果園土壤有機(jī)質(zhì)含量影響因素及提升管理策略*

孫馨宇，張 梟，王金碩，王 晶，李立才，李萬紅，秦嗣軍

（1通化市園藝研究所，吉林134001）（2沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院）

土壤有機(jī)質(zhì)為土壤中以碳、氮為主要成分的各類有機(jī)化合物[1]。有機(jī)質(zhì)中所含的碳即為土壤有機(jī)碳，農(nóng)田的碳儲量占土壤總碳儲量的8%～10%[2]。果樹產(chǎn)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，我國果園一般建在排水良好、土壤營養(yǎng)活力較低的山坡地或丘陵地，對此果農(nóng)多采用多施化肥的方法以保證樹體生長和經(jīng)濟(jì)效益的提升。多施化肥在短期內(nèi)效果明顯，但長期施用會產(chǎn)生果園土壤板結(jié)、肥效利用率低、樹勢衰弱、產(chǎn)量降低、生態(tài)環(huán)境惡化等極端結(jié)果[3-4]。對此，筆者綜述了果園土壤有機(jī)碳與土壤質(zhì)量的關(guān)系、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響因素及提升果園有機(jī)質(zhì)含量的管理策略，以期為提升果園土壤肥力，增加果園產(chǎn)量，提高果實品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益提供參考。

1 土壤有機(jī)碳與土壤質(zhì)量的關(guān)系

將土壤碳通量維持在一定水平時，是保證土壤生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)條件[5]。果園土壤中有機(jī)質(zhì)水平常通過影響土壤pH值、有效水分保持能力、土壤營養(yǎng)元素含量等土壤學(xué)特征來影響土壤質(zhì)量。李慶君等[6]調(diào)查山東省果樹主栽區(qū)的570份老果園土壤發(fā)現(xiàn)，氮、磷等大量元素富集、有機(jī)質(zhì)與微量元素含量低是導(dǎo)致果園土壤酸化的主要原因。土壤酸化常導(dǎo)致果園施肥利用率低、病蟲害加重、錳中毒及果樹根系缺氧等危害[7]。目前，果農(nóng)多采用土壤改良劑進(jìn)行酸堿中和，但不能從根本上解決土壤酸化問題。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH值之間呈顯著負(fù)相關(guān)[8]?？赏ㄟ^增加有機(jī)質(zhì)含量，將有機(jī)碳維持在一定范圍內(nèi)，保持土壤pH值相對穩(wěn)定[9]。土壤有機(jī)碳、氮的損失還與土壤結(jié)構(gòu)的退化聯(lián)系緊密[10]。有機(jī)質(zhì)疏松多孔的結(jié)構(gòu)有利于土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的通氣性和透水性[11-12]，從而有效提高果園土壤的保水能力，緩解山坡或丘陵地果園干旱時期的缺水現(xiàn)象。此外，土壤有機(jī)碳對土壤質(zhì)量的影響還表現(xiàn)在土壤中營養(yǎng)元素含量的變化上，營養(yǎng)元素含量會隨有機(jī)質(zhì)含量的升高而升高。

2 土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響因素

2.1 外源有機(jī)物料在土壤中的腐解特征

果園可用的有機(jī)物料包括商品有機(jī)肥、果園的生草還田及部分植物源有機(jī)物料（如秸稈、果樹修剪枝條等）。設(shè)法將這些過剩的有機(jī)物料合理地運(yùn)用到果園生產(chǎn)上，不僅能起到保護(hù)環(huán)境的作用，而且還可提高果園土壤肥力。相關(guān)研究表明，外源碳的添加對有機(jī)質(zhì)為代表的穩(wěn)定性碳有顯著影響[13]。秸稈覆蓋、枝條覆蓋均能增加土壤水溶性有機(jī)碳和微生物量碳的含量[14]。有研究表明，盡管施入土壤中有機(jī)物的種類及腐解動態(tài)均不同，但其規(guī)律基本一致：表現(xiàn)為前期分解較快，隨后逐漸變緩。1～3個月內(nèi)為快速分解階段，隨后分解速度逐漸變慢，持續(xù)2～3年，最后成為腐殖質(zhì)在土壤中積累[15-17]。

2.2 環(huán)境因子對土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解和轉(zhuǎn)化的影響

土壤溫濕度主要通過對外源有機(jī)碳的降解和有機(jī)碳礦化分解的作用來調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)含量。0 ℃以下有機(jī)質(zhì)分解速率較低[18]。0～35 ℃，低溫有助于土壤有機(jī)碳的積累；有機(jī)碳分解速度隨溫度升高而加快，從而使土壤碳庫降低[19]。土壤有機(jī)碳的主要分解者真菌[20]，對升溫所引起的溫度和水分脅迫較細(xì)菌的抵抗能力更強(qiáng)[21]。氣溫上升后，土壤微生物量中真菌的份額被提高[22]，致使土壤有機(jī)質(zhì)分解速率隨溫度升高而提高[23]。

