李 祥，王永平，王耀鳳，褚春年，孫喜軍，柯希恒，曾 橋

（1陜西科技大學化學與化工學院，中國輕工業(yè)輕化工助劑重點試驗室，西安 710021；2西安市農機監(jiān)理與推廣總站，西安 710061；3西安市農業(yè)技術推廣中心，西安 710061）

0 引言

2016—2020年，隨著環(huán)境保護力度的加大及農村能源結構的變化，枝條已逐步喪失昔日的燃料功能[1]。盡管開發(fā)了以枝條為基質的食用菌栽培[2]及畜禽飼料技術[3]，但由于枝條的纖維化程度及成分的差異，限制了這些技術的推廣應用，枝條基質化、飼料化率僅為16%～25%[4]。修剪是果樹提質增效的重要措施，一般果樹負載量與修剪量（鮮重）的比例為1:(0.6～0.8)[5]。以陜西省為例，2019年全省果樹栽培面積113.4×104hm2，產量1733.37×104t[6]，如按上述比例估算，全省每年枝條產量在1×107t以上。枝條不僅含有C、H、O、N、P、K等大量元素，而且還含有Ca、Mg、S、Fe、Zn、Mo、Mn等中、微量元素[7]。枝條肥料化還田技術不僅可以及時補充土壤有機質和中、微量元素的缺乏，解決果樹生長造成土壤營養(yǎng)失衡，腐爛病、輪紋病流行[8]，制約果業(yè)高質量發(fā)展的技術難題，而且可以解決枝條堆積在田間地頭，造成病蟲害傳播及火災隱患。次仁吉保等[9]以葡萄枝條和雞糞為原料，研究了添加菌劑及雞糞量對葡萄枝條堆肥進程及腐熟效果的影響，為冬剪葡萄枝條堆肥化處理奠定了基礎。劉麗麗等以桃枝條、柑橘枝條、羊糞、雞糞為供試材料，研究了果樹修剪枝條與畜禽糞便配比對枝條發(fā)酵有機肥的影響，發(fā)現柑橘枝條與羊糞按1:1的比例還田的效果最佳，可比單純施用柑橘枝條增產近1倍，并可顯著促進蘿卜地上部分和地下部分的生長。本論文以枝條、畜禽糞便為主要原料，采用正交實驗法系統(tǒng)研究了水分含量，畜禽糞便、尿素，微生物菌劑種類、枝條粉碎度等對枝條腐解率、木質素降解率、種子發(fā)芽指數的影響，優(yōu)化了枝條堆肥的技術參數。研究了N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn在堆肥過程中的變化給規(guī)律，比較了枝條有機肥與市售有機肥對土壤有機質含量及蘋果質量的影響。該研究為規(guī)范有機肥的生產、施用提供了依據，促進了枝條有機肥的健康發(fā)展，對打擊假冒偽劣有機肥、凈化有機肥市場具有一定的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

枝條：西安市農業(yè)技術推廣中心都市農業(yè)試驗站；豬糞：西安市長安區(qū)科道生豬養(yǎng)殖場；雞糞：西安市長安區(qū)綠生態(tài)養(yǎng)殖場；尿素，西安市農業(yè)技術推廣中心都市農業(yè)試驗站；FT有機肥發(fā)酵菌種（有效活菌數大于2×1010CFU/g），武漢豐甜生物科技有限公司；益菌寶（復合有機肥發(fā)酵劑，活菌含量大于2億個/g），湖南山河美環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?；貝佳有機肥發(fā)酵菌劑，山東貝佳生物科技有限公司；市售有機肥：楊凌綠農有機肥生產有限公司。1000型大型鋸末粉碎機：鄭州遠光機械有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗方法

