摘要
通过盆栽试验，探讨在长期连作棉田土壤中施加不同剂量的生物有机肥对棉花生长动态、土壤养分状况及土壤酶活性的综合影响。试验共设置 5 个处理：不施肥（对照，CK）、常规施肥（氮磷钾化肥，CF）、在常规施肥基础上分别基施 10 g·kg-1（T1）、20 g·kg-1（T2）、30 g·kg-1（T3）的生物有机肥。结果表明：施用生物有机肥各处理较 CF 处理可显著促进棉花生长发育，提升不同时期的棉花株高、茎粗、叶片 SPAD 值，促进光合作用；与 CF 处理相比，T1、T2 处理籽棉产量分别增加了 42.02%、36.93%；T1、T2 处理总根表面积、总根体积、根尖数、根质量与 CF 处理相比，分别提高了 14.62%、52.88%、16.55%、13.55% 和 25.36%、23.48%、34.56%、 7.10%；相较于 CK 及 CF 处理，施用不同剂量的生物有机肥对各生育阶段的土壤理化性质均有所改善，有机质及速效养分含量均随生物有机肥施用量的增加而升高，土壤酶活性也有不同程度地提升。综合来看，施用 10 ～ 20 g·kg-1 的生物有机肥对棉花生长及土壤环境优化效果最佳；显著提升土壤养分含量与供肥能力，并维持棉花叶片较高水平的叶绿素含量；促进植株生长，提高籽棉产量，在新疆具有较好的消减连作障碍和增产的效果。
Abstract
A pot experiment was conducted to investigate the comprehensive effects of applying different doses of bio-organic fertilizers on cotton growth dynamics，soil nutrient status and soil enzyme activities in the soil of a long-term continuous cropping cotton field．Five treatments were set up in the experiment: no fertilizer（CK），conventional fertilizer（nitrogen， phosphorus and potassium fertilizer，CF），and bio-organic fertilizer applied on the basis of conventional fertilizer at the rate of 10 g·kg-1（T1），20 g·kg-1（T2）and 30 g·kg-1（T3），respectively．The results showed that the application of bio-organic fertilizer treatments significantly promoted the growth and development of cotton compared with CF treatment，enhanced cotton plant height，stem thickness，leaf SPAD at different periods，and promoted photosynthesis． Compared with CF treatment，seed cotton was yield increased by 42.02% and 36.93% in T1 and T2 treatments，respectively． Total root surface area，total root volume，number of root tips，root mass were increased by 14.62%，52.88%，16.55%， 13.55% and 25.36%，23.48%，34.56%，7.10% in T1 and T2 treatments，respectively，compared with CF treatment． Compared with CK and CF treatments，the application of different doses of bio-organic fertilizers improved the soil physicochemical properties at all fertility stages，the organic matter content and available nutrients were increased with the increasing amount of bio-organic fertilizers，and the soil enzyme activities were also improved to different degrees． Comprehensively，the application of 10-20 g·kg-1 bio-organic fertilizer treatment had the best effect on cotton growth and soil environment optimization．It significantly improved the soil nutrient content and nutrient supplying capacity，and maintained a high level of chlorophyll content in cotton leaves；it promoted the plant growth and increased the seed cotton yield，and it has a better effect on reducing the continuous cropping obstacles and increasing the yield in Xinjiang.
