李祥 柯希恒 孫喜軍 儲(chǔ)春年 郭學(xué)軍 王永平 曾橋

摘要：為了降低枝條肥料化的成本，解決果農(nóng)用得起有機(jī)肥的難題，采用枝條還田技術(shù)，研究還田模式對(duì)土壤性質(zhì)、蘋果質(zhì)量的影響，研究結(jié)果表明，枝條還田具有緩沖土壤溫度、提高土壤水分含量的作用。每年的3—6月處理 1～處理5土壤溫度低于對(duì)照，故推遲了蘋果的花期，避免了“倒春寒”對(duì)蘋果的影響。調(diào)節(jié)C/N（豬糞、尿素）、增施微生物菌劑（提高土壤微生物數(shù)量）及土壤調(diào)理劑能顯著提高土壤微生物數(shù)量，增加木質(zhì)素降解酶的活性，加速枝條腐解。枝條還田比枝條堆肥枝條腐解率高10%以上，枝條腐解率最高達(dá)80%，建議集中2～3行枝條于作業(yè)行，每隔2～3年還田1次。枝條粉碎、旋耕、灌溉有助于枝條肥料化。處理2是枝條還田的最佳模式。

關(guān)鍵詞：枝條還田模式;土壤溫度;水分含量;土壤性質(zhì);蘋果質(zhì)量

中圖分類號(hào)： X712? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）23-0238-05

收稿日期：2021-03-25

基金項(xiàng)目：陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃（編號(hào)：2019XY-03）;陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2019ZDLNY01-05-02）;廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：桂科AB19259016）;陜西省林業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目（編號(hào)：SXLK2020-0218）;西安市科技計(jì)劃（編號(hào)：20193051YF039NS039、20NYYF0026）。

作者簡(jiǎn)介：李 祥（1963—），男，陜西寶雞人，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化技術(shù)研究與推廣工作。E-mail：453538831@qq.com。

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，果品生產(chǎn)已成為農(nóng)民增收、農(nóng)村振興、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分。2019年陜西省耕地面積為3.01×106 hm2，果園面積為1.13×106 hm2，果園面積占耕地面積的37.5%;2019年陜西省糧食產(chǎn)量為1.23×107 t，水果產(chǎn)量為2.01×107 t，水果產(chǎn)量為糧食產(chǎn)量的1.63倍[1]。果樹(shù)在向人們提供美味的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的枝條。相關(guān)研究表明，果實(shí)負(fù)載量與修剪枝條（鮮質(zhì)量）的比例為1 ∶0.6～0.8[2]。據(jù)此測(cè)算，2019年陜西省果樹(shù)鮮枝條產(chǎn)量為1.21×107 t～1.61×107 t，除去20%左右的枝條作為食用菌栽培基質(zhì)外，其他80%被丟棄在田間地頭，不僅占用農(nóng)田，還堵塞河道，傳播疾病、引起火災(zāi)，給果園生產(chǎn)帶來(lái)環(huán)境和安全隱患。

果樹(shù)枝條中含有0.50%～0.67%的氮、0.09%～0.15%的磷、0.44%～0.50%的鉀，還有0.16～0.38%的鈣，0.12%的硫及其他微量元素[3-4]。如果以其為主要原料，在微生物的作用下變成有機(jī)肥料，不僅可以替代化肥，而且可以改良土壤，培肥地力，提高果品內(nèi)在質(zhì)量。盧曉敏采用正交試驗(yàn)法研究不同腐熟劑對(duì)葡萄堆肥的影響，發(fā)現(xiàn)腐熟劑可以促進(jìn)枝條的腐熟，縮短堆肥周期，堆肥過(guò)程微量元素會(huì)發(fā)生“濃縮效應(yīng)”[5]。范學(xué)山對(duì)修剪枝條堆肥促進(jìn)早酥梨產(chǎn)量提高的機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)連續(xù)施用枝條堆肥改善了梨園的土壤性質(zhì)，促進(jìn)了梨樹(shù)根系生長(zhǎng)及根系在土壤中的分布，增加了梨產(chǎn)量，改善了果實(shí)品質(zhì)[6]。施用枝條堆肥對(duì)果樹(shù)的有益影響可能與堆肥中具有氧化還原活性的小分子有機(jī)質(zhì)有關(guān)。趙鵬等研究了枝條覆蓋對(duì)梨園土壤和梨果產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)枝條覆蓋能提高梨園近大氣層大氣CO2的濃度、土壤水溶性有機(jī)碳、速效磷和速效鉀含量，降低土壤容重，增加土壤微生物數(shù)量和微生物碳氮含量，改善梨的品質(zhì)，提高梨的產(chǎn)量[7]。

