棉花作为我国主要的经济作物和纤维作物之一^[1]，其产量和品质对保障国民经济安全具有重要的作用。大量的化肥投入是目前棉花增产的主要举措。但是，过量施肥不利于棉花的增产，尤其是品质的提高，过量的化肥施用会导致土壤质量下降、环境污染与退化^[2-4]。因此，在棉花生产过程中探讨有机肥氮替代化肥氮对盐碱地棉花的可行性及其增产增效作用显得尤为重要。

在新疆，盐碱土壤是广泛分布的低产土壤类型，土壤的盐渍化使土壤盐分大量积累，并引发一系列生产和生态问题^[5]。同时，长期过量施用化肥也是导致土壤结构退化、有机质含量下降和土壤肥力降低等问题的重要原因^[6]。优化施肥方式，提高土壤肥力和作物产量，合理利用有机肥资源，以及有机肥替代部分化肥，实现农业的可持续发展已迫在眉睫^[7]。

国内外学者研究表明，有机肥和无机肥配施，有利于提高土壤肥力和提高作物产量、改善产品品质^[8]。周伟红^[9]研究有机肥对土壤理化性质的影响，结果表明，施用有机肥能使土壤的容重降低、孔隙度增大以及透水性增强。吕品^[10]通过增施有机肥，缓解了盐碱土的持续恶化，同时抑制了土壤返盐现象。沈嘉祥等^[11]研究盐碱土施用有机肥的结果表明：土壤有机质含量显著增加，并且改善了土壤的养分结构。邢鹏飞等^[12]研究认为，有机肥替代部分无机肥可显著提高小麦产量，提高土壤肥力。杨明等^[13]基于田间及盆栽试验研究了有机肥对盐碱土的改良效果，结果表明，施用有机肥后土壤pH显著下降，土壤有机质含量显著增加。王一鸣等^[14]研究有机氮替代部分无机氮对香蕉产量、品质和土壤微生物群落的影响，为香蕉生产中减少化肥施用提供理论依据。

当前，关于有机肥替代化肥的研究大都集中在小麦、玉米和水稻等粮食作物上，对有机肥替代部分化肥对棉花的影响，尤其对干旱区（特别是新疆）盐碱地棉花的产量及土壤肥力的研究报道相对较少。为此，本研究在阿克苏地区阿瓦提县拜什艾日克镇试验田，设置了不同比例的有机肥氮替代部分无机肥氮的试验研究，以探究不同比例的有机肥替代化肥对棉花产量及土壤肥力的影响，旨在为化肥减施、有机肥替代和盐碱土壤改良提供科学基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2019年在阿克苏地区阿瓦提县拜什艾日克镇（40°48′07″N，80°22′01″E）进行，该地区海拔高度1058m，属暖温带大陆性干旱气候，日照时间长，干旱少雨，蒸发量大；夏季炎热，冬季寒冷。多年平均降水量46.7mm、蒸发量1890.7mm、无霜期211d，年均日照2679h，地下水埋深1～3m。该地区主要种植经济作物，以棉花为主，同时种植小麦、玉米和瓜菜等。试验地土壤为潮土，其基本理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，前一季的棉花秸秆全量还田（试验地两年平均秸秆返还土壤的氮磷钾养分分别为90、35和101kg/hm²）条件下，设置试验处理如下。T1：秸秆还田；T2：秸秆还田 + 土壤改良剂（有机质100g/L，腐植酸30g/L，游离氨基酸30g/L；施用量：30L/hm²）；CK：不施肥；A：单施化肥（N为220kg/hm²，P₂O₅ 为110kg/hm²，K₂O₅ 为150kg/hm²）；B：等氮量条件下有机肥氮替代化肥氮15%；C：等氮量条件下有机肥氮替代化肥氮30%；D：等氮量条件下有机肥氮替代化肥氮45%。每个处理3次重复，小区面积3m×4m（12m²）。T1和T2分别与A、B、C、D组合形成8个处理，加上CK，共9个处理，在两块农田上实施。A单施化肥为农民习惯施肥处理， 20%氮肥作基肥、80%氮肥用于追肥。其余各处理的氮肥全部作追肥，根据当地习惯灌水次数分4次追肥。本研究采用的商品有机肥的有机质含量为45%，总养分N+P₂O₅+K₂O含量为12.0%。采用的化肥有：尿素（N为46.0%；硫酸钾（K₂O为50%）；磷酸二铵（总养分为64.0%，其中N为18%，P₂O₅ 为46%）。施肥方式：氮磷钾肥和土壤改良剂于播种前一次性基施。灌溉方式：漫灌，分别在4次追肥后进行灌水，全生育期总共灌水4次。2019年3月29日播种，2019年10月15日收获。

