施用生物炭对咸水滴灌棉田土壤理化性质及酶活性的影响

杜思垚，郭晓雯，王芳霞，叶 扬，杨茂琪，闵 伟

(石河子大学农学院资源与环境科学系，新疆 石河子 832000)

【研究意义】淡水资源不足是全世界面临的问题[1]，新疆地处西北干旱区，淡水资源更为缺乏[2]，淡水资源短缺限制干旱区农业的可持续发展[3-4]。新疆淡水资源缺乏却拥有丰富的咸水和微咸水资源，农业用水主要依赖于日益减少的地表水和储量丰富具有一定含盐量的浅层地下水[5]。干旱区石灰性土壤母质普遍含盐，在节水滴灌条件下，盐分并不能被淋洗出土体，若长期使用咸水灌溉必定造成土壤盐分累积，进而增大土壤次生盐渍化的风险[2]。相关研究表明咸水灌溉会使土壤盐分表聚[6]、恶化土壤理化性状[7]、影响微生物活性和养分转化[8]。因此咸水灌溉对干旱区农田的土壤理化性质、养分循环等土壤质量产生的负面效应值得引起高度关注。【前人研究进展】目前国内外改良盐碱土的措施有很多，主要有水利措施、物理措施、化学措施及生物措施等[9]。其中生物措施与其他措施相比投入成本低、环保等优点，被认为是最有效的改良措施[10]。秸秆和生物炭作为一种重要的自然资源，其本身富含的氮、磷、钾养分以及多种微量元素可用来补充植物养分[11]，此外生物炭本身独特的理化性质能够通过改变土壤的pH和CEC值来影响土壤中养分的相互作用[12-13]，具有良好的水肥调控效果。土壤微生物是土壤养分转化和循环的动力[14]，是衡量土壤质量，维持土壤肥力和作物生产力的一个重要指标[15]，生物炭施入土壤后通过改变土壤理化性质来改善微生物生存环境[15]，减少微生物之间的生存竞争，对有益微生物起到保护作用，有利于调控土壤微生物的数量和结构[16]。土壤微生物是土壤酶的重要来源，土壤酶参与土壤中生物化学反应过程，反应土壤质量变化。众多研究表明生物炭和秸秆施入土壤后不仅能够改善土壤结构，有效提高土壤肥力，改善土壤理化性质[17]，降低土壤容重、导水率[18]，减少表层盐分的积累防治反盐现象[19]，还能够改善微生物生存的环境[20]、改善土壤酶活性、促进土壤呼吸[21]，因此生物炭和秸秆对于提高盐碱地农业生产力和改善盐碱地环境等均具有重要意义[22]。【本研究切入点】众多研究者利用生物炭和秸秆，从其配施[23-24]、施入量[25-26]、以及施入方式[27]等方面进行了大量研究。但关于生物炭和秸秆施用对土壤酶活性的研究多集中于研究与碳氮元素循环相关的酶活性[28]，并且由于试验方法、环境条件等的不同所得出的结论也不尽相同，而对于在咸水灌溉条件下生物炭和秸秆对土壤磷、硫等元素相关的酶活性的研究更是鲜有报道。【拟解决的关键问题】本文以咸水资源利用为背景，研究咸水滴灌条件下施用棉花秸秆和生物炭，探讨其对棉田土壤理化性质、土壤碳氮磷硫转化相关关键酶活性、土壤基础呼吸、棉花生长及产量的影响，阐明秸秆和生物炭对长期咸水滴灌棉田土壤的改良效应，为咸水资源的合理利用和农业的可持续发展提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验点位于石河子大学农学院实验站(44°18′N, 86°02′E)，供试土壤的类型属于灰漠土，气候条件为温带大陆性气候，年平均降水量为 180～270 mm，年平均蒸发量为1000～1600 mm。土壤类型为石灰性土壤，质地为壤土。供试耕层土壤的基本理化性质容重1.33 g/cm3，pH 7.48，EC1∶5(土水比1∶5浸提液电导率) 0.13 dS/m，有机质16.84 g/kg，全氮1.08 g/kg，速效磷25.86 mg/kg，速效钾253 mg/kg。供试作物棉花 (品种为新陆早52号)。

