干旱區棉花秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性 及根系生物量的影響

張國娟，濮曉珍，張鵬鵬，張旺鋒

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干旱區棉花秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性 及根系生物量的影響

張國娟，濮曉珍，張鵬鵬，張旺鋒

（石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子832003）

【目的】本研究探討干旱區棉田土壤氮素轉化過程及對棉花根系生物量的影響，明確棉田土壤氮素有效性對農業管理措施的響應，為棉田制定高產高效管理措施，實現棉花高產優質低成本及環境友好生產服務。【方法】在定位試驗條件下，采用裂區設計，以秸稈不還田（S0）與秸稈還田（S1）為主區，4種施肥處理（不施肥（F0）、施氮磷鉀化肥（F1）、施有機肥（F2）、施氮磷鉀化肥+有機肥（F3））為副區，分析了秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性的影響，探討了棉田土壤氮素轉化過程，包括凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率和反硝化速率的變化，明確了土壤有效氮含量和棉花根系生物量對秸稈還田和施肥措施的響應?！窘Y果】（1）秸稈還田和施肥顯著增加了土壤凈礦化速率、總硝化速率和反硝化速率，棉花不同生育時期不同施肥處理間各指標的變化不同，但秸稈還田下施肥處理間差異不顯著，在盛花期均有最大速率；（2）秸稈還田和施肥顯著增加了土壤銨態氮、硝態氮和無機氮含量，但秸稈還田下施肥處理間差異不顯著，棉花盛花期和盛鈴期土壤無機氮含量顯著高于收獲期；（3）秸稈還田顯著降低了棉花根冠比，對根系生物量、細根/粗根比影響不顯著，施肥顯著增加了根冠比、根系生物量及細根生物量，施肥處理之間差異不顯著。綜上所述，秸稈還田能增加土壤凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率、反硝化速率、硝態氮、銨態氮和可吸出無機氮含量以及根系生物量。有機肥無機肥配施有最大的土壤凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率、反硝化速率、硝態氮和可吸出無機氮含量。有機肥無機肥配施也有最大的根系生物量和粗根細根比。【結論】秸稈還田和施肥有利于促進土壤氮素轉化過程，增加土壤有效氮含量，對根系生長及生物量產生影響。在干旱區實施秸稈還田，結合有機無機肥配施技術有利于加速土壤養分轉化，提高肥料利用效率，增加有效養分含量，促進作物根系生長和地上部碳同化能力。