2023 年国家统计局公布的数据显示，全国棉花播种面积为 2788.1 千 hm2，其中新疆占 84.97%，达到 2369.3 千 hm2[1]。棉花作为经济作物已成为新疆经济发展的重要组成部分和农民的重要收入来源。然而，受土壤特征、气候环境、耕作制度以及棉花种植经济效益等多方面的影响，新疆大多数棉田为长期连作种植模式。随着棉花连作年限的递增，棉田普遍面临连作障碍加剧的问题，具体表现为死苗现象频发、病虫害严重、植株生长受限、早衰现象普遍以及产量显著下滑[2-3]等。研究表明，棉田长期连作会导致土壤养分失衡，肥力水平下降，土壤生物活性与功能降低[4]，影响土壤酶活性[5]，微生物种群多样性降低，病原菌数量增加，枯萎病、黄萎病等土传病害频发且日益加剧。因此，构建新型防控策略以有效防控病害并增强土壤肥力对推动棉田可持续发展有重要意义。
新疆气候干旱，土壤盐渍化程度高、有机质含量低，再加上密植、施肥不均衡等因素的影响，棉花连作障碍导致的问题日益严重。目前，克服连作障碍的主要方法有轮作[6-8]、种植抗病品种、土壤高温灭菌[9]以及化学防治[10]等。连作土壤病原菌种类丰富，抗病育种困难。化学物品和土壤消毒对土壤环境影响显著，可能对土壤生态造成二次破坏，且难以修复[11]。近年来，在连作土壤中引入有益微生物已被证明是降低作物屏障的一种快速有效的方法[12]。基于此，采用生物有机肥缓解棉花连作生物障碍是一种既简便又高效的实践方法。
近年来，土壤生物特性如土壤酶活力及有效养分含量等，因其在面对外界干扰时展现出比理化特性更为敏锐的响应性而受到广泛关注。土壤中微生物群落结构和功能多样性的降低程度是衡量连作障碍的重要指标[13]。施肥作为农业生态系统管理中的关键环节，经研究发现，土壤中添加生物有机肥可以改变土壤微生物群落，防治作物黄萎病[14]，生物有机肥所携带的特定功能微生物具有降低病原真菌生存能力的作用，同时还能够重塑根际土壤细菌群落，激活并促进土著有益菌群的发展，经协同作用进一步增强对病害的防控能力[15]。生物有机肥应用于农业生产中可调控土壤微生物区系，协调土壤水肥气热，少施化学氮肥，平衡养分供应；生物有机肥向土壤提供充足的有机物质为功能微生物构建适宜的生存环境，促进其在土壤中的稳定定殖与高效繁殖，这一过程不仅强化了功能微生物在促进作物营养元素吸收、激发植物生长潜力方面的作用，还提升了它们对土传病原微生物的拮抗能力，有效延缓或预防了土传病害的发生。因此，探究施用生物有机肥对棉花生长状况和土壤肥力的影响有助于明确连作障碍的消减效果。
综上所述，本研究以连作 23 年棉田土壤作为试验材料，通过盆栽试验添加不同剂量的生物有机肥，探究其对棉花生长发育和产量的影响；研究土壤养分及土壤酶活性，以此反映土壤肥力和土壤健康状况的变化，深入分析生物有机肥在缓解棉花连作障碍方面的潜力，为科学施用生物有机肥以促进棉花增产、增收提供理论依据与实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验地点和试验材料
试验于 2023 年 5 月 13 日至 10 月 11 日在石河子大学农学院试验站（44°32′N，85°97′E）进行。试验土壤于 2023 年 3 月 27 日取自新疆生产建设兵团第八师 144 团 6 连（44°54′N，85°73′E） 棉花连作 23 年 0～20 cm 的耕层土壤。经自然风干后过 5 mm 筛，剔除较大颗粒及杂物后混匀备用。土壤类型为灰漠土，土壤主要理化性质为碱解氮 51.91 mg·kg-1、有效磷 35.56 mg·kg-1、速效钾 488.30 mg·kg-1、有机质 9.25 g·kg-1、pH 8.32。供试棉花品种为新陆早 64 号。供试化肥为尿素（N 46.4%）、磷酸一铵（N 12%，P2O5 61%）、硫酸钾（K2O 51%），供试生物有机肥由江苏禾喜生物科技有限公司生产（有机质≥ 40.0%，有效活菌数 ≥ 0.20 亿·g-1）。
