Y J， LI Y Q， et al. Changes in salinity，aggregatesand physicomechanical quality induced bybiochar application to coastal soil[J].Archives of Agronomyand soil Science，2023，69（13）： 2721-2738.

[12]江勝國.生物有機肥配施改良劑對濱海鹽土的改良效果研究[J].天津農業科學，2023，29（9）：53-60，67.

[13]王世斌，高佩玲，趙亞東，等.生物炭、有機肥連續施用對鹽堿土壤改良效果研究[J].干旱地區農業研究，2021， 39（3）： 154-161.

[14]溫宿縣統計局.溫宿縣2023年國民經濟和社會發展統計公報 2023[EB/0L]. （2024-06-23）[2025-01-05].https：//tjgb.hongheiku.com/xjtjgb/xj2020/52964.html.

[15]張菩，陳留勤，邵崇建，等.新疆阿克蘇溫宿大峽谷丹葭地貌特征及成因分析[J].十旱區地埋，2024，4/（4）：576-587.

[16]白雪源，張杰，崔振嶺，等.中低產田評價指標與主要方法研究進展[J].土壤學報，2023，60（4）：913-924.

[17]溫宿縣志編纂委員會.溫宿縣志[M].烏魯木齊：新疆大學出版社，1993：115-117.

[18]孫世豪，艾鵬睿，馬英杰，等.水鉀耦合對南疆滴灌棗樹葉片生理特征及產量的影響[J].灌溉排水學報，2025，44（1）： 25-33.

[19]羅家雄.新疆墾區鹽堿地改良[M].北京：水利電力出版社，1985：76-80.

[20]王鵬.生物炭與有機肥不同配比對設施黃瓜生長及根際環境影響研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2018.

[21]梁嘉平.施用生物炭對南疆膜下滴灌土壤性質及棉花和甜菜生長的影響[D].楊凌：西北農林科技大學，2021.

[22]冉繼偉，齊昕，武棟，等.施用生物炭對土壤養分有效性和離子交換性能影響的整合分析[J].中國生態農業學報（中英文），2023，31（9）：1449-1459.

[23]李萬精，楊廣，雷杰，等.不同礦化度（微）咸水膜下滴灌棉田土壤水鹽分布及棉花生長特性研究[J].干旱地區農業研究，2022，40（3）：95-103.

[24] R Core Team.R：A language and environment forstatistical computing[J]. Computing，2011，1：12-21.

[25]周加順，鄭金偉，池忠志，等.施用生物質炭對作物產量和氮、磷、鉀養分吸收的影響[J].南京農業大學學報，2016，39（5）： 791-799.

[26]劉淼，王志春，楊福，等.生物炭在鹽堿地改良中的應用進展[J].水土保持學報，2021，35（3）：1-8.

[27]梁凱粼，王鵬，張馨方，等.腐熟牛糞在丘陵煙田的碳氮礦化特征及對土壤養分的影響[J].中國煙草科學，2025，46（1）： 7-15.

[28]劉國輝，買文選，田長彥.施用有機肥對鹽堿土的改良效果：Meta分析[J].農業資源與環境學報，2023，40（1）： 86-96.

[29]王芬，劉會，馮敬濤，等.牛糞和生物炭對蘋果根系生長、土壤特性和氮素利用的影響[J].中國生態農業學報，2018，26（12）：1795-1801.

[30]趙婷婷，劉蕾，柳新偉，等.牛糞配施生物質炭的土壤碳凈變化率和腐殖物質組成研究[J].土壤學報，2021，58（3）： 619-627.

[31]SHI XD，GUD Y，YANG HT，et al．Efect ofexogenous organic matter on phosphorus forms in middle-high fertility cinnamon soil[J].Plants，2024，13（10）：1313.

[32] DEY G， BANERJEE P，SHARMA R K， et al. Managementof phosphorus in salinity-stressed agriculture for sustainablecrop production by salt -tolerant phosphate-solubilizingbacteria—a review[J]. Agronomy，2021，11（8）：1552.

[33] ZHANG W Z， CHEN XQ， ZHOU JM， et al. Influence ofhumic acid on interaction of ammonium and potassiumIons on clay minerals[J]. Pedosphere， 2013，23（4）： 493-502.