蘋果枝條不同還田模式對果園土壤性狀及蘋果質(zhì)量的影響

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土壤溫度低于對照，故推遲了蘋果的花期，避免了“倒春寒”對蘋果的影響。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)此測算，2019年陜西省果樹鮮枝條產(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)帶來環(huán)境和安全隱患。

果樹枝條中含有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，堆肥過程微量元素會(huì)發(fā)生“濃縮效應(yīng)”[5]。范學(xué)山對修剪枝條堆肥促進(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)了梨樹根系生長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]。施用枝條堆肥對果樹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)對枝條進(jìn)行粉碎處理，如果枝條過長，可再粉碎1次，要求枝條長度不超過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”形取樣法確定測試點(diǎn)測定地下 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)測定：每個(gè)取樣點(diǎn)取0～20 cm的土樣，混合后立即測定微生物數(shù)量、漆酶活性、過氧化物酶活性，按照乙醇燃燒法測定土壤的水分含量;按硫酸-重鉻酸鉀油浴法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量;按環(huán)刀法測定容重。

蘋果質(zhì)量測定：蘋果成熟時(shí)每個(gè)處理隨機(jī)選5棵樹，按照東南西北中取20個(gè)蘋果，測定單果質(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照高，而3—8月地下20 cm處土壤的平均溫度比對照低，說明枝條還田具有調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，有利于果樹根系的越冬[9]。3—6月地下溫度低，可以推遲蘋果的開花時(shí)間，避免倒春寒對蘋果的傷害[10]。其原因是枝條的導(dǎo)熱作用差，對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月比對照高（不還田）1.94 ℃，說明枝條還田時(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照（不還田）高2.09%，說明枝條還田增加了土壤的持水力，其原因是枝條降解過程中產(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)量對枝條直接還田肥料化是有益的。

2.2 不同還田模式對土壤微生物數(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)含量顯著高于對照（除放線菌的處理5外），寒冷時(shí)土壤的溫度高于對照，炎熱時(shí)土壤的溫度低于對照，終年土壤的水分含量高于對照，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)為微生物的生長提供了營養(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提供了條件，有效抑制了土壤病源微生物的生長和繁殖，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，生長過程中產(chǎn)生的酶的活性越強(qiáng)，對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鍵連接起來的大分子物質(zhì)，而纖維素是由苯環(huán)類化合物（對香豆醇、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，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提供了營養(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)于對照，說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，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，3—6月地下 20 cm 處土壤的溫度低于對照，推遲了蘋果的花期，避免了倒春寒對蘋果的影響。豬糞、尿素、自帶營養(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，為微生物生長營造環(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)。

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