1.2 试验设计
盆栽试验共设 5 个处理：不施肥（CK）、常规施肥（CF，0.2 g·kg-1 氮磷钾化肥——全部追肥施用）、在常规施肥基础上分别基施生物有机肥 10 g·kg-1（T1）、20 g·kg-1（T2）、30 g·kg-1（T3），每个处理重复 12 次，共计 60 盆。供试容器为上直径 30 cm、下直径 21 cm、高 28 cm 底部有孔的塑料盆。每盆装入风干土 10 kg，分别称取 100、200、 300 g 生物有机肥与风干土混匀。于 5 月 13 日播种，每盆播种 20 粒，待棉花生长至 4 片真叶后定苗，每盆保留 3 株长势均匀的棉花幼苗。棉花各生育期追施化肥随水滴灌共计 6 次：苗期 5%、蕾期 30%、初花期 20%、盛花期 25%、花铃期 10%，盛铃期 10%，使用输液器模拟滴灌，试验各处理肥料施用量如表1所示。
表1试验各处理肥料施用量
1.3 测定项目及方法
1.3.1 株高、茎粗的测定
株高、茎粗分别采用直尺和游标卡尺测量。于棉花蕾期（出苗后 47 d）开始每隔 7 d至初花期 （出苗后 68 d）每隔 18 d 测定株高、茎粗，共测定 7 次。
1.3.2 叶片 SPAD 值及光合参数测定
分别于棉花蕾期（出苗后 54 d）、花铃期（出苗后 91 d），采用叶绿素仪（SPAD-502 型）测定倒 3 叶 SPAD 值；在晴朗天气条件下于 11：00 采用 Yaxin-1102 便携式光合仪测定棉花倒 3 叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2 浓度（Ci）。
1.3.3 植株样品采集及干物质量测定
分别于棉花蕾期（出苗后 54 d）、花铃期（出苗后 86 d）、吐絮期（出苗后 122 d）采集植株样品，每个处理采集 3 盆，并将植株分为不同器官后于 105℃杀青 30 min，70℃烘干至恒重，称量各处理不同器官干物质量。
1.3.4 棉花根系特性测定
吐絮期植株剪去地上部，使用清水冲洗，以收集棉花根系。将收集后的根系无重叠地置于盛有清水的透明树脂材料塑料盘中，使用 Epson Perfection 4870 Photo 扫描根系形态获取根系形态图片，使用 Win RHIZO 分析系统对根系形态图片分析总根长、总根表面积、总根体积及根尖数，利用下式计算根冠比。
1.3.5 土壤样品的采集与测定
播种前采集供试土壤基础土样。于棉花蕾期 （出苗后 54 d）、花铃期（出苗后 86 d）、吐絮期 （出苗后 122 d）收集新鲜土壤样品，土壤样品与植株根系剥离，剔除杂物。将整盆土混合均匀，风干研磨后过 1 和 0.15 mm 筛网保存用于土壤养分及土壤酶（脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶）活性的测定。pH 值采用酸度计法测定（水土比为 2.5∶1）；土壤速效养分（有效磷、速效钾、碱解氮）采用钼锑抗比色法、火焰光度法及碱解扩散法测定；有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定。分别采用苯酚-次氯酸钠比色法、高锰酸钾滴定法、对硝基苯磷酸盐法与 3，5-二硝基水杨酸比色法测定土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性。
1.4 数据统计与分析