盡管枝條堆肥具有改良土壤、營(yíng)造土壤微生態(tài)環(huán)境、提高水果質(zhì)量和產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，但也存在枝條撿拾、運(yùn)輸、粉碎費(fèi)時(shí)費(fèi)力等缺點(diǎn)[8]。各地雖然出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)政策，但果農(nóng)用不起有機(jī)肥的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為了減少枝條收集、運(yùn)輸、粉碎的勞動(dòng)力消耗，探索枝條直接粉碎還田技術(shù)，集枝條收集、搬運(yùn)、粉碎、堆肥、施肥于一體，本研究以冬剪枝條為主要原料，采用機(jī)械粉碎、直接還田、旋耕、灌溉等措施，研究不同還田模式對(duì)果園土壤溫度、含水率、枝條腐解率、土壤有機(jī)質(zhì)含量、容重、微生物數(shù)量、木質(zhì)素降解酶活性及蘋果質(zhì)量的影響，以期找到適合農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏背景下的果樹(shù)枝條直接還田肥料化模式，為蘋果提質(zhì)增效奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

自帶營(yíng)養(yǎng)的農(nóng)用微生物菌劑、土壤調(diào)理劑，陜西科技大學(xué)農(nóng)林技術(shù)推廣中心提供;枝條，陜西省白水縣美好家園現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)提供;重鉻酸鉀、硫酸、硝酸、LB細(xì)菌培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）真菌培養(yǎng)基等，西安市化學(xué)試劑廠提供。

2ZFJ-150枝條粉碎還田機(jī)，河北中農(nóng)博遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn);SY-SLXGJ旋耕機(jī)，曲阜市啟民機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

在陜西省重大產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目、陜西省縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展重大研究項(xiàng)目的資助下，筆者所在團(tuán)隊(duì)于2016—2020年連續(xù)4年在陜西省白水縣美好家園現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)每年中所得數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，該園位于109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N，平均海拔約850 m，屬暖溫帶大陸性氣候，光照充足，晝夜溫差大。平均年降水量540 mL，無(wú)霜期 217 d，年日照時(shí)數(shù)2 397.3～2 641.2 h。土壤為黃綿土，土層深厚，中性偏堿。

果樹(shù)進(jìn)入休眠期后，將1～3行修剪的枝條平鋪在作業(yè)行中，要求枝條與樹(shù)干距離為25～30 cm，將微生物菌劑、豬糞、尿素、土壤調(diào)理劑均勻拋撒在枝條表面（表1），利用2ZFJ-150枝條粉碎還田機(jī)對(duì)枝條進(jìn)行粉碎處理，如果枝條過(guò)長(zhǎng)，可再粉碎1次，要求枝條長(zhǎng)度不超過(guò)3 cm，均勻分布在地面上。然后利用SY-SLXGJ旋耕機(jī)進(jìn)行旋耕，要求旋耕深度≥12 cm，3～5 d后噴灌1次，保證土壤水分含量。

1.3 測(cè)定方法

土壤溫度：自枝條直接還田肥料化之日起，每隔2個(gè)月按照“S”形取樣法確定測(cè)試點(diǎn)測(cè)定地下 20 cm 處的溫度，計(jì)算平均溫度。

枝條腐解率：每個(gè)取樣點(diǎn)劃15 cm×15 cm的方塊，取0～5 cm的土樣用分樣篩篩分收集枝條，用水洗劑后，在105 ℃的烘箱中烘至恒重稱質(zhì)量，按公式（1）計(jì)算枝條腐解率。

枝條腐解率=還田時(shí)枝條質(zhì)量-某一時(shí)期枝條質(zhì)量還田時(shí)枝條質(zhì)量×100%。（1）

土壤性質(zhì)測(cè)定：每個(gè)取樣點(diǎn)取0～20 cm的土樣，混合后立即測(cè)定微生物數(shù)量、漆酶活性、過(guò)氧化物酶活性，按照乙醇燃燒法測(cè)定土壤的水分含量;按硫酸-重鉻酸鉀油浴法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量;按環(huán)刀法測(cè)定容重。