干旱區；棉花；施肥；秸稈還田；氮素轉化；有效氮

0 引言

【研究意義】新疆位于歐亞大陸腹地，光照資源豐富，具有發展棉花生產得天獨厚的優勢。自20世紀90年代以來，新疆植棉業進入快速發展階段，植棉面積由90年代初的43.5萬hm2猛增到目前的171.8萬hm2[1]。新疆植棉業的發展伴隨著水肥投入的迅速增加，特別是化肥投入的增加是新疆棉花產量提高的重要原因[2]。然而，長期過量施用化肥不僅導致種植成本居高，而且引起土壤質量下降，土壤生產力降低，植棉經濟效益下降[3]。因此，如何改善土壤質量、提高土壤肥力、降低肥料投入已成為新疆植棉業亟待解決的問題?！厩叭搜芯窟M展】近年來，研究者發現添加有機質能有效緩解因過量施用化肥導致的棉花生長不良及產量徘徊等諸多問題，是提高新疆植棉業經濟效益和實現棉田可持續發展的重要措施[4-5]。有研究表明，有機肥與化肥配施可以明顯改善土壤的氮素營養供應狀況[6-7]，可使土壤中的無機氮較為平穩的釋放。作物秸稈可作為一種有效的氮源，秸稈還田也將對整個棉田生態系統氮素循環過程產生顯著影響[8]。農田添加有機質必然引起土壤環境因子發生變化，并對地下生物化學過程產生影響[9-10]。土壤是植物氮素的主要來源，然而土壤中99%以上的氮素是以有機氮形式存在，不能被植物直接吸收利用。在農田生態系統中，有機氮在微生物作用下礦化為NH4+-N（氮礦化過程）；NH4+-N又會在硝化細菌的作用下被氧化為NO3--N（氮硝化過程）。適量施化肥促進土壤凈氮礦化和硝化作用，但化肥量過大，土壤礦化和硝化作用降低，NO3--N的析出會增加。反硝化過程使氮素從硝態氮（NO3--N）轉化為氮氣（N2），損失一部分養分，造成土壤養分浪費[11]。根系是作物與土壤接觸的器官，能感知土壤環境變化并作出響應，能反饋于棉株甚至整個棉田生態系統。土壤養分有效性可改變作物生物量分配及根系碳釋放等[12]。研究表明，施肥處理下作物根系直徑和根體積增大，使其總吸收面積增大，促進了根系物質累積[13]；施肥會增加根系生物量，進而增加了作物吸收養分的潛力[14]。盆栽實驗證明，有機肥和化肥配施可顯著增加根系生物量，且主要誘導細根（d≤2 mm）的發生[15]。秸稈還田促進了根系-微生物系統的物質和能量交換，可以增加作物根系生物量；也有研究認為，秸稈還田會降低作物根系生物量，因為秸稈內酚酸等自毒物質增加根系細胞膜通透性、破壞了根系細胞結構。這可能與作物種類、土壤類型和秸稈本身的生物特性有關[16]?！颈狙芯壳腥朦c】新疆棉田目前普遍實行秸稈還田，采用膜下滴灌植棉技術[17]，與常規漫灌比較，膜下滴灌為局部灌溉，對根區水分和養分分布、根系生長和功能的影響較常規漫灌作用更顯著[18]。然而有關膜下滴灌條件下，有機質添加對棉田土壤氮素有效性及地下生態過程的影響機理研究報道較少。隨著新疆農業產業結構的調整，畜牧業快速發展，動物糞便作為有機肥料已被棉農們普遍采用。因此，開展新疆棉田秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性的影響及與根系生長的關系，不僅有助于揭示秸稈還田和施肥影響棉田生態系統地下生態過程的機制，而且對制定棉田管理措施實現農業高產高效發展具有重要指導意義。【擬解決的關鍵問題】本文在定位試驗農田基礎上，于棉花生育關鍵時期，測定秸稈還田和施肥不同處理下土壤礦化作用、硝化作用和反硝化作用的變化，分析土壤氮素轉化過程及有效氮的變化，以及對棉花根系生物量的影響進行探討，為干旱區棉田合理施肥及農田管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

定位試驗樣地在新疆烏蘭烏蘇農業氣象試驗站（44°17′ N，85°49′ E），本地區多年平均降水量210.6 mm，平均蒸發量1 664.1 mm，無霜期約170 d，年平均氣溫7.0℃，年日照時數為2 861.2 h。試驗地土壤類型為灰漠土，質地為砂壤土，前茬棉花，0—20 cm耕層土壤含有機質17.0 g·kg-1、全氮1.25 g·kg-1、全磷2.04 g·kg-1、堿解氮84.0 mg·kg-1、速效磷91.5 mg·kg-1、速效鉀315 mg·kg-1；土壤的碳氮比（C﹕N）為7.89﹕1。

1.2 試驗設計

采用裂區試驗設計，主區為秸稈還田（S1，前一年棉花收獲后將棉桿用機械打碎后翻入棉田，秸稈還田量約7 500 kg·hm-2），秸稈不還田（S0，棉花籽棉收獲后將棉桿拔除）為對照；副區為施肥處理，設4個處理，分別為（1）F0（不施肥）；（2）F1（氮磷鉀化肥，代表新疆大面積棉田的施肥模式）；（3）F2（腐熟雞糞，代表新疆有機棉施肥模式）；（4）F3（氮磷鉀化肥和有機肥配施，代表新疆高效生產棉田施肥模式），其肥料種類和肥料量與當前棉花生產的管理模式相同。各施肥處理間棉花生育期所施肥料根據試驗要求，折合純N 440 kg·hm-2、P2O5420 kg·hm-2、K2O 270 kg·hm-2，有機肥30 t·hm-2。其中播種前基施30% N、70% P2O5和100% K2O及有機肥，其余根據棉花需肥情況在播種后采用隨水滴施?；瘜W肥料為尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 18%，P2O546%）和硫酸鉀鎂（K2O 22%，Mg 5%，S 14%）。有機肥含有機質235.2 g·kg-1、全氮17.8 g·kg-1、全磷13.7 g·kg-1、全鉀21.8 g·kg-1。試驗共8個處理，每個處理3次重復。小區面積為24 m2（8 m×3 m），各小區間均埋深度為60 cm的防滲膜（聚乙烯膜），以防止各小區之間串水串肥。