棉花供试品种为新陆中54号，灌溉方式为漫灌，播种株行配置为60、30cm宽窄行，种植密度为1.5×10⁵ 株/hm²。田间管理各处理一致。试验设计见表2。

注：√表示有此项，—表示无此项。

1.3 测试分析

施肥前采集原始土壤带回实验室分析基础状况，其后在棉花吐絮期（2019年10月）依据0～30、30～60cm土层进行土壤样品采集，烘干，磨细，过1和0.25mm筛，用于土壤盐分和养分的测定。

土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法－外加热法；土壤碱解氮含量测定采用碱解扩散法；土壤有效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提－钼蓝比色法；土壤速效钾含量测定采用乙酸铵浸提－火焰光度法；土壤pH测定采用离子电位法；土壤全盐含量测定采用烘干残渣法。

棉花产量：在吐絮期调查各小区面积为12m² （3m×4m）的棉花株数、铃数，并采收小区内棉花100朵测单铃重，计算各处理棉花产量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 18.0进行整理和分析，多重比较采用Duncan法（0.05水平）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对棉花产量、产量构成因素的影响

试验结果表明，不同有机肥氮替代化肥氮处理的籽棉产量均高于CK处理，其理论产量范围在2648和3109kg/hm² 之间（ 表3）。特别是T1B处理，理论籽棉的产量（3109kg/hm²）不仅明显比CK处理（2007kg/hm²）高，并且比单施化肥的T1A处理（3059kg/hm²）稍高，但T1C的产量比单施化肥的T1A产量有所下降，但并不显著。减施化肥最多、配施有机肥比例最高的T1D处理的产量与单施化肥的处理比有所下降但不显著。与T1B和T1C相比，T1D的减产也不显著。

土壤改良剂配施有机肥处理中，T2B与CK相比显著增加了产量，但与不施用改良剂的T1B相比产量相近，且未表现出显著差异。

无论是单纯有机肥氮替代化肥氮处理，还是增施土壤改良剂处理，与对照以及单施相比，T1D的株高比CK显著增加，其他处理间株高都没有显著变化。从株数来看，单纯有机肥氮替代化肥氮与CK相比，有增加（T1A、T1C、T1D）、有减少 （T1B），但都未达到统计显著性。值得注意的是，有机肥氮替代化肥氮并增施土壤改良剂对株数的影响明显。无论与CK还是单纯替代系列处理相比，都有显著的增加。但是在T2系列处理的内部，并未表现出明显差异。

从单株铃数看，除了T1D（3.78个/株）和T2D （3.65个/株）有明显减少外，各处理与CK（5.21个/株）相比没有显著性差异。从单铃重来看，单纯有机肥氮替代化肥氮的处理与CK（2.30g/株）相比都有显著提高。在T1的系列处理中，减施化肥 （T1B、T1C）与单施化肥的T1A相比，单株铃重未见显著性下降。值得注意的是，配施有机肥比例最高的T1D（4.04g/株），单铃重与CK和单施化肥处理（T1A的3.56g/株，T2A的2.72g/株）相比，均有显著增加。施用改良剂并配施有机肥各处理的单铃重与CK相比有增加。

注：同列不同小写字母表示处理间差异达显著水平（P<0.05）。下同。

2.2 不同施肥处理对土壤有机质、养分含量的影响

由表4可知，无论在0～30cm还是30～60cm土层，除0～30cm土层T1B、T1C处理碱解氮含量、30～60cm土层T2A处理有机质含量外，有机肥氮替代化肥氮各处理的土壤有机质、养分含量均高于单施肥处理和CK。在0～60cm土层，未施用土壤改良剂T1的农田，有机肥氮替代化肥氮各处理的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量差异显著；有机肥氮替代45%化肥氮时，有效磷和速效钾含量显著高于其他处理。施用土壤改良剂的T2农田中，有机肥氮替代45%化肥氮时，土壤有机质和碱解氮含量显著高于其他处理。在30～60cm土层，不同处理的有机质、碱解氮、有效磷含量都较0～30cm土层有不同程度的减少。速效钾含量随着有机肥氮替代比例的提高而增加。结果表明，秸秆还田或秸秆还田并附加土壤改良剂，不同比例有机肥氮替代化肥氮对土壤养分含量提高较为显著。