1.2 试验设计

本试验开始前已在试验区连续开展了11年(2009—2019)的不同灌溉水盐度田间滴灌试验。试验中灌溉水盐度设2个处理，分别为0.35和8.04 dS/m(分别代表淡水和咸水2种灌溉水质，在文中分别用 FW和SW表示)，其中淡水来源于当地深层地下水，咸水和微咸水通过在淡水中加入NaCl和CaCl2(质量比1∶1)获得。有机物料种类设置为对照、棉花秸秆和棉花秸秆生物炭3个处理(在文中分别用 CK、BC和ST表示)，其中棉花秸秆和生物炭的用量采用等炭量设计，棉花秸秆和棉花秸秆生物炭的用量分别为6和3.7 t/hm2。试验采用完全随机区组试验设计，每个处理重复3次，共18个试验小区，每个试验小区面积25 m2。棉花通常在4月中旬种植，9月中下旬收获。

试验中棉花秸秆，棉花秸秆生物炭在播种前一次性施入，棉花秸秆和生物炭在每年翻地前分别均匀撒在小区土壤表面，并翻耕至20 cm土层。棉花种植采用覆膜栽培，一膜3管6行，行距配置为(60+10)cm，播种密度22.2万株/hm2。采用干播湿出法，2020年于4月25日播种，为保证棉花出苗，播种后每个处理滴出苗水30 mm。整个棉花生长期间共灌水 9 次，于6月中旬开始至8月下旬结束，灌水周期 7～10 d，灌溉定额 450 mm。各施肥处理氮、磷、钾肥用量一致，其中磷肥和钾肥全部做基肥，磷施用量为P2O5105 kg/hm2，钾施用量为K2O 60 kg/hm2；氮肥(尿素N≥46.4%)施用量为360 kg N/hm2全部随水滴施，在棉花生长期间共施肥6次。其它田间管理措施参照当地大田生产。

1.3 样品采集与测定

2020年在棉花花铃期采集耕层0～20 cm的土壤样品，每个小区按照“五点法”采集土样，将采集的土样混合均匀并去除其中的杂质、细根等。将土样过1 mm筛后放置在自封袋里，放置在4 ℃冰箱中保存作为新鲜土样，在室内自然风干后采用“四分法”取出二分之一土样用于测定土壤容重等物理性质，再继续研磨剩余土样使其全部通过1 mm 筛孔用于测定土壤速效养分、含盐量、土壤酶活性等，再过0.25 mm筛用于测定分析土壤全量养分和有机质含量等。在每个小区随机采取3株棉花，将棉花植株自地表剪下，分成叶、茎和蕾铃三部分，用蒸馏水洗净后，在105 ℃下进行杀青30 min，在70 ℃ 烘干48 h，记录干物质重。

土壤理化性质采用土壤农化分析法测定[29]：土壤容重用环刀法测定；土壤含水量用烘干法测定；土壤孔隙度由土壤的容重和比重来计算；土壤盐度采用电导率仪(DDS-308A)测定；土壤pH值采用pH计(pHS-3C)测定；土壤有机碳采用TOC仪(multi N/C 2100S, Analytic jena)测定；全氮采用凯式定氮仪测定；速效磷采用碳酸氢钠浸提法测定；速效钾采用火焰光度计法测定；土壤蔗糖酶，脲酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性采用关松荫[30]提供的方法来进行测定；土壤基础呼吸采用静态碱液吸收法测定；植株氮素吸收采用用H2SO4-H2O2消解，凯氏定氮仪测定；在棉花收获期测定棉花籽棉产量，最后实收计产。

1.4 数据处理

数据计算和绘图用 Microsoft Excel 2016 软件进行。试验数据采用SPSS 21.0进行灌溉水盐度和有机物料两因素的方差分析，处理间的多重比较采用Duncan法(P<0.05)。文中数据均为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量和容重