采用 Excel 2019 整理数据，利用 SPSS 21.0 进行统计分析及显著性检验（P<0.05），数据均表示为平均值 ± 标准差（n=3），使用 Origin 2021 进行绘图及相关性分析。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对棉花生长指标的影响
图1显示了不同施肥处理下棉花株高与茎粗随时间变化的动态趋势，分析表明，棉花在株高与茎粗的增长模式上呈现出相似的动态特征。相较于 CK 处理，所有施肥处理均显著加速了棉花株高与茎粗的增长过程，体现了施肥措施对棉花生长发育的积极促进作用。棉花早期生长发育阶段，添加不同含量的生物有机肥处理对棉花株高和茎粗的促进作用显著。蕾期阶段（出苗后 47 d），T1、T2、 T3 处理株高分别为 24.61、26.72、26.06 cm，与 CF 处理相比分别提高了 16.58%、26.58%、23.45%； 茎粗分别为 5.20、5.89、5.17 mm，与 CF 处理相比分别增加了 22.35%、38.59%、21.65%，其中 T2 处理促进棉花生长效果最佳。花铃期（出苗后 86 d）及吐絮期（出苗后 122 d），T2 处理株高、茎粗均最大，相比于 CF 处理，株高分别提升了 4.96%（花铃期）、5.57%（吐絮期），茎粗分别增长了 19.88%（花铃期）、4.92%（吐絮期）。
2.2 不同施肥处理对棉花叶片叶绿素含量及光合参数的影响
表2结果表明，各施肥处理在蕾期阶段均提高了棉花叶片 SPAD 值，说明施肥均能提高叶片叶绿素含量。其中施用生物有机肥的处理叶绿素含量均显著高于 CK 和 CF 处理，与 CK 处理相比， T1、T2、T3 处理的 SPAD 值分别增加了 26.23%、2 7.32%、27.58%；与 CF 处理相比，T1、T2、T3 处理的 SPAD 值分别提高了 11.41%、12.37%、12.60%。 CK 处理花铃期阶段较蕾期阶段叶绿素含量有所上升，其余处理均有所下降。考虑是因为未施肥导致棉花生长进程落后于其余处理。
图1不同施肥处理下棉花株高、茎粗动态变化
注：图中数据为 3 个重复的平均值。
表2不同施肥处理对棉花不同时期 SPAD 值及光合参数的影响
注：不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著。下同。
在棉花蕾期，CK 处理棉花倒 3 叶片 Pn 最高，达到 11.10 μmol·m-2·s-1，而 T3 处理 Pn 最低，相比之下，CF、T1 与 T2 处理间 Pn 的差异不显著。进入花铃期后，T3 处理的 Pn 升至最高，为 12.47 μmol·m-2·s-1，而 CF 处理的 Pn 则降至最低，T1、T2、T3 处理的 Pn 相较于 CF 处理分别提升了 26.59%、34.13%、49.34%。花铃期与蕾期相比，CK 和 CF 处理棉花的 Pn 呈现为不变和下降的趋势，施用生物有机肥各处理的 Pn 均呈现为上升的趋势，T1、T2、T3 处理 Pn 增幅依次为 18.23%、 24.17%、70.59%，随着施用生物有机肥用量的增多，Pn 增长幅度越大。不同处理棉花倒 3 叶片 Tr 与 Gs 呈现相似的变化趋势，均随着生育进程的推进而升高。在蕾期，T2 处理的 Tr 最大，与 CK 和 CF 处理相比分别增加了 71.86% 和 31.05%，达到了 2.87 mmol·m-2·s-1。在花铃期，T1 处理的 Tr 最小，CF 处理与 T2、T3 处理间的 Tr 无显著差异。施用生物有机肥各处理，花铃期 Gs 均显著高于 CF 处理，T1、T2、T3 处理 Gs 相比 CF 处理分别提高了 47.73%、47.94%、55.58%。当棉花处于蕾期时，生物有机肥各处理显著降低了棉花倒 3 叶片 Ci，相比于 CF 处理下降幅度在 20.42%～31.35%，但花铃期各处理之间差异不显著。研究结果表明，不同施肥处理下棉花的光合指标均受影响，且施用生物有机肥处理对光合特性的影响优于不施肥与单施化肥处理。