蘋果質(zhì)量測(cè)定：蘋果成熟時(shí)每個(gè)處理隨機(jī)選5棵樹(shù)，按照東南西北中取20個(gè)蘋果，測(cè)定單果質(zhì)量、果實(shí)的硬度、橫經(jīng)。每個(gè)處理中隨機(jī)取20個(gè)蘋果，打漿后按照四分法取樣測(cè)定可溶性固形物含量、酸度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同還田模式對(duì)果園土壤溫度、水分含量的影響

2.1.1 土壤溫度 從表2可以看出，處理1～處理5每年9—12月至次年的1—2月地下20 cm處土壤平均溫度比對(duì)照高，而3—8月地下20 cm處土壤的平均溫度比對(duì)照低，說(shuō)明枝條還田具有調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，有利于果樹(shù)根系的越冬[9]。3—6月地下溫度低，可以推遲蘋果的開(kāi)花時(shí)間，避免倒春寒對(duì)蘋果的傷害[10]。其原因是枝條的導(dǎo)熱作用差，對(duì)外界溫度具有緩沖作用。

處理1～處理4，每年11—12月地下20 cm處土壤的平均溫度比處理5（單獨(dú)還田）高1.36 ℃，次年的1—2月比處理5高1.05 ℃，說(shuō)明處理枝條還田時(shí)施用豬糞或尿素調(diào)節(jié)碳氮比比單獨(dú)還田越冬效果好[11]。

處理1、處理2、處理4，每年9—10月和11—12月地下 20 cm 處土壤的平均溫度比處理3（單施尿素）分別高2.09 ℃和1.87 ℃，次年的1—2月比對(duì)照高（不還田）1.94 ℃，說(shuō)明枝條還田時(shí)施用豬糞比單施尿素的越冬效果好，3—6月處理1、處理2、處理4比處理3平均溫度低0.3 ℃，在一定程度上可以避免倒春寒對(duì)蘋果的影響。

2.1.2 土壤水分 從表3可以看出，處理1～處理5地下20 cm處土壤的平均水分含量比對(duì)照（不還田）高2.09%，說(shuō)明枝條還田增加了土壤的持水力，其原因是枝條降解過(guò)程中產(chǎn)生酸、醛、酮、酯等小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)分子中含有很多親水性強(qiáng)的基團(tuán)，增加了土壤的持水力，提高了果樹(shù)的耐旱性。

處理2、處理4在緩沖土壤溫度、增加土壤含水率方面均優(yōu)于其他處理，說(shuō)明枝條還田時(shí)添加尿素、豬糞調(diào)節(jié)碳氮比，添加微生物菌劑增加土壤中微生物數(shù)量對(duì)枝條直接還田肥料化是有益的。

2.2 不同還田模式對(duì)土壤微生物數(shù)量、木質(zhì)素降解酶活性、枝條腐解率、土壤有機(jī)質(zhì)含量、容重的影響

從表4可以看出，處理1～處理5土壤中微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）的數(shù)量、木質(zhì)素酶（漆酶、過(guò)氧化氫酶）活性、枝條腐解率、土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對(duì)照（除放線菌的處理5外），寒冷時(shí)土壤的溫度高于對(duì)照，炎熱時(shí)土壤的溫度低于對(duì)照，終年土壤的水分含量高于對(duì)照，溫度、水分含量是微生物生存的基本條件[12]。另外，外源加入的微生物菌劑增加了土壤中微生物的數(shù)量，豬糞（尿素）中的小分子物質(zhì)為微生物的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)。土壤調(diào)理劑加速了土壤團(tuán)聚體的形成，為好氧、兼性厭氧微生物的生長(zhǎng)提供了條件，有效抑制了土壤病源微生物的生長(zhǎng)和繁殖，調(diào)節(jié)了土壤微生物菌群的分布[13]。土壤中微生物的數(shù)量越多，生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的酶的活性越強(qiáng)，對(duì)枝條的降解作用越強(qiáng)，這就解釋了處理2比其他處理枝條腐解率高的原因。枝條是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成的，其中木質(zhì)素包裹在纖維素、半纖維素組成的纖維束表面，纖維素、半纖維素是由五碳糖、六碳糖經(jīng)δ鍵連接起來(lái)的大分子物質(zhì)，而纖維素是由苯環(huán)類化合物（對(duì)香豆醇、松柏醇、芥子醇）組成的復(fù)雜酚類聚合物，苯環(huán)是自然界很難降解的物質(zhì)[14]，一般以木質(zhì)素酶表征枝條降解酶。枝條降解過(guò)程中產(chǎn)生的親水性物質(zhì)增加了土壤的含水率及有機(jī)質(zhì)含量[15]，有機(jī)質(zhì)含量增加為微生物生長(zhǎng)提供了條件，微生物的活動(dòng)及土壤調(diào)理劑的加入，增加了土壤的孔隙率及土壤團(tuán)聚體的形成，降低了土壤的容重[16]。