（1）枝條堆肥條件的優(yōu)化。取粒度分別為0.5～2.5、2.5～4.5、4.5～6.5 cm粉碎處理的蘋果枝條，分別用豬糞、雞糞、尿素調節(jié)C/N為30:1。充分混合，將菌劑、玉米粉按1:10的比例混合后加入混合料，用水調節(jié)發(fā)酵料的水分含量為50%、60%、70%，將發(fā)酵料堆成長2 m、高0.6 m、下底寬1.5 m，上底寬0.6 m的梯形，用塑料布蓋嚴壓實。堆體中心溫度達到60℃時翻堆1次，90天后即為有機肥。以木質素降解率、枝條腐解率、種子發(fā)芽率為評價指標，以枝條粒度、氮源種類、微生物菌劑、水分含量為因素，采用L943正交試驗法，優(yōu)化枝條堆肥技術參數，試驗設計如表1所示。

表1 枝條堆肥試驗因素與水平

（2）枝條堆肥過程N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn、B變化。以粒度為0.5～2.5 cm的蘋果枝條為原料，用豬糞調節(jié)C/N比為30:1，加入1%的FT有機肥發(fā)酵菌種，充分混合，調節(jié)水分含量為60%，堆成梯形堆體，用塑料布蓋嚴壓實，中心溫度超過60℃時翻堆1次，90天后即為有機肥，用5點取樣法，取發(fā)酵前后樣品消解后測定其中N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn、B的含量。

（3）施肥肥效比較。2017—2019年連續(xù)3年在西安市農業(yè)技術推廣中心都市農業(yè)試驗站進行有機肥施用效果試驗。每個處理選3～4行，間隔3行，重復3次。處理1：按22.5～30 m3/hm2比例，于每年的11月到來年3月份采用穴施法施自制（枝條）有機肥；處理2：按22.5～30 m3/hm2比例，于每年的11月到來年3月份采用穴施法施市售有機肥（楊凌綠農有機肥生產有限公司）；對照：以不施有機肥，單施復混肥為對照，于每年8月份對每個處理隨機選5點(10 cm×10 cm)取0～10 cm的土樣，混勻后測定每個處理施肥后有機質的含量，蘋果成熟時每隔處理隨機選長勢基本一致果樹5棵，在前、后、左、右、中5個方位隨機采摘20個果子，每個方位采摘4個果子，測定單果重、硬度、可溶性固形物含量，并對其進行感官評價。

1.2.2 測試項目及方法

（1）木質素降解率。以枝條為主要原料的有機肥發(fā)酵基料的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素[11]。纖維素是葡萄糖經β-1.4糖苷鍵聚合而成的有機物，占植物的40%左右，半纖維素是由幾種不同類型的五碳糖、六碳糖構成的異質多聚體，占植物體的15%～35%，木質素由3種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網狀結構的生物高分子，占植物體的20%～30%[12]。

堆肥過程實質上就是在纖維素、半纖維素、木質素的降解過程中將礦質元素活化、產生氨基酸（酸）、酮、醛、酯類刺激素的過程，木質素是一類很難降解的大分子有機物，測定堆肥過程中木質素的降解率可以反映枝條的腐解程度。

按照5點取樣法，每隔一定時間，用取樣鏟在10、20、30、40、50 cm處取樣，將樣品混合均勻，在105℃下烘至恒重，測定木質素的含量。按式(1)計算木質素的降解率。

（2）發(fā)酵腐解率。堆肥過程中隨著纖維素、半纖維素、木質素的降解和CO2的釋放，堆體體積、質量不斷減小。按照式(2)計算發(fā)酵腐解率。

（3）種子發(fā)芽率。取發(fā)酵后的樣品與蒸餾水按1:10的比例混合，超聲萃取20～30 min，過濾，取5 mL濾液于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，放置30粒上海青種子，以蒸餾水為對照，重復3次，30℃培養(yǎng)2天，計算種子發(fā)芽率，并用游標卡尺測量種子的根長。按式(3)計算種子的發(fā)芽指數。（4）全氮、全磷測定。取0.3 g粉碎后的干燥樣品于消解管中，加入1 mL超純水，浸泡1 min，再加入8 mL硫酸：高氯酸(10:1)的混合液，消解管上蓋上小漏斗，從100℃開始每隔20 min調高20℃，200℃后直接調至280℃，消解至無色透亮即可結束，約需2.5 h，取出后冷卻至室溫，加入10 mL超純水，使其放熱，然后將消化液轉入100 mL的容量瓶中，用超純水定容，用AA3型流動分析儀測定全氮含量，用比色法測定全磷含量。