2.3 不同施肥处理对土壤盐分含量和pH的影响

由表5可知，不同试验处理土壤pH差异不显著，但均低于土壤pH背景值8.13。有机肥氮替代化肥氮处理的土壤盐分含量均低于CK处理，并随着土壤剖面深度增加而降低。在0～30cm深度范围内，有机肥氮替代化肥氮处理较CK处理的土壤盐分降低了5.96%～15.17%；在30～60cm深度范围内，有机肥氮替代化肥氮处理较CK处理的土壤盐分降低了1.19%～15.06%。不同处理中，加施土壤改良剂的T2农田，土壤盐分显著低于未加施农田。结果表明，不论是在秸秆还田条件下，还是在秸秆还田加施土壤改良剂的条件下，土壤盐分含量随有机肥氮替代化肥氮比例增加而减少。

3 讨论

3.1 有机无机配施对棉花生长的影响

有机肥氮配施化肥氮处理虽然对株高和株数的促进未见显著效果，但在促进单株铃数和铃重上均表现出显著的促进作用，从而显著地提高了最终的籽棉产量。另外，化肥配施有机肥与单施化肥比，产量未见显著降低。因此，减施化肥并配施有机肥的处理维持了作物的高产、稳产。这与很多类似研究的结果基本一致：有机肥部分替代化肥及配施，能够改善作物群体质量，增加作物产量，在实现增产的同时可以减少化肥施用量^[15-17]。在不同作物、不同土壤环境条件下，有机肥与化肥配施的比例不同，相同作物在不同土壤类型条件下养分吸收规律也不同，因此需要分析研究合理的有机肥替代化肥的比例。马凡凡等^[18]的研究表明，50%猪粪有机肥替代化肥处理水稻产量最高。孙桂兰等^[19]在甘肃河西走廊内陆棉区的研究结果显示，生物有机肥替代40%的化肥增产效果最明显。哈丽哈什·依巴提等^[20]的研究表明，有机肥氮替代20%的化肥氮时，棉花产量增加7.9%（P<0.05）；有机肥氮替代30%的化肥氮，获得与单施化肥相当的产量。本研究中，在秸秆还田条件下，与不施肥和农民常规施肥（单施化肥）相比，有机肥氮替代化肥氮增产效果明显，不同比例有机肥氮替代化肥氮都显著增加了棉花产量、单株铃数和单铃重，这与前人研究结果一致^[20-22]。

前人针对化肥配施有机肥对土壤养分、盐分含量效应的研究结果与本研究也基本一致。周凯等^[23]研究表明，随着有机肥用量的增加，土壤中的有机质、全氮、有效磷含量也相应的提高。李玉等^[24]研究表明，有机肥替代部分化肥处理显著降低了土壤水溶性盐总量。傅松等^[25]研究表明，有机肥替代部分化肥能起到改善土壤理化性状、增加土壤肥力的作用。杨忠赞等^[26]研究表明，适度有机肥替代，能够改善土壤理化性状。本研究中，不同比例有机肥氮替代化肥氮对土壤养分含量提高较显著，土壤盐分降低也较显著，再次证明有机肥无机肥配施对改善土壤理化性质的积极作用。

3.2 土壤调理剂对棉花生长的影响

减施化肥配施有机肥的基础上，增施土壤改良剂的作用还有待进一步观察。增施改良剂对增加株数有明显效果，但对其他产量因子提高的作用并不明显，有的甚至还有降低作用，其作用机理还需要进行深入研究。

4 结论

（1）不同有机肥氮替代化肥氮处理中，棉花产量构成因素差异显著，有机肥氮替代15%化肥氮的增产效果明显，尤其在秸秆还田加施土壤改良剂条件下，有机肥氮替代15%化肥氮较单施化肥增产15.18%。

（2）有机肥氮替代45%化肥氮，在秸秆还田条件下土壤有效磷和速效钾含量显著高于其他处理；在秸秆还田加施土壤改良剂条件下，土壤有机质和碱解氮含量显著高于其他处理。

（3）不同有机肥氮替代化肥氮处理中，土壤盐分含量均低于CK处理，并随着土壤剖面深度增加而降低，其中，在0～30cm深度范围内，各处理较CK处理的土壤盐分降低了5.96%～15.18%；在30～60cm深度范围内，各处理较CK处理的土壤盐分降低了1.19%～15.06%。

（4）总体上，减施化肥并配施有机肥，对于保持甚至提高棉花产量具有积极作用，同时，对盐碱地土壤养分提高和盐分下降有显著作用，在减施化肥配施有机肥的基础上进一步增施土壤改良剂的效果还有待进一步的试验观察和机理研究。

参考文献