2.3 不同施肥处理对棉花根系生长指标的影响
表3结果表明，各处理之间根冠比无显著差异。T1 处理总根长最长，达到了 3011.37 mm，CF 处理与 T1、T2 处理间无显著差异。T3 处理总根表面积显著高于 CK、CF 处理，增幅分别为 31.12%、 30.22%。总根体积与根质量，T1 处理均表现为最大。T2 处理的根尖数最多，为 8234.67 个。与 CF 处理相比，CK 处理总根长、总根体积、根质量分别降低了 22.32%、22.41%、32.90%；T1 和 T2 处理总根表面积、总根体积、根尖数、根质量分别提高了 14.62%、52.88%、16.55%、13.55% 和 25.36%、 23.48%、34.56%、7.10%。
2.4 不同施肥处理对棉花干物质积累量及籽棉产量的影响
图2结果表明，全生育期内所有施肥处理整株干物质积累量均显著高于 CK 处理。棉花整株干物质积累量随生物有机肥施用量的递增先呈现上升趋势，至 T2 处理达到最高后转而下降。与 CF 处理相比，蕾期 T1、T2、T3 处理整株干物质积累量分别增加了 32.96%、7.86%、4.54%，CK 处理减少 19.67%；花铃期 T1、T2 处理整株干物质积累量分别显著提高了 45.32%、47.52%，CK、T3 处理分别下降了 12.94%、7.94%；吐絮期 T1、T2 处理整株干物质积累量分别增长了 26.00%、35.88%，CK、T3 处理降低了 23.96%、14.02%，吐絮期整株干物质积累量变化规律与花铃期变化规律相似。在蕾期阶段， T1 处理显著促进了地上部干物质量的积累，其地上部干物质达到了 13.45 g·盆-1，与 CF 处理相比提升了 38.66%；花铃期阶段，T2 处理地下部干物质量显著高于其余处理，较 CF 处理增加了 19.49%；吐絮期，与 CF 处理相比，T1、T2 处理籽棉产量分别提高了 42.02%、36.93%，分别达到了 23.69、22.84 g·盆-1；CK 处理减产 6.77%，T3 处理减产 18.53%。
表3不同施肥处理对棉花根系生长指标的影响
图2不同时期不同施肥处理对棉花干物质积累量的影响
注：不同大小写字母分别代表整株和不同器官处理间在 0.05 水平上差异显著。下同。
2.5 不同施肥处理对土壤养分的影响
如图3a所示，相较于 CF 处理，3 个时期添加不同含量生物有机肥的 T1、T2、T3 处理土壤 pH 均有所降低，从整个生育期来看，各处理的土壤 pH 均呈现先下降后上升的趋势。如图3b所示，与基础土样相比，蕾期阶段 CK、CF 处理有机质含量有所下降，T1、T2、T3 处理有机质含量均呈现显著提升的趋势，且有机质含量随着生物有机肥施用量的增加而升高。与 CF 处理相比，蕾期阶段 T1、T2、T3 处理有机质含量分别提高了 13.91%、41.27%、70.50%； 花铃期 T1、T2、T3 处理有机质含量分别增加了 22.04%、47.31%、93.38%；吐絮期 T1、T2、T3 处理有机质含量分别提升了 25.09%、47.61%、77.05%；综上所述，3 个时期 T3 处理土壤有机质含量均最高。