處理1～處理5枝條的腐解率均達(dá)到40%，比高溫堆肥高10%以上[5]，其主要原因是堆肥的時(shí)間一般為1個(gè)月左右，而枝條還田肥料化的時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)吹日曬加速了枝條的腐解。處理1～處理3枝條腐解率均比處理5高，其原因是處理1、處理2、處理3在枝條還田時(shí)添加了自帶營(yíng)養(yǎng)的農(nóng)用微生物菌劑，其中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量比處理5分別高3.933×106、3.13×105、2.06×104 CFU/g。漆酶、過(guò)氧化物酶活性也比處理5分別高22.19、222.89 U/g。雖然處理4未加自帶營(yíng)養(yǎng)的農(nóng)用微生物菌劑，但比處理5微生物數(shù)量高，其原因是豬糞為土壤微生物的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)。

處理2枝條的腐解率最高，為80%，其原因一是枝條還田時(shí)增加氮源（豬糞、尿素）、補(bǔ)充微量元素（土壤調(diào)理劑）、添加微生物菌劑有助于枝條腐解。二是枝條完全腐解時(shí)間應(yīng)在1年以上，建議修剪時(shí)盡可能將2～3行的枝條集中在1個(gè)作業(yè)行，隔年交替還田，以保證枝條腐解。

2.3 不同還田模式對(duì)蘋果質(zhì)量的影響

從表5可以看出，處理1～處理5蘋果單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量、外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量方面均優(yōu)于對(duì)照，說(shuō)明枝條還田是一種培肥地力的重要方法[17]。處理2優(yōu)于其他處理，其原因是自帶營(yíng)養(yǎng)的微生物菌劑、豬糞、尿素、土壤調(diào)理劑的協(xié)同作用使得處理2的養(yǎng)分比其他處理多。施豬糞的處理組（處理1、處理2、處理4）普遍固形物含量、酸度高，蘋果味道厚實(shí)，酸甜可口。施土壤調(diào)理劑的處理組（處理2、處理3、處理4）果實(shí)硬度大，色澤比其他處理組更加紅潤(rùn)，感官質(zhì)量好，其原因可能是土壤調(diào)理劑中的Ca、Mg及其他微量元素的含量高，Ca含量高的水果一般硬度較大，一些微量元素是合成花青素、風(fēng)味物質(zhì)的輔酶[18]。結(jié)果表明，處理2為枝條最佳還田模式。

3 討論與結(jié)論

枝條還田具有緩沖地下20 cm處土壤溫度、蓄水保墑的作用，有利于根系的生長(zhǎng)，3—6月地下 20 cm 處土壤的溫度低于對(duì)照，推遲了蘋果的花期，避免了倒春寒對(duì)蘋果的影響。豬糞、尿素、自帶營(yíng)養(yǎng)微生物菌劑、土壤添加增加了土壤微生物的數(shù)量，提高了木質(zhì)素降解酶的活性，加速了枝條的腐解，增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低了土壤容重。

完善枝條還田措施是必須的，如枝條還田前，調(diào)節(jié)碳氮比（增施豬糞、尿素）、增加微生物數(shù)量（自帶營(yíng)養(yǎng)的微生物菌劑）、增施土壤調(diào)理劑，還田時(shí)采用枝條還田機(jī)破壞枝條的組織結(jié)構(gòu)，還田后采用旋耕機(jī)處理，使枝條均勻地分布在土壤中，增加枝條與土壤的接觸面積，有利于枝條的腐解，及時(shí)灌溉補(bǔ)充了土壤的水分含量，為微生物生長(zhǎng)營(yíng)造環(huán)境。