土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤含水量具有一定的相關(guān)性，對蘋果園0～20 cm土壤進(jìn)行控溫控水條件培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，累計培養(yǎng)150 d時水分對有機(jī)質(zhì)含量的影響達(dá)顯著水平[24]，水溶性有機(jī)碳與土壤含水率呈顯著或極顯著正相關(guān)[25]。在干旱條件下常常引起微生物呼吸速率和生長量降低，真菌數(shù)量發(fā)生變化，微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[26]影響了有機(jī)碳的礦化速率。在干旱條件下，花期添加有機(jī)肥料可有效緩解水分對植物營養(yǎng)生長的脅迫，表明水分脅迫是導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低的主要原因[27]。在一定范圍內(nèi)（水田45%～90%的田間持水量，旱地45%～75%的田間持水量），提高含水量可以促進(jìn)旱地土壤有機(jī)碳的礦化，有利于養(yǎng)分的釋放，但對土壤活性有機(jī)碳無促進(jìn)甚至有抑制作用[28]。

2.3 土壤生物因子在土壤碳循環(huán)中的驅(qū)動作用

土壤微生物在土壤中能量和養(yǎng)分循環(huán)等生化過程中起著重要的調(diào)控作用[29]，被作為預(yù)警早期土壤總有機(jī)質(zhì)及活性有機(jī)質(zhì)的變化指標(biāo)。土壤微生物對不同碳源的利用情況，可反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動中的協(xié)同與競爭作用[30-31]。微生物生物量碳及其群落功能多樣性與土壤有機(jī)碳呈顯著相關(guān)[32-33]。程存剛等[34]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果園土壤中加入葡萄糖小分子有機(jī)物后，微生物數(shù)量增加，添加的外源有機(jī)物分解速度加快。有研究表明，長期較高的施肥和管理水平下，微生物群落功能多樣性豐富，代謝熵較低，而微生物對碳源的利用效率較高[35]，土壤礦化速率較快。施用適量有機(jī)肥能顯著影響5年蘋果園土壤真菌群落中優(yōu)勢菌的分配及15年蘋果園土壤真菌群落的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高幼樹的長勢及成齡樹的果實品質(zhì)[36]。微生物群落的結(jié)構(gòu)變化及有害微生物的積累會導(dǎo)致連作障礙的發(fā)生。蘋果、桃等果樹的根系分泌物、植株殘體腐解產(chǎn)物等產(chǎn)生的化感作用，會對再植的果樹根系造成毒害[37]，可通過施用微生物有機(jī)肥來改善土壤環(huán)境及根際微生物群落結(jié)構(gòu)，增加有益菌數(shù)量，緩解連作土壤的危害[38]。

3 維持或提高果園土壤有機(jī)質(zhì)的管理策略

3.1 大量增施農(nóng)家肥的同時建議增施商品有機(jī)肥

目前以家庭或合作社為主的果園生產(chǎn)過程中，仍提倡大量增施農(nóng)家肥，但應(yīng)有所轉(zhuǎn)變，即由原來簡單施農(nóng)家肥轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸庾R地收集可利用資源，進(jìn)行肥力更高的自制堆肥。對于公司建園或有一定經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的果園，建議施用商品有機(jī)肥。商品有機(jī)肥可均勻持久地為果樹提供多種有機(jī)養(yǎng)分，除基本營養(yǎng)元素氮、磷、鉀外，還可提供一定的中量、微量元素。有機(jī)肥具有改良土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤通氣性、滲透性、吸附性和緩沖性等作用，可緩解因長期使用化肥而造成的土壤板結(jié)，提高難溶性磷酸鹽的有效性。此外，增施有機(jī)肥還有利于土壤中有益微生物（如固氮菌、硝化菌）的大量繁殖，增強(qiáng)土壤活性。有機(jī)肥與氮、磷、鉀化肥配施可改善土壤性質(zhì)，提高產(chǎn)量[39]，同時能有效降低化肥、農(nóng)藥的使用量，在實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)的同時為農(nóng)民節(jié)省開支。

3.2 秸稈還田技術(shù)

秸稈還田通常采用物理粉碎或微生物降解后直接還田，或?qū)⒔斩捦ㄟ^熱處理轉(zhuǎn)化為生物炭后還田，可起到緩解土壤板結(jié)、調(diào)節(jié)土壤溫濕度[40]、改善土壤理化性質(zhì)等作用，可明顯提高0～20 cm土層中有機(jī)質(zhì)含量[41]。果園中常見的秸稈利用方式包括開溝填埋、覆蓋及穴貯肥水等。開溝填埋一般在每年秋季采收后，果樹行間開45 cm寬的深溝，將秸稈埋入壓實。采用秸稈覆蓋，土壤中的有機(jī)肥可增加5.85%～128.17%[42]。樹盤覆蓋厚度一般為10～20 cm；行間覆蓋則是將秸稈覆蓋在果樹行間，覆蓋寬度可根據(jù)果樹行株距而定。秸稈覆蓋還需注意保證覆蓋厚度，并及時填充，將腐爛的秸稈適當(dāng)?shù)胤胪林校⒆⒁馀c樹干周圍留有一段距離。穴貯肥水一般在每年春季果園土壤化凍后，于果樹樹盤內(nèi)挖4個40 cm×50 cm的圓柱狀穴，將泡透水的秸稈切段打捆后插入穴中壓實。穴上覆膜，穴口四周蓋土，穴中央扎小孔收集雨水。該技術(shù)可提高產(chǎn)量、明顯改善果實品質(zhì)，較常規(guī)栽培平均增產(chǎn)29.6%[43]。