由图1可知，土壤含水量受灌溉水盐度、有机物料及两者的交互作用影响显著(P<0.05)，总体上土壤含水量随着灌溉水盐度的增加而增加，SW处理较FW处理增加50.43%。交互作用表现为：FW处理下，FWBC和FWST处理土壤含水量分别较FWCK增加12.25%、54.52%；SW处理下，SWBC和SWST处理土壤含水量较SWCK降低9.39%、18.01%。土壤容重受灌溉水盐度和有机物料影响显著，而两者的交互作用对其影响不显著，土壤容重随着灌溉水盐度的增加而显著增大，SW处理的土壤容重较FW处理的土壤容重高5.85%。生物炭和秸秆施用后显著地降低了土壤容重，尤其是在咸水滴灌条件下，SWBC和SWST处理土壤容重值分别较SWCK处理低4.00%、6.40%。

2.2 土壤盐分和pH

由图2可知，土壤盐分受灌溉水盐度、有机物料及两者的交互作用影响显著。总体上，土壤盐分随灌溉水盐度的增加而显著增加，SW处理土壤盐分较FW处理的盐分含量高711.16%。交互作用的影响表现为：在FW处理下，FWBC、FWST和FWCK之间土壤盐分无明显差异；但是在SW处理下，秸秆和生物炭施用显著降低土壤盐分，SWBC和SWST处理土壤盐分较SWCK降低24.17%、30.10%。土壤pH仅受灌溉水盐度的影响，而有机物料及两者的交互作用对其影响不显著。土壤pH随灌溉水盐度的提高而显著降低，SW处理的土壤pH较FW处理降低6.68%。

图2 生物炭和秸秆对咸水滴灌棉田土壤盐分和pH的影响Fig.2 Effect of the application of biochar and straw on the soil salinity and pH by irrigation water salinity

2.3 土壤养分

从图3可以看出，土壤总有机碳受灌溉水盐度和有机物料影响显著，而两者的交互作用对其影响不显著。总体上，总有机碳含量随灌溉水盐度的增加而增加，SW处理的总有机碳含量较FW处理的总有机碳含量提高16.06%。生物炭和秸秆处理显著提高土壤总有机碳含量，尤其是在咸水灌溉条件下，SWBC和SWST处理土壤总有机碳含量较SWCK分别增加14.10%、9.36%。土壤的全氮含量随着灌溉水盐度的增加而增加，SW处理的全氮含量较FW处理增加4.54%，但差异不显著。土壤速效磷和速效钾含量受灌溉水盐度、有机物料及两者的交互作用影响显著。总体上，土壤速效磷含量随灌溉水盐度的增加而显著增加，土壤速效钾含量呈相反趋势，SW处理的速效磷含量较FW处理增加5.82%，SW处理土壤速效钾含量较FW处理低43.62%。交互作用对土壤速效磷的影响表现为：在FW处理下，生物炭和秸秆施用显著增加土壤速效磷含量，FWBC和FWST处理土壤速效磷含量分别较FWCK提高97.68%、159.10%，但是在SW处理下，SWBC和SWST处理土壤速效磷含量分别较SWCK提高170.43%、48.58%。交互作用对土壤速效钾的影响表现为：在SW处理下，SWBC和SWST处理速效钾含量分别较SWCK增加4.32%、9.26%；FW处理下，FWBC和FWST处理速效钾含量分别较FWCK增加6.36%、12.01%。

图3 生物炭和秸秆对咸水滴灌棉田总碳、全氮、速效磷和速效钾含量的影响Fig.3 Effect of the application of biochar and straw on the total carbon, nitrogen, available phosphorus and available potassium by irrigation water salinity

2.4 土壤酶活性

从图4可以看出，土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性受灌溉水盐度、有机物料及两者的交互作用影响显著。总体上，随着灌溉水盐度的增加，土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性显著降低，SW处理的蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性较FW处理分别减少29.19%、22.00%，生物炭和秸秆施用显著提高土壤蔗糖酶的活性，在SW处理下，SWBC和SWST处理的蔗糖酶活性较SWCK分别提高42.13%、23.55%；在FW处理下，FWBC和FWST处理的蔗糖酶活性较FWCK分别提高36.07%、44.97%。生物炭和秸秆施用显著提高碱性磷酸酶活性，尤其是在咸水灌溉条件下，SWBC和SWST处理的碱性磷酸酶活性分别较SWCK分别提高16.02%、63.03%。总体上有机物料处理较不施有机物料处理的土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶活性分别显著提高37.26%、20.13%。

