【目的】生物碳可提高土壤肥力,增强土壤对养分的保持能力,减少养分损失,提高肥料利用率。研究棉花秸秆和生物碳还田对滴灌棉田土壤有机碳及其组分的影响,揭示不同氮水平下土壤无机氮含量和氨挥发的变化特征,阐明棉花秸秆和生物碳对棉花产量和氮肥利用率的影响。为棉花秸秆资源的合理利用及提高氮肥利用率提供理论依据。【方法】2014²015年在新疆石河子天业生态示范园进行田间小区试验。以棉花秸秆为原料在高温限氧条件下制备生物碳,试验设置对照（CK）、棉花秸秆（ST）、生物碳（BC）三个处理,其中棉花秸秆和生物碳为等碳量施用（施用量分别为6和3.7 t/ha）。每个处理设三个施氮水平0、300、450 kg N/ha（分别以N0、N300、N450表示）。试验期间采用静态室碱液吸收法测定土壤CO₂通量,采用稀硫酸密闭吸收法测定土壤氨挥发损失。【主要结果】（1）棉花秸秆和生物碳可显著促进滴灌棉田土壤有机碳积累。2014年和2015年,秸秆处理土壤有机碳含量较对照分别提高7%和20%;生物碳处理分别增加35%和58%。秸秆处理土壤CO₂通量和累积排放量均显著高于生物碳和对照处理,且随施氮量增加而增加;生物碳处理土壤CO₂累积排放量仅在高氮条件下（N450）高于对照,在N0和N300条件下与对照无显著差异。（2）施用棉花秸秆显著提高土壤水溶性碳和微生物量碳含量,对稳定态有机碳影响不大。生物碳处理土壤水溶性有机碳、微生物量碳含量显著增加,尤其是稳定态有机碳含量较对照增加44%。（3）在N0条件下,施用棉花秸秆和生物碳对土壤无机氮含量没有显著的影响;在N300和N450条件下,施用生物碳可以显著提高棉花耕层土壤铵态氮和硝态氮的含量,而秸秆处理只会提高棉花耕层土壤中硝态氮的含量,对铵态氮没有显著的影响。（4）施肥灌溉后,氨挥发速率在前两天达到最大值,此后迅速降低。施用棉花秸秆和生物碳土壤氨挥发总量较对照显著降低38.2%和52.6%。在不施氮条件下秸秆处理和生物碳处理之间氨挥发总量没有显著的差异,但在施氮条件下（N300、N450）生物碳处理氨挥发总量显著低于秸秆处理。（5）施用棉花秸秆可以显著提高棉花的干物质积累量和氮素吸收量。在N0条件下,秸秆处理和生物碳处理干物质积累量和氮素吸收量没有显著的差异;而施氮（N300、N450）条件下,生物碳处理的干物质积累量和氮素吸收量显著高于秸秆处理。（6）不施氮条件下,施用棉花秸秆在2014年和2015年棉花产量较对照分别提高16.4%和10.2%;而生物碳处理在2014年有所提高,2015年没有显著影响。施氮（N300、N450）条件下,2014²015年施用棉花秸秆和生物碳棉花产量分别平均提高了16.3%和24.8%。（7）随着施氮量的增加,氮肥利用率显著降低。氮肥利用率在施用棉花秸秆和生物碳后平均分别提高18.3%和48.6%。与秸秆处理相比,生物碳处理的氮肥利用率平均提高了25.6%。【结论】施用棉花秸秆及其生物碳均可有效提高土壤中有机碳的含量,生物碳作用更加显著。施用棉花秸秆会显著提高土壤CO₂排放速率和总量;而在中低施氮条件下施用生物碳对土壤CO₂排放量没有显著影响,但是在高施氮量下会显著增加土壤CO₂排放量。施用棉花秸秆及其生物碳可以促进无机氮在耕层土壤中积累,降低土壤氨挥发,并且生物碳作用更加显著。棉花秸秆及其生物碳均可显著提高棉花干物质积累、氮素吸收、产量和氮肥利用率,但是生物碳施用时需要配施适量的氮肥,并且施氮条件下生物碳作用优于秸秆处理。