如图3c所示，蕾期 CK 处理土壤碱解氮含量较 CF 处理相比降低了 9.68%，T1、T2、T3 处理土壤碱解氮含量随着生物有机肥施用量的提升而增加，分别增加了 18.86%、32.33%、44.13%。与蕾期相比，花铃期 T3 处理碱解氮含量有所增加，其余均呈现下降的趋势；花铃期到吐絮期，T2 处理碱解氮含量有所提升，其余处理均呈现减少的趋势。如图3d所示，与 CK 处理相比，各施肥处理在不同时期均有效促进了土壤有效磷含量的显著增加。蕾期，T1、T2、T3 处理有效磷含量较 CF 处理分别提高了 18.90%、37.67%、49.66%；整个生育期有效磷含量各处理均呈现下降的趋势，但生育后期施用生物有机肥各处理有效磷含量相较于 CK、CF 处理仍处于较高水平。如图3e所示，蕾期 T1、T2、T3 处理土壤速效钾含量均显著高于 CK、CF 处理，T3 处理的速效钾含量最高，达到了 522.56 mg·kg-1，与 CK、CF 处理相比，分别提升了 12.46%、12.36%；花铃期 T2 处理的速效钾含量显著高于其余处理，达到了 527.94 mg·kg-1，与 CK、CF 处理相比，分别增大了 44.60%、28.77%；吐絮期 T1、T3 处理与 CF 处理相比差异显著，分别提高了 17.41%、16.31%；整个生育期，CK 处理速效钾含量呈现下降趋势，其余处理大致呈现先下降后上升的趋势。
图3不同施肥处理对棉花不同时期土壤养分的影响
2.6 不同施肥处理对土壤酶活性的影响
如图4a所示，随着棉花生长，CK 处理的土壤过氧化氢酶活性无明显变化，T1 处理土壤过氧化氢酶活性随着棉花生长而逐渐增大，在吐絮期达到最大，为 6.70 mL·g-1·h-1。增施生物有机肥的各处理，其土壤过氧化氢酶的活性各时期均显著高于 CF 处理。其中 T1 处理 3 个时期的酶活性均最高。与 CF 处理相比，T1 处理分别提高了 5.66% （蕾期）、15.09%（花铃期）、19.64%（吐絮期）。
如图4b所示，蕾期 T2 处理土壤脲酶活性最大，为 2.83 mg·g-1·d-1，相比于 CK、CF 处理分别增加了 21.69%、19.81%。相较于蕾期，花铃期各处理的土壤脲酶活性均有所增强。花铃期 T2、T3 处理脲酶活性显著高于其余处理，与 CF 处理相比，分别提升了 18.11%、14.59%。吐絮期 T1、T2 处理脲酶活性较花铃期有所增长；吐絮期 T1、T2 处理较 CF 处理土壤脲酶活性分别提高了 22.40%、27.08%。
如图4c所示，随着棉花生长，不同施肥处理对土壤蔗糖酶活性的影响均表现为先上升后下降的趋势（CF 处理表现为先下降后上升的趋势）。蕾期 CF 处理土壤蔗糖酶活性最高，土壤蔗糖酶活性随着生物有机肥施用量的增大而减小。T1 处理的蔗糖酶活性在棉株花铃期、吐絮期阶段均为最高，分别为 22.00、21.53 mg·g-1·d-1，较 CF 处理分别提升了 51.20%、2.87%。各处理对土壤蔗糖酶活性的影响大小均表现为花铃期＞吐絮期＞蕾期。
如图4d所示，施用生物有机肥处理对土壤碱性磷酸酶活性具有积极影响，各处理均不同程度地提升了该酶的活性。蕾期与 CF 处理相比，施用生物有机肥处理土壤碱性磷酸酶活性增加了 32.29%～66.15%。花铃期，T2 处理土壤碱性磷酸酶活性最高，达到 5.05 mg·g-1·h-1，较 CK、CF 处理分别提高了 152.50%、82.97%。吐絮期，CK 处理碱性磷酸酶活性最低，T1 处理最高，T1 与 CF 处理之间差异不显著；T1、T2、T3 处理碱性磷酸酶活性较 CK 处理均有所增加，增幅分别为 74.07%、 55.03%、14.81%。从整个生育期来看，CK 处理土壤碱性磷酸酶活性无明显变化；CF 处理随着棉花生长发育土壤碱性磷酸酶活性逐渐升高；T1、T2 处理土壤碱性磷酸酶活性表现为先上升后下降的趋势；T3 处理土壤碱性磷酸酶活性呈逐渐降低的趋势。