土壤脲酶的活性受灌溉水盐度和有机物料影响显著，但两者的交互作用对其影响不显著，土壤脲酶的活性随灌溉水盐度的增加而显著增加，SW处理脲酶活性较FW处理增加26.24%，而生物炭和秸秆施用后对脲酶活性有一定的抑制作用，在SW处理下，SWBC和SWST处理的土壤脲酶活性分别较SWCK低20.51%、2.91%；在FW处理下，FWBC和FWST处理的土壤脲酶活性分别较FWCK分别降低12.51%、9.83%。总体上芳基硫酸酯酶的活性随灌溉水盐度的提高而降低，SW处理芳基硫酸酯酶酶活性较FW处理降低了4.73%，但差异不显著。生物炭和秸秆施用能增加芳基硫酸酯酶的活性，在SW条件下，SWBC和SWST处理的芳基硫酸酯酶的活性分别较SWCK提高2.23%、135.50%；在FW条件下，FWBC和FWST处理的芳基硫酸酯酶的活性分别较FWCK提高1.41%、16.32%。

图4 生物炭和秸秆对咸水滴灌棉田土壤酶活性的影响Fig.4 Effect of application of biochar and straw on the soil enzyme activities by irrigation water salinity

2.5 土壤基础呼吸

从图5可以看出，土壤基础呼吸受灌溉水盐度和有机物料影响显著，但两者的交互作用对其影响不显著。总体上，土壤基础呼吸随灌溉水盐度的增加而显著降低，FW处理的土壤基础呼吸较SW处理高71.97%。生物炭和秸秆施用显著提高土壤基础呼吸，在FW条件下，FWBC和FWST处理的土壤基础呼吸分别较FWCK增加17.31%和21.49%；在SW条件下，SWBC和SWST处理的土壤基础呼吸分别较SWCK增加39.43%和37.71%

图5 生物炭和秸秆对棉田基础呼吸的影响Fig.5 Effect of the application of biochar and straw on the soil respiration by irrigation water salinity

2.6 棉花生长、养分吸收及产量

由图6可知，棉花株高受灌溉水盐度和有机物料影响显著，但两者的交互作用对其影响不显著。总体上，棉花株高随着灌溉水盐度的增加而显著降低，SW处理棉花株高较FW处理降低35.46%。生物炭和秸秆施用显著增加棉花株高，在FW条件下，FWBC和FWST处理的株高分别较FWCK提高20.72%、31.00%；在SW灌溉条件下，SWBC和SWST处理的株高分别较SWCK提高16.85%、38.73%。棉花生物量受灌溉水盐度、有机物料及两者的交互作用影响显著，随灌溉水盐度的增加棉花生物量显著降低，SW处理较FW处理低46.55%，生物炭和秸秆施用显著提高棉花生物量，尤其是在咸水灌溉条件下，SWBC和SWST处理的棉花生物量分别较SWCK提高15.24%、16.79%。氮素吸收受灌溉水盐度、有机物料影响显著，但两者的交互作用对其影响不显著，总体上，氮素吸收随着灌溉水盐度的提高而显著降低，SW处理下的氮素吸收较FW处理减少44.20%，生物炭和秸秆处理显著提高氮素吸收，尤其是在咸水灌溉条件下，SWBC和SWST处理的氮素吸收分别较SWCK提高29.41%、35.04%。产量也随灌溉水盐度的提高而显著降低，SW处理的产量较FW处理低26.16%。生物炭和秸秆处理提高棉花产量，尤其是在咸水灌溉条件下，SWBC和SWST处理的棉花产量分别较SWCK提高6.85%、12.90%。

图6 生物炭和秸秆对咸水滴灌棉田株高、生物量、氮素吸收和产量的影响Fig.6 Effect of the application of biochar and straw on the plant height, biomass, nitrogen uptake and yield by irrigation water salinity