3.3 果園生草

草的根系分泌物及殘根對微生物活動有促進(jìn)作用[44]，土壤平均礦化速率較清耕提高33%以上[45]。研究表明，獼猴桃園有機(jī)質(zhì)含量隨著生草年限的遞增而提高，其中行間生黑麥草土壤有機(jī)質(zhì)含量由第1年的14.88 g/kg增至第3年的28.89 g/kg[46]。草種根系和地上部分還可為果園土壤提供豐富的有機(jī)碳源。果園生草有自然生草和人工生草2種方式。自然生草將園內(nèi)惡性雜草清除，保留自然雜草，對不能形成完整地塊部分可采用人工生草補(bǔ)種，生長季節(jié)適時刈割，留茬高度保持在15～20 cm為宜[47]，可將刈割的雜草放置于樹盤下，待其腐爛分解后轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥供果樹利用。人工生草播種時期選在春夏秋季均可，由于春季人工種植草種易被雜草淹沒，所以一般選擇秋季播種更為適宜。播種前應(yīng)清除行間雜草，采用行間條播，細(xì)小的草種可與細(xì)沙等攪拌均勻后一起撒播。苗期要勤除雜草，生長期應(yīng)合理施肥（主要以氮肥為主）灌水，確保一定的生長量和覆蓋效果，并注意防治病蟲害。對于因長期實行生草對果園表層土壤造成的板結(jié)現(xiàn)象，可采用先隔行耕翻，次年耕翻剩余的行[47]。

3.4 果樹枝條堆肥還田

大多數(shù)果樹需要連年修剪，全國年產(chǎn)生殘枝量約2 263.38萬t[48]。過去果園機(jī)械化程度較低，修剪下的枝條大多被果農(nóng)當(dāng)成“廢棄物”丟棄或焚燒處理，造成大量植物源有機(jī)碳的浪費及環(huán)境污染[49]。隨著機(jī)械化程度的提升，精細(xì)化修剪產(chǎn)生的細(xì)小枝條便于機(jī)械粉碎堆肥，實現(xiàn)果園廢棄物的綜合利用，提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量。研究發(fā)現(xiàn)[50]，梨樹修剪枝條堆肥還田后可顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量、土壤微生物數(shù)量和微生物量碳、氮含量。果園修剪后，利用粉碎機(jī)將枝條粉碎成2 cm左右的碎片，與秸稈等可腐熟農(nóng)林廢棄物混勻，適量添加外源氮素調(diào)整枝條堆肥碳氮比（20～40∶1較為合適）。施用復(fù)合菌劑，將充分混合均勻的堆肥物料置于地勢平坦朝陽、取水容易的地方進(jìn)行堆制，覆蓋塑料薄膜控制堆內(nèi)溫度。發(fā)酵過程中堆內(nèi)50～70 ℃高溫，可有效殺死堆肥原料中的有害病菌、草種及蟲卵。堆肥過程中，控制相對含水量為50%～70%。7～10 d后充分翻堆，伴隨菌絲生長，堆肥物料開始逐漸腐熟；20～25 d后再次翻堆，使堆肥物料充分腐熟。腐熟后，堆肥物料呈現(xiàn)黑褐色，較有彈性，干后容易破碎。腐熟枝條可撒施于果樹樹盤外1/3根系分布區(qū)域，樹冠小的要施到樹冠投影處。

4 結(jié)語

目前，土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低的現(xiàn)狀，對我國果園生產(chǎn)和發(fā)展的影響不容小覷。在實際生產(chǎn)中，果農(nóng)為提高效益，在果園管理中時常出現(xiàn)化肥的不合理施用現(xiàn)象，造成化肥使用效率降低，成本升高，大氣環(huán)境、土壤等嚴(yán)重污染，果實品質(zhì)下降等不良后果。對此，可通過有機(jī)肥施用技術(shù)培訓(xùn)等社會化服務(wù)，提升果農(nóng)的科學(xué)管理意識，合理配施有機(jī)肥。充分利用現(xiàn)有資源，采用秸稈還田、枝條堆肥還田技術(shù)等農(nóng)藝措施，提高農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用率，結(jié)合果園生草等管理模式增加果園碳返還量。通過上述措施可有效維持或提高果園土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤肥力，起到化肥減量增效的作用，為促進(jìn)我國果園穩(wěn)步持續(xù)健康發(fā)展提供保障。