（5）K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn的測定。取1.0 g粉碎后的樣品加入消解管中，按照一定體積比加入硝酸和高氯酸，然后經由低到高(110～280℃)的升溫過程，當消化液顏色變?yōu)闊o色透亮時，取下消解架，自然冷卻，將消解液用超純水定容到50 mL的容量瓶中，用ICP等離子發(fā)射光譜儀測定。

2 結果與分析

2.1 枝條堆肥最佳參數的確定

按照表1及1.2.2中（1）～（3）的方法進行試驗，試驗結果如表2所示。

從表2可以看出：以木質素降解率為評價指標，對枝條堆肥的影響因素依次為：水分含量、氮源種類、粉碎度和微生物菌劑的種類，其最佳條件為：將粉碎度為0.5～2.5 cm的枝條與豬糞充分混合，調節(jié)碳氮比30:1，水分含量為60%、加入1%的貝佳發(fā)酵劑進行發(fā)酵；以發(fā)酵腐解率為評價指標，對枝條堆肥的影響因素依次為：水分含量、氮源種類、粉碎度及微生物菌劑的種類，其最佳條件為：將粉碎度為0.5～2.5 cm的枝條與豬糞充分混合，調節(jié)碳氮比30:1，水分含量為60%，加入1%的益菌寶菌劑發(fā)酵劑進行發(fā)酵；以種子發(fā)芽指數為評價指標，對枝條堆肥的影響因素依次為：水分含量、氮源種類、微生物發(fā)酵劑的種類及粉碎度，其最佳條件為：將粉碎度為0.5～2.5 cm的枝條與豬糞充分混合，調節(jié)碳氮比30:1，水分含量為60%，加入1%益菌寶菌劑發(fā)酵劑進行發(fā)酵。綜合以上數據，枝條有機肥堆肥的最佳條件為：將粉碎度為0.5～2.5 cm的枝條與豬糞充分混合，調節(jié)水分含量為60%、加入1%的貝佳發(fā)酵劑進行發(fā)酵。

表2 枝條堆肥正交試驗結果

水分含量為60%為堆肥的最佳水分含量，其原因是水是微生物生長、酶作用的介質，堆肥過程中水分含量過高，枝條、豬糞之間氧氣的濃度低，不利于好氧微生物的生長，好氧微生物是枝條腐解的主要菌群[14]；堆肥過程中水分過低，雖然枝條、豬糞之間氧氣的濃度相對較大，為好氧微生物的生長創(chuàng)造了條件，但由于好氧微生物繁殖速度快，產熱量大，堆體水分散失快，不利于微生物的生長和酶的作用。

豬糞、雞糞、尿素隨都能調節(jié)碳氮比，但豬糞、雞糞比尿素好，其原因是堆肥時豬糞、雞糞比尿素高溫持續(xù)時間長[15]。豬糞比雞糞好的原因是雞糞中抗生素的含量高[16]。

枝條粉碎度小，單位時間內吸水快，有利于微生物的生長；但粉碎度過小，枝條、豬糞之間的縫隙小，氧氣的濃度小，不利于好氧微生物的生長、繁殖，也因粉碎度小，造成能耗大，因此枝條堆肥時枝條粉碎度以0.5～2.5 cm為宜。