图4不同施肥处理对棉花不同时期土壤酶活性的影响
2.7 地上部干物质与土壤理化性质及土壤酶活性的相关性分析
本研究采用皮尔逊双侧显著性检验，探究了不同处理间地上部干物质积累量与土壤理化特性及土壤酶活性的相关性。如图5所示，植株地上部干物质量与土壤脲酶活性存在极显著正相关关系（r=0.93，P<0.001），同时与土壤蔗糖酶活性呈显著正相关（r=0.62，P<0.05），而与有效磷含量呈极显著负相关（r=-0.75，P<0.01）。此外，土壤 pH 值与碱解氮含量及土壤碱性磷酸酶活性均呈显著负相关（r=-0.57，P<0.05；r=-0.57， P<0.05）。有机质含量与碱解氮含量呈极显著正相关（r=0.78，P<0.001），与土壤过氧化氢酶活性呈显著正相关（r=0.53，P<0.05）。碱解氮含量与有效磷含量呈显著正相关（r=0.57，P<0.05）。有效磷含量与土壤脲酶活性及土壤蔗糖酶活性均呈极显著负相关（r=-0.71，P<0.01；r=-0.66，P<0.01），土壤脲酶活性与土壤蔗糖酶活性呈显著正相关（r=0.52，P<0.05）。
图5地上部干物质与土壤理化性质及土壤酶活性的相关性分析
注：*、**、*** 分别代表在 P<0.05、P<0.01、P<0.001 水平显著相关； 数值代表不同指标之间的 Pearson 相关性系数。
3 讨论
3.1 生物有机肥施用对作物生长指标的影响
前人研究表明，施用有机肥均能够促进作物的生长发育，显著提高玉米、黄瓜、西瓜、棉花以及橡胶幼苗的株高和茎粗[16-19]。本研究验证了既有研究的结论，生物有机肥的施用可提升棉花株高以及茎粗，其中 T2 处理对棉花株高、茎粗的促进效果最佳。根系作为植物重要的代谢器官，其根系生长的好坏直接影响作物的生长状况以及最终产量的形成。王宁等[20]研究发现，施肥显著增加了棉花根长、根表面积和根体积，且有机无机肥配施显著高于单施化肥处理。本试验结果与之类似，适量施用生物有机肥有利于根系的生长发育，其总根长、总根表面积、总根体积、根尖数以及根质量较不施肥及单施化肥均有不同程度地增加。
叶绿素是植物进行光合作用不可或缺的关键色素，其浓度水平是评估植物光合潜能的重要生化参数。卢合全等[21]指出，常规化肥用量配施有机肥处理提高了叶绿素含量以及 Pn。有研究发现，等养分条件下有机肥替代化肥显著提升了叶片 SPAD 值[16]，在氮肥用量相同的情况下，单独添加有机肥可提高花生叶面积指数、叶绿素、Pn 和产量[22]。本试验结果表明，施用生物有机肥的处理可在不同时期不同程度提高植株叶片的 SPAD 值，增加叶片的 Pn、 Tr 和 Gs，蕾期阶段显著降低了 Ci，这有助于增强 CO2 同化效率与根系生长，进而促进作物干物质积累的提升。干物质积累与分配构成作物产量形成的基石，优化施肥策略能有效促进此过程，从而增产。已有学者证实施用生物有机肥能显著提高植株干重[23]；席凯鹏等[24]研究表明，12 年连续棉花秸秆还田、施有机肥、秸秆还田与有机肥配施皮棉产量分别比氮磷化肥 + 棉花秸秆处理提高 11.13%、 13.27%、24.87%。本研究结果发现，在施用生物有机肥 10～20 g·kg-1 时显著促进棉花各器官干物质积累；T1、T2 处理籽棉产量与 CF 处理相比分别提高了 42.02%、36.93%，与前人研究生物有机肥施用可以提高作物生物量及产量的结论基本一致[17]。究其原因，生物有机肥的施用显著提升了土壤有机质及速效养分含量，改善了土壤肥力状况。肥沃的土壤环境可以促进棉花根系发育，使其形成更发达的根冠结构，从而增强对土壤养分的吸收能力。同时，棉株叶片中叶绿素含量的提升——作为光合作用的核心色素，叶绿素水平的增加有效提高了光能转化效率，使叶片光合速率显著增强。由此形成的良性循环不仅加强了植株对矿质养分的同化能力，而且通过光合产物的积累为棉花生长发育提供了持续的能量支撑。