定位試驗于2010年開始，連續6年處理。本文于2015年取樣，供試棉花（L.）品種為新陸早59號，4月24日播種，10月15日收獲；種植模式為一膜4行，采用“30 cm + 50 cm + 30 cm”寬窄行距配置。除肥料因子外，其他田間管理按當地高產田進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 根系取樣及生物量測定 在棉花盛花期（7月中旬）、盛鈴期（8月上旬）和收獲期（10月初），每個小區隨機選擇5株棉花，采用挖掘法（20 cm×20 cm×30 cm）將整株棉花挖出，從子葉節處將棉花分為地上和根系兩部分，以直徑2 mm為界，將根系分為粗根和細根，用去離子水清洗干凈后，將棉株地上部分、粗根、細根置于105℃烘箱中殺青30 min，在70℃烘干至恒重，稱重。

1.3.2 土壤取樣及指標測定 在棉花盛花期（7月中旬）、盛鈴期（8月上旬）和收獲期（10月初），在每個小區采用典型“Z”形六點法隨機取土樣，用標準土鉆取0—20 cm表層土，然后將同一小區所有土樣混合成為一個土樣，用冰袋保存帶回實驗室。將土樣過2 mm篩，置于4℃冰箱保存，用于土壤硝態氮和銨態氮的測定。

礦化作用采用PVC頂蓋原位培育法[19]測定。試驗開始前，先去除各樣點植株，防止培養過程中植物吸收管中的無機氮而影響試驗結果，在每個小區設PVC管（內徑7.5 cm、長15 cm），用PVC管取0—15 cm的土樣2個，用作初始NH4+-N、NO3--N含量的測定。然后在每個處理隨機取出6個土樣，盡可能不破壞其原有結構，分別用透氣塑料薄膜包住上口和下口，用細鐵絲扎住，防止出現管內無機氮與管外交換；再插入原孔，培養30 d后取出土樣，測定NH4+-N、NO3--N含量。培養后與培養前無機氮含量（NH4+-N+NO3--N）的差值為土壤凈礦化率，NO3--N含量的差值為凈硝化率。總硝化速率采用土壤培養法測定[20-21]，培養0 d、7 d后，分別測定其硝態氮含量，培養前后硝態氮含量的差值表示凈硝化速率；反硝化速率采用硝態氮消失法測定[20-21]，培養0 d、5 d天取出土樣，用比色法測樣品中剩余硝態氮。銨態氮（NH4+-N）測定采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法[20]；硝態氮（NO3--N）測定采用雙波長紫外分光光度校正因數法[21]。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2010軟件進行統計，SPSS 16.0軟件進行方差分析，OriginPro 9.0軟件制圖。

2 結果

2.1 秸稈還田和施肥對土壤氮素轉化過程的影響

試驗表明，除凈硝化速率受施肥措施的影響小外（圖1-B，= 0.168），秸稈還田和施肥對土壤凈礦化、凈硝化、總硝化和反硝化速率均有顯著影響（圖1，＜0.05），秸稈還田顯著增加了凈礦化、凈硝化、總硝化和反硝化速率。施肥增加了土壤氮素轉化速率，但3個施肥方式之間的差異不同取樣時期變化不一致。同一時期相同秸稈管理下，化肥和有機肥混施處理與單施化肥的轉化率差異不顯著。在秸稈還田條件下，單施有機肥盛花期凈硝化最高，收獲期硝化速率和反硝化速率最高。氮轉化速率受季節變化的影響顯著，整體表現為盛花期轉化率最大，而收獲期最?。▓D1）。

Fs：秸稈還田對測量指標的影響顯著性，Ff：施肥對測量指標的影響顯著性，Fd：測量時期對測量指標的影響顯著性。S0：秸稈不還田，S1：秸稈還田，F0：不施肥，F1：施NPK化肥，F2：施有機肥，F3：施NPK化肥+有機肥。下同

2.2 秸稈還田和施肥對無機氮含量的影響

秸稈還田和施肥對土壤銨態氮、硝態氮和總無機氮含量均有顯著影響，且3個指標變化趨勢相似（圖2，＜0.05）。秸稈還田顯著增加了銨態氮、硝態氮和總無機氮含量，化肥處理最為顯著；施肥增加了土壤無機氮含量，但3個施肥方式間在不同取樣時期的變化不一致。在同一時期同一秸稈管理下，化肥和有機肥混施的無機氮含量與單施化肥的差異不大。在秸稈還田處理中，盛鈴期單施化肥銨態氮含量最高，化肥和有機肥混施硝態氮和總無機氮含量最高。無機氮含量受取樣時期影響顯著，且整體表現為盛鈴期無機氮含量最大，而收獲期最?。▓D2）。