微生物菌劑對枝條堆肥影響不大的原因是所有的農用微生物菌劑都達到了國家標準，這也標志著中國微生物技術的進步。

2.2 枝條前后過程中N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn的變化

按照 1.2.1（2）及 1.2.2（4）、（5）中的方法進行試驗，試驗結果見表3。

由表3可以看出，枝條有機肥中N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn含量都有所增加，其中Mn含量增加最大，為63.67%，K含量增加最小，為29.94%，其主要原因是隨著堆肥的進行，微生物產生的纖維素、半纖維素、木質素酶將纖維素、半纖維素水解成五碳糖和六碳糖，供微生物生長、繁殖，木質素被水解為苯環(huán)類化合物，這些物質在酶的作用下，合成苯丙氨酸、色氨酸等植物刺激素，這個過程中伴隨著CO2的生成及熱的產生，堆體體積縮小，水分含量降低，其中的N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn含量增加[17]。其次，堆肥過程是微生物生長、繁殖、自溶的過程[18]，隨著堆肥的進行，堆體中N、P、K的濃度增加，以N增加最為明顯。再次隨著木質素、纖維素、半纖維素的降解，螯合在纖維素、半纖維素，木質素構成纖維結構中的微量元素被釋放出來，增加了有機肥中N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn含量。

表3 枝條堆肥前后中N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn的變化

2.3 施肥肥效比較

按照1.2.1中（3）的方法進行試驗，結果如表4所示。

由表4可以看出，以22.5～30 m3/hm2比例自制的有機肥或市售有機肥土壤的有機質含量均比單施復混肥的對照組高，其原因是有機肥中有機質的含量遠遠高于復混肥，施有機肥能增加土壤有機質的含量。有機肥在土壤中隨著風吹日曬及微生物的作用，未腐解的纖維素、半纖維素、木質素被降解，增加了土壤中有機質的含量。自制有機肥比市售有機肥更能增加土壤有機質含量的原因可能與本身的有機質含量有關。

施用有機肥蘋果的色澤紅潤、味道厚實、香氣宜人，自制有機肥更為突出，而單施復混肥的對照組蘋果味道單薄、寡淡，其原因可能是有機肥中各種營養(yǎng)物質(N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn)遠遠高于復混肥，微量元素是各種酶（花青素酶、風味酶）的輔酶[19-20]，能賦予果實艷麗的外觀和濃郁、厚實的味道、怡人的香氣。自制（枝條）有機肥能及時補充果樹生長從土壤中攫取的微量元素，使果樹健康，果品質量更佳。

由表4還可以看出，施有機肥（自制或市售）蘋果的單果重、硬度、可溶性固形物含量均明顯高于單施復混肥的對照組。其原因是有機肥是以有機質為主的多營養(yǎng)肥料，在發(fā)酵過程中產生了很多諸如氨基酸、醛、酮類植物刺激素，礦質元素（微量）的釋放刺激了酶的活性，加速了果實的生長及營養(yǎng)物質的積累。

表4 有機肥施用對土壤性質及蘋果質量的影響

3 討論與結論

枝條堆肥時粉碎度為0.5～2.5 cm的枝條與豬糞混合，使其碳氮比為30:1，水分含量為60%時，加入1%的有機肥發(fā)酵腐熟，經過升溫、高溫、降溫、后熟階段后，有機肥中木質素降解率、發(fā)酵腐解率、種子發(fā)芽率最大。

枝條堆肥伴隨著纖維素、半纖維素、木質素的降解，CO2的釋放，堆體體積縮小，N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn含量均不同程度增加，其中Mn含量增加最大，為63.67%，K含量增加最小，為29.94%。堆肥過程是大、中、微量元素富集的過程。

有機肥能顯著提高土壤中有機質的含量，改善果品質量。自制有機肥比市售有機肥在土壤有機質含量提升、蘋果內在質量改善方面具有更大的優(yōu)勢，其蘋果色澤紅潤、味道厚實、香氣宜人，且果實的可溶性固形物含量、硬度、單果重明顯提高。

枝條有機肥的開發(fā)為資源化利用果樹枝條提供了技術支持，對清潔果園環(huán)境，建設美麗鄉(xiāng)村，提高果品質量，規(guī)范有機肥市場，打擊假冒有機肥具有一定的現實意義。