3 讨 论

3.1 生物炭施用对咸水滴灌棉田土壤物理性质的影响

利用咸水灌溉是干旱区维持农业发展的重要手段，但长期的咸水灌溉会导致盐分在土壤中不断积累，增加土壤盐渍化的风险，对土壤理化性质和养分转化产生不良影响。与淡水灌溉相比，咸水灌溉增加土壤容重值和含水量，容重值的增加与咸水灌溉带来大量盐基离子破坏土壤结构有关[7]，而含水量的增加与咸水灌溉使土壤蒸散率降低有关[31]。随着秸秆和生物炭的输入显著降低了土壤容重，提高了土壤的渗透性，这与前人[32-35]的研究结果一致，容重的变化是由于密度小且较轻的秸秆和良好孔隙结构的生物炭掺混入土壤表层后改变了原本质地粘重的盐碱土壤，有效地改善土壤结构[36-37]。土壤含水量对作物产量起决定作用，在本研究中，生物炭和秸秆处理在淡水灌溉条件下能够提高土壤含水量，这与生物炭和秸秆与土壤颗粒形成微小的团粒结构、增加对水分子的吸附能力有关[3,38-39]，为棉花提供良好的生长条件。在咸水灌溉条件下，生物炭和秸秆处理的土壤含水量有所降低。

3.2 生物炭施用对咸水滴灌棉田土壤化学性质的影响

咸水灌溉显著提高土壤盐分含量。过量的Na+的消溶、膨胀和分散作用会导致土壤结构恶化和入渗问题，会对土壤中盐分运移产生影响，含大量Na+的盐水使表层土壤积盐最为严重[40]。秸秆能够改善土壤结构起到良好的保墒蓄水作用，能够有效地抑制盐分表聚，降低了土壤中Na+的含量，这与张子璇等[41]的研究结果相一致。此外，生物炭可吸附土壤中的部分阳离子和硝酸根离子，其芳香结构能够维系土壤孔隙，降低土壤中的盐分含量。并且生物炭增加土壤阳离子交换容量，在新的有效交换位点吸收Na+，维持土壤水盐平衡，也对土壤盐分含量起到改善作用。咸水灌溉会导致土壤中氯离子积累从而使土壤pH降低，在本研究中，生物炭对土壤pH的影响并不显著，土壤pH呈增加趋势，赵铁民等[42]的研究却发现生物炭处理后的盐渍土pH下降，这与本研究结果不一致，可能是因为本研究中的生物炭自身呈碱性pH略高于试验区pH背景值，对土壤pH产生了影响。

咸水灌溉提高土壤总碳、全氮和速效磷的含量。土壤养分含量的变化与土壤含水量和pH密切相关[43]，咸水灌溉使土壤含水量增加pH下降，但土壤总碳、总氮和速效磷含量升高，这与土壤盐分过高抑制土壤有机质的矿化及棉花对养分的吸收[44-46]有关。此外，生物炭和秸秆被认为是氮、磷、钾等营养物质的额外来源，可以直接改善土壤养分水平。与此同时，有大量研究报道，施用生物炭可以增加土壤的阳离子交换容量和表面积，从而提高土壤养分有效性[47-49]。生物炭和秸秆中富含的大量磷元素增加了土壤速效磷的含量[33]，并且生物炭中的灰分含有一定量的钾盐，可在提升土壤中速效钾的含量的同时促进养分有效化从而提升有机质的转化效率。秸秆和生物炭富含的有机碳也可以增加土壤有机质含量[50]，随着生物炭和秸秆的输入土壤中生物有效性碳的数量增加，为土壤异养微生物的活动提供了充足能源，增强了土壤中氮的矿化作用。因此，秸秆和生物炭的掺入提高了土壤总碳、总氮、速效磷和速效钾的含量，土壤养分含量的提高与秸秆和生物炭中富含大量营养元素及生物炭自身优良的特性密切相关。