3.2 生物有机肥施用对土壤理化性质的影响
已有研究表明，施用有机肥可以增加土壤有机质含量，提升土壤肥力[19，24-25]。长期施用有机肥与单施化肥相比，土壤全量养分及速效养分显著增加[26]。张鹏等[27]在为期 4 年的有机培肥试验中发现，随着施肥量的递增，相较于对照处理，各施肥处理下的土壤碱解氮、有效磷及速效钾含量均呈现出显著上升的趋势。本研究在棉花连作土壤上施用不同剂量的生物有机肥，所得结果与现有研究结果相契合，均揭示了施肥的正向效应。各施肥处理的土壤有机质及速效养分（碱解氮、有效磷、速效钾）含量相较于不施肥处理均有显著提升的趋势。试验数据分析表明，土壤有机质及速效养分含量与生物有机肥施用量呈显著正相关。通过对比 3 种不同生物有机肥的施用量，发现 T3 处理在棉花收获期对土壤有机质及速效养分的提升效果最为显著。 T3 处理土壤有机质及速效养分较 CF 处理虽显著增加，但其干物质积累量及产量反而减小，这与田小明等[28]的研究结果相一致。当作物产量达到某一高度后，进一步增加生物有机肥的施用并不会对作物的生长与产量产生明显的促进作用。
3.3 生物有机肥施用对土壤酶活性的影响
大量研究表明，施用有机肥可增加土壤酶活性[19，29-30]。过氧化氢酶普遍分布于土壤基质与生物体中，可有效缓解土壤代谢衍生的过氧化氢对生物体的潜在毒性，其活性水平紧密关联土壤有机质丰度与肥力状况，成为土壤氧化强度的表征。脲酶活性则受土壤中有机质存量、氮素供应与转化效率、微生物种群数量及多方面的综合影响。本试验表明，经过施用生物有机肥，土壤过氧化氢酶和脲酶活性均有不同程度地提高，这与前人研究结果相契合[31-32]，可能是因为生物有机肥本身富含酶类物质，对土壤酶有增加的作用[33]，并促进产酶微生物的生长繁殖，进而间接增强土壤酶活性。这说明施用生物有机肥可改善土壤微生态环境，在一定程度上有利于激发过氧化氢酶活性，进而减轻过氧化氢对棉株的毒害作用，从而增强对逆境胁迫的抵抗能力。蔗糖酶的活性可以间接表征土壤中有机碳的转化情况。磷酸酶在磷循环中起着重要的作用，通过从固定的有机磷中释放 PO4-3 为植物吸收磷[31]。本研究中，土壤蔗糖酶活性随棉花生长呈现为先增后减的趋势；碱性磷酸酶活性施用生物有机肥处理较常规施肥处理均有不同程度地提升，前人研究中也观察到类似的结果[34]，但随着棉花生长发育及施肥处理不同，对应的碱性磷酸酶活性变化有所不同。乔丙颖等[35]研究发现，不同有机肥替代比例对土壤脲酶及磷酸酶有明显影响，还有研究显示，不同土壤条件下相同处理对土壤酶活性的影响不同[36]。这说明土壤酶活性可能是受土壤类型多样性及施肥方式差异性等的综合影响。
试验数据显示，生物有机肥施用量的逐步增加导致土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶以及碱性磷酸酶的活性变化呈现出先升后降的趋势，且当生物有机肥的施用量达到 10～20 g·kg-1 时，上述酶类的活性均趋于最大化。此结果揭示了适量施用生物有机肥对土壤酶活性的提升具有促进作用，但超出适宜范围时，可能无法产生理想的增效效应。
4 结论
土壤中施加不同剂量的生物有机肥比单施化肥显著增加土壤有机质及速效养分含量，且不同程度地提高了土壤中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶以及碱性磷酸酶的活性。此外，生物有机肥适量施用可以显著提升棉花干物质积累量及籽棉产量。本研究结果表明，在连作 23 年棉田土壤上，生物有机肥的适宜用量为 10～20 g·kg-1。