2.3 秸稈還田和施肥對棉花根系生物量的影響

秸稈還田顯著降低了棉花根冠比（圖3，＜0.05），對根系生物量、細根/粗根比影響不顯著（圖3-A、B，= 0.477）。施肥顯著增加了棉花根冠比、根系生物量和細根/粗根比，3個施肥處理之間差異不顯著（圖3）。

在同一時期相同秸稈管理下，化肥和有機肥混施的棉花根冠比、根系生物量和細根/粗根比與單施化肥處理的差異不大。在秸稈還田處理中，單施有機肥根系生物量收獲期最大，細根/粗根比和根冠比盛鈴期最高。棉花根冠比、根系生物量和細根/粗根比均受取樣時期的顯著影響，根系生物量在收獲期最大、盛花期最小，而細根/粗根比和根冠比整體表現盛鈴期最大、收獲期最?。▓D3）。

圖2 秸稈還田和施肥對土壤NH4+-N（A）、NO3–-N（B）和可吸出無機氮（C）的影響（平均值±標準偏差）

Fig. 2 Effects of stubble returning to soil and fertilization on soil ammonium (A), nitrate (B) and extractable inorganic nitrogen (C) (mean ± SD)

圖3 秸稈還田和施肥對棉花根系生物量（A）、細根/粗根比（B）和根冠比（C）的影響（平均值±標準偏差）

Fig. 3 Effects of stubble returning to soil and fertilization on root biomass of cotton (A), fine/coarse root biomass ratio (B) and root-shoot ratio (C) (mean±SD)

2.4 秸稈還田和施肥對土壤理化性質的影響

土壤酸堿性是土壤重要的化學性質以及土壤肥力特征的綜合反映。由表1可知，棉花秸稈還 田處理土壤pH顯著高于秸稈不還田處理（＜0.05）；不同施肥處理下，與不施肥處理相比，土壤pH表現為有機無機肥配施顯著降低了土壤pH （＜0.05）；不同取樣時期，盛花期土壤pH最低。棉花秸稈還田和有機無機肥配施顯著降低了土壤堿性。

土壤容重是土壤肥力的一個重要物理指標。由表1可知，秸稈還田處理土壤容重低于秸稈不還田處理，差異顯著（＜0.05）；不同施肥處理下，與不施肥處理相比，土壤容重表現有機肥顯著降低了土壤容重（＜0.05）；棉花秸稈還田條件下施用有機肥顯著降低了土壤容重，改善土壤結構。

3 討論

3.1 秸稈還田和施肥能促進土壤氮素轉化過程

前人研究表明，低施肥量促進土壤凈氮礦化作用，尤其在氮素缺乏的地區，施肥顯著提高了土壤的潛在氮礦化[22]；但施肥量過多土壤水勢降低，微生物活性受到抑制，土壤礦化作用和硝化作用下降[23-24]。本研究結果表明，在秸稈還田及有機肥與無機肥混施條件下，土壤礦化作用表現出隨棉花生育時期的推移呈下降趨勢；施肥顯著影響土壤的硝化作用，不施肥處理土壤的硝化作用較弱，有機肥和化肥配施土壤的硝化作用強度明顯高于單施化肥處理，表明有機肥的施入可以促進土壤的硝化作用，這可能與土壤有機質含量的增加有關，而土壤有機質經氨化作用產生的銨根離子是硝化過程所需氧化基質的來源之一，從而促進硝化作用的進行[25-36]；目前通常都以凈硝化速率來衡量土壤硝化作用能力，然而凈硝化速率只能表征一種競爭關系的結果，因此對于氮素轉化過程總硝化速率研究顯得尤為重要[26-27]。本研究中秸稈還田和施肥條件下土壤凈硝化和總硝化作用均隨著生育時期的推移逐漸降低，這可能與氣溫變化有關，在本區域，盛花期溫度最高，收獲期最低，土壤溫度是影響土壤硝化作用的重要因子，亞硝酸鹽轉化者對溫度較為敏感[28]。