3.3 生物炭施用对咸水滴灌棉田土壤酶活性的影响

土壤酶参与了土壤的发生发育以及土壤肥力形成和演化的过程，它与营养元素的释放，腐殖质的形成密切相关，能够反应土壤质量的变化[51]。咸水灌溉导致土壤盐度和容重值增加，降低土壤中活性微生物的数量，抑制根系对养分的吸收，从而降低根系酶的分泌合成[52]。含盐量过高时还会使酶蛋白失活，也会抑制土壤酶活性。过量的盐分使土壤容重增加，土壤通气渗透性能降低，抑制土壤呼吸，从而也能够降低土壤酶活性[7]。咸水灌溉使土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性降低，而土壤脲酶活性增强，不同酶受到的影响程度之所以不同是因为不同酶的来源和耐盐程度有差异，盐分对土壤脲酶活性有促进作用，而对蔗糖酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶有抑制作用。杨滨娟等[53]发现秸秆能够提高土壤中脲酶和蔗糖酶的活性。尚杰等[54]研究表明生物炭能够提高过氧化氢酶的活性，酶活性随生物炭用量的增加而增加。在本研究中，生物炭能提高土壤蔗糖酶和脲酶的活性，也有相关研究表明当生物炭的用量过多时会对砂土的脲酶活性产生一定的抑制作用[51]，因此，生物炭和秸秆的施用对土壤酶活性的影响还值得进行深入研究。

生物炭和秸秆能够显著提高土壤碱性磷酸酶的活性。土壤碱性磷酸酶活性的提高与其辅酶因子Mg离子和Zn离子的增加有关[55]，正是因为生物炭自身富含Mg和Zn等微量元素，所以碱性磷酸酶辅酶因子的增加导致碱性磷酸酶活性增强[56]。此外，生物炭和秸秆也补充土壤中的硫素养分，使得土壤中有机硫含量增加，而土壤芳基硫酸酯酶的活性与有机硫含量呈正相关。并且土壤中的芳基硫酸酯酶主要是来源于土壤中的微生物[57]，生物炭和秸秆输入土壤后增加土壤中硫的含量，还改善微生物生活环境。因此，生物炭和秸秆不仅改善土壤结构，增强土壤呼吸刺激微生物分泌参与养分循环相关的酶，还增强土壤芳基硫酸酯酶的活性。土壤酶活性的提高与生物炭吸附能力强也有关，其可通过吸附酶促反应底物加速酶促反应的进行，从而增强了酶活性。秸秆和生物炭改善了土壤酶活性后，会进一步影响到土壤的呼吸作用，在本研究中，生物炭和秸秆的施用促进了土壤呼吸，这是因为生物炭和秸秆增加了土壤中活性有效碳的含量，而有机碳的矿化可促进土壤呼吸，从而增强了土壤的呼吸速率[14]。

3.4 生物炭和秸秆的施用对长期咸水滴灌棉田棉花生长养分吸收及产量的影响

咸水灌溉在为作物生长提供所需水分的同时也给土壤带入了过多的盐分，连续多年咸水灌溉会导致土壤积盐、容重增加、使土壤酶活性受到影响，从而对棉花生长环境产生不良影响[7]，最终影响到棉花株高、生物量、氮素吸收及产量。生物炭和秸秆对棉花株高、生物量、籽棉产量起到了显著的促进作用，显著提高了棉花产量。众多研究也表明生物炭和秸秆对作物产量均具有正面影响，无论是对棉花、水稻还是小麦，生物炭和秸秆的施用均能够提高作物产量[58-65]。生物炭和秸秆对棉花生长的促进作用可以归因于土壤理化性质和养分水平的改善。生物炭和秸秆显著降低了土壤容重，提高了渗透性，促进了土壤的通气和水分入渗，为植物提供了更有利的生长条件。同时，施用生物炭显著提高了土壤有机质、速效磷、钾含量。土壤环境的改善和养分水平的提高有利于根系的生长，从而有利于植物对养分的吸收[66]。棉花植株养分含量的改善(尤其是钾含量)可以通过促进光合作用、蛋白质生物合成、水分调节和离子平衡来克服盐胁迫[67]。此外，生物炭显著缓解了咸水灌溉条件下土壤盐分的累积。土壤溶液中Na+含量的减少可以直接减少植物对Na+的吸收，促进其他必需矿物质的吸收，从而改善盐害[68]。

4 结 论

咸水灌溉显著增加土壤容重和盐分；抑制有机碳转化，从而增加总碳、全氮含量，但是对土壤基础呼吸、蔗糖酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性有明显抑制作用，从而抑制棉花生长和氮素吸收，降低棉花产量。生物炭和秸秆能有效改善土壤结构，明显提高土壤养分含量，降低土壤表层盐分；土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶的活性随生物炭和秸秆的施用呈增加趋势，生物炭和秸秆施用能促进棉花对氮素的吸收，促进棉花生长，提高棉花产量。