枝條還田比枝條堆肥更能提高枝條的腐解率，一般提高10%以上，最高可達(dá)80%，建議枝條還田時(shí)最好采用集中2～3行的枝條于作業(yè)行進(jìn)行還田，這樣可以減少枝條還田的費(fèi)用。枝條還田顯著提高了蘋果的單果質(zhì)量、產(chǎn)量，改善蘋果的質(zhì)量。

枝條還田集枝條收集、搬運(yùn)、堆肥、施肥于一體，大大降低了枝條肥料化的成本，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的培肥地力的好方法，解決了果農(nóng)用不起有機(jī)肥的技術(shù)難題，為蘋果提質(zhì)增效奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陜西省統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局陜西調(diào)查總隊(duì). 陜西統(tǒng)計(jì)年鑒—2020[M]. 北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2020.

[2]趙 鵬. 秸稈還田和枝條堆肥對(duì)梨園土壤性狀及梨果品質(zhì)的影響研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[3]李敏敏，安貴陽(yáng)，張 雯，等. 不同冬剪強(qiáng)度對(duì)喬化富士蘋果成花、枝條組成和結(jié)果的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（5）：126-129.

[4]于冬梅，戴永利，劉振盼，等. 平歐榛子達(dá)維1年生枝條主要營(yíng)養(yǎng)元素年動(dòng)態(tài)規(guī)律研究[J]. 遼寧林業(yè)科技，2012（3）：8-9，25.

[5]盧曉敏. 不同腐熟劑對(duì)葡萄枝條堆肥效果的影響[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

[6]范學(xué)山. 梨樹(shù)修剪枝條堆肥促進(jìn)早酥梨產(chǎn)量提高的機(jī)制初探[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[7]趙 鵬，詹國(guó)勤，徐加寬，等. 梨園秸稈和修剪枝條的還田效果研究[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，38（4）：610-616.

[8]陜西省市場(chǎng)監(jiān)督管理局. 蘋果枝條堆肥技術(shù)規(guī)程：DB61/T 1310—2019[S]. 2019.

[9]范學(xué)山，康亞龍，姜海波，等. 連續(xù)施用枝條堆肥對(duì)梨樹(shù)根系生長(zhǎng)及分布的影響[J]. 果樹(shù)學(xué)報(bào)，2017，34（10）：1274-1285.

[10]于忠范，王 盛，李興昌.魚蛋白有機(jī)肥防凍機(jī)理及其在果樹(shù)上的應(yīng)用[J]. 煙臺(tái)果樹(shù)，2004（4）：30-31.

[11]黃 潔. 有機(jī)肥在果樹(shù)栽培中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)果菜，2020，40（5）：124-126.

[12]孫馨宇，張 梟，張 鵬，等. 溫度、水分及有機(jī)物料對(duì)蘋果園土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化和微生物群落多樣性的影響[J]. 土壤通報(bào)，2018，49（4）：822-833.

[13]陶 林.土壤調(diào)理劑對(duì)土壤理化性狀與木薯產(chǎn)量效應(yīng)研究[D]. 南寧：廣西大學(xué)，2018.

[14]Feng C L，Zeng G M，Huang D L，et al. Effect of ligninolytic enzymes on lignin degradation and carbon utilization during lignocellulosic waste composting[J]. Process Biochemistry，2011，46（7）：1515-1520.

[15]Kong X，Wang C，Ji M.Analysis of microbial metabolic characteristics in mesophilic and thermophilic biofilters using Biolog plate technique[J]. Chemical Engineering Journal，2013，230：415-421.

[16]宋佳奇，索全義，趙炳全，等. 有機(jī)型沙地調(diào)理劑對(duì)沙土理化性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報(bào)，2018，49（4）：949-952.

[17]劉俊峰. 基于就地還田技術(shù)的果樹(shù)枝條處理機(jī)的研究[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[18]黃大建，趙 勤，胡 彬，等. 貴州優(yōu)質(zhì)構(gòu)樹(shù)果實(shí)品質(zhì)及礦質(zhì)元素分析[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā)，2017，38（13）：154-157.