表1 秸稈還田和施肥對棉田土壤理化性質的影響

S×F：秸稈還田與施肥的交互作用。表中小寫字母分別表示在0.05 水平上差異顯著，*為0.05水平顯著；**為0.01水平顯著

S×F: Straw returning to soil interactions with fertilization. Value followed by different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level, * represents significantly different at 0.05 level, ** represents significantly different at 0.01 level

本試驗表明，秸稈還田和施肥均顯著提高了土壤反硝化速率，這可能與秸稈還田增強了棉田土壤厭氧微生物的活性，而施肥處理增加了厭氧微生物的養分來源，從而加大了土壤反硝化作用[29]。同時，pH降低則表現出微生物活性增強[30-31]，也能促進土壤反硝化作用。研究表明，秸稈還田處理土壤容重低于秸稈不還田處理，表明秸稈還田能改善土壤狀況，降低土壤容重；施用有機肥顯著降低了容重，這可能因為有機質添加使有機物聚集在表層，從而降低了表層的土壤容重。本試驗結果表明，有機肥無機肥配施的反硝化作用要大于單施化肥，這可能與長期施用化肥導致農田土壤的通氣性較差有關，而施用有機肥能改善土壤結構[32]，使農田土質疏松，通氣性好，進而降低了厭氧細菌的數量和活性，最終導致單施化肥的反硝化作用小于有機無機配施處理。

3.2 秸稈還田和施肥對無機氮含量的影響

土壤NH4+-N和NO3--N是有效氮的主要存在形式，其含量受土壤水分、溫度、pH、土壤養分狀況等條件的影響[33]。本研究表明秸稈還田和施肥能顯著增加棉田土壤NH4+-N和NO3--N的含量。秸稈還田使土壤有機物活躍，能促進棉花吸收利用大量的土壤氮素[8]，這主要是因為秸稈還田不僅能夠增加土壤養分，培肥土壤，且可增加土壤有機質含量，同時也改善土壤理化性質，再配施化肥和有機肥，更有利于作物與土壤微生物氮素的吸收利用。

本研究中不施肥處理氮素含量最低，施肥處理下土壤NO3--N和NH4+-N含量高，這與大多數研究所報道的施用化肥顯著增加土壤有效氮含量的結果相一致[34-35]。試驗表明，施肥后土壤NO3--N和NH4+-N含量顯著增加，單施有機肥和有機肥與無機肥混施條件下效果較好，這可能是因為有機肥和化肥配合施用可以有效地增加土壤中可利用銨態氮的含量，而且有機肥的施入能促進土壤有機氮的礦化，使得銨態氮含量在土壤中大量積累[36]。本研究結果表明，在秸稈還田及有機肥與無機肥混施條件下，土壤有效氮含量表現出隨棉花生育時期的推移呈下降趨勢，生育后期微生物活性較低，土壤氮礦化和硝化等有效氮的釋放過程減弱，使得其含量在收獲期略低。

3.3 秸稈還田和施肥能促進棉花根系生長，增加根系生物量

植物光合產物在根系和地上部之間的分配是植株生長調節的關鍵過程，根系生物量能反映根系發達程度[37]。前人研究表明，植株高效吸收氮素的前提是有較龐大的根系，施肥能顯著增加根系生物量[38]，本研究結果顯示，與不施肥處理相比，施肥使得根系生物量增加了20%左右，這可能是由于有機肥和化肥配施能促進植株生長，增強養分的吸收能力，干物質累積量增加，提高了肥料利用效率[39]。

細根作為植物吸收水分和養分的重要器官，其性狀特征對植物的生長具有重要的指示作用，施肥增加了土壤養分有效性，必將對植物細根生長產生影響[40]。前人研究表明，植物根系生物量在施肥處理下沒有明顯變化[41]，也有研究認為施肥可以增加細根生物量[42-43]。本試驗研究表明，施肥處理和秸稈還田均顯著增加了棉花細根生物量。在3個施肥處理間，有機肥和化肥配施處理下細根生物量小，這可能是有機肥和化肥配施所引起的土壤中氮素有效性的增加，有利于根系對氮的吸收與累積，細根發生適應性變化，導致棉花細根生長比單施化肥和單施有機肥呈顯著下降趨勢。試驗結果還表明，棉花根系在收獲期趨于成熟與衰老，具有吸收功能的細根逐步減少，因此，細根生物量在收獲期下降；根系生物量增加的幅度小于地上部生物量增加的幅度，從而造成根冠比隨著棉花生育時期的推移呈下降趨勢。值得一提的是，在本研究中得出秸稈還田降低了棉花根冠比，這與前人研究結果不一致，分析認為由于秸稈內酚酸等自毒物質導致根系細胞膜通透性增加，破壞了根系細胞結構。這可能與棉花秸稈本身的生物特性有關[16]。因此，秸稈還田條件下棉株根冠比較不還田處理有所下降。

4 結論

秸稈還田和施肥有利于促進土壤氮素轉化過程，增加土壤有效氮含量，對根系生長及生物量產生影響。在干旱區實施秸稈還田，結合有機無機肥配施技術有利于加速土壤養分轉化，提高肥料利用效率，增加有效養分含量，促進作物根系生長和地上部碳同化能力，為干旱區實現作物高產優質低成本及環境友好生產目標奠定了基礎。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Effects of Stubble Returning to Soil and Fertilization on Soil Nitrogen Availability and Root Biomass of Cotton in Arid Region

ZHANG GuoJuan, PU XiaoZhen, ZHANG PengPeng, ZHANG WangFeng

(Agricultural College of Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture of the Xinjiang production and Construction Corps, Shihezi 832003, Xinjiang)

【Objective】The objective of this paper was to study the cotton soil nitrogen transformation process in arid region and it’s influence on the root biomass of cotton. The availability of cotton soil nitrogen which responds to agriculture management measures was clarified which respond to agriculture management measures, made high yield and high efficiency management measures for cotton, which implement high yield, good quality and low cost, serve for environmental friendly production of cotton.【Method】The main plot treatment consisted of two stubble management measures: stubble-removed (S0) and stubble returning to soil (S1). The split-plot treatment was composed of four fertilizer treatments: no fertilization (F0), NPK fertilizer (F1), organic fertilizer (F2) and combined application of NPK fertilizer and organic fertilizer (F3). The influences of stubble returning to soil and fertilization on soil nitrogen availability were studied and the process of cotton soil nitrogen transformation, including the change of net mineralization, net nitrification, gross nitrification and denitrification was discussed and the response of soil available nitrogen content and root biomass of cotton to stubble returning to soil and fertilization was clarified. 【Result】Stubble returning to soil and fertilization increased the net mineralization, gross nitrification and denitrification of soil in cotton field significantly, each index among different fertilization treatments and at different growth stages had different variations, there was no significant difference among the three fertilizer treatments, but the maximum rate was observed at full-bloom stage. Stubble returning to soil and fertilization increased ammonium, nitrate and inorganic N significantly, but there was no significant difference among the three fertilizer treatments, the content of inorganic N at full-bloom stage and full-boll stage was higher than at harvesting stage. Stubble returning to soil decreased the root-shoot ratio significantly, had no significant effect on root biomass and fine/coarse root biomass ratio. Fertilization increased the root-shoot ratio, root biomass and fine root biomass, there was no significant difference among the three fertilizer treatments. In summary, stubble returning to soil increased soil net mineralization, net nitrification, gross nitrification, denitrification, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and absorbable inorganic nitrogen content and root biomass. Combined application of NPK fertilizer and organic fertilizer had the largest soil net mineralization, net nitrification, gross nitrification, denitrification, nitrate nitrogen and absorbable inorganic nitrogen content. Combined application of NPK fertilizer also has the largest root biomass and fine/coarse root biomass ratio.【Conclusion】Stubble returning to soil and fertilization are beneficial to promotion of soil nitrogen transformation and available nitrogen content, thus affecting cotton root growth and biomass. Adoption of stubble returning to soil and different fertilization measures in cotton field in arid areas can promote soil nitrogen availability. Implementation of stubble returning to soil in arid areas, combined with application of NPK fertilizer and chicken manure, are helpful to accelerate the transformation of soil nutrient, improve efficiency of fertilizer, increase the effective content of nutrient, and promote the root growth and carbon assimilation ability of crop aboveground part.

arid region; cotton; fertilizer; stubble returning to soil; nitrogen transformation; available nitrogen

2016-10-04；接受日期：2017-03-03

國家自然科學基金項目（31471450）

張國娟，E-mail：729614829@qq.com。通信作者張旺鋒，Tel：0993-2057326；E-mail：zhwf_agr@shzu.edu.cn