有機(jī)物料對梨園土壤養(yǎng)分及根系發(fā)育的影響*

汪曉謙，邵竹松，周家一，杜國棟

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧110866）

土壤質(zhì)量是生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)維持生物生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量及促進(jìn)植物健康的保障，不同土地利用方式和管理措施深刻影響著土壤質(zhì)量變化的方向和幅度[1]。長期以來，我國梨園的施肥管理處于不科學(xué)不合理的狀態(tài)。目前，多數(shù)梨園存在優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源匱缺、施用比例過低及不合理施肥等問題，嚴(yán)重影響了梨樹樹體發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提升，制約著梨產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[2-4]。另一方面，梨園土壤黏重、緊實(shí)度大、孔隙度小及積水等常導(dǎo)致土壤通氣性變差，影響根系呼吸，不利于梨樹健康生長以及產(chǎn)量、品質(zhì)的形成[5-6]。因此，探索提高果園肥力的實(shí)用措施，是當(dāng)前果園土壤管理中亟需解決的主要問題。

面臨現(xiàn)代果園越來越高的生產(chǎn)成本壓力，節(jié)本增效是解決上述問題的切實(shí)可行的途徑之一。研究表明，廢棄物還田可以有效地補(bǔ)充土壤碳損失，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中改善土壤質(zhì)量的重要方式之一[7]。另外，垂直孔施肥可滿足果樹下層根系水分、養(yǎng)分及通氣需求，與傳統(tǒng)果樹施肥方式相比，增加了肥料利用效率，也利于果園的抗旱保墑[8]。為了兼顧果園土壤改良和促進(jìn)有機(jī)廢棄物合理利用，本研究以腐解的廢棄梨樹枝條及玉米秸稈為材料，研究垂直施用廢棄有機(jī)物料對秋子梨梨園土壤及根系發(fā)育的影響，以期為果園施肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019 年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)秋子梨示范園（北緯41°49′，東經(jīng)123°34′）進(jìn)行，海拔76.2 m，屬于溫暖帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。梨園為3～4 年生梨樹，行株距為2 m×1 m，土壤類型為棕壤土。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 有機(jī)物料的高溫分解與堆置

收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中丟棄的梨樹枝條和玉米秸稈，使用粉碎機(jī)粉碎至1.5 cm 左右，加入小分子有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)（糖蜜）作為好氧微生物繁殖介質(zhì)，調(diào)整C/N比為25～30∶1。為加快堆肥的腐解效果，將含1%枯草芽孢桿菌的復(fù)合菌劑施入有機(jī)物料中，控制有機(jī)物料水分含量為60%左右，并在攪拌好后的梨樹枝條和玉米秸稈上覆一層塑料薄膜，進(jìn)行高溫、無害化發(fā)酵處理。在發(fā)酵過程中每15 d 進(jìn)行1 次翻堆，發(fā)酵120 d 后備用。表1 為不同有機(jī)物料充分發(fā)酵腐熟后微生物量碳氮及重金屬含量，其含量均在國家試行標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

表1 有機(jī)物料腐解后的養(yǎng)分及重金屬含量

1.2.2 有機(jī)物料的施用及試驗(yàn)樣品采集

（1）有機(jī)物料的施用。試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)處理，即腐解的梨樹枝條、玉米秸稈及化學(xué)源肥料對照。將發(fā)酵后的梨樹枝條及玉米秸稈分別裝入直徑為20 cm、高為60 cm 的可降解無紡布營養(yǎng)袋中，取果園中同等體積的土壤作為對照，同時(shí)將比例為3∶2∶3∶1 的尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硝酸銨鈣肥，共90 g 混入袋中。2019 年3 月，將營養(yǎng)袋在距樹干50 cm 處鉆孔施入，每株樹1 個(gè)孔，每處理重復(fù)3次。

（2）土壤的采集。于施用半年后的9 月進(jìn)行土樣采集，分別在距孔壁20 cm 處挖取0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤。土壤樣品進(jìn)行含水量的測定，其余部分風(fēng)干過篩處理后用于土壤化學(xué)指標(biāo)的測定。

（3）根系的采集。當(dāng)年9 月，在孔口外延30 cm處收集長80 cm、寬60 cm、深60 cm 處的全部根系。取部分根系生長點(diǎn)測定根系活力，其余根系用于其他指標(biāo)的測定。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤指標(biāo)的測定

（1）土壤含水量的測定。采用烘干法測定土壤含水量，計(jì)算公式如下。

土壤含水量（%）=［（原土重-烘干土重）/烘干土重］×100

（2）土壤理化性質(zhì)測定[9]。采用重鉻酸鉀稀釋熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量；采用碳酸氫鈉浸提法測定土壤速效磷含量；采用原子吸收法測定土壤速效鉀含量。

（3）土壤酶活性測定。采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性[10]；采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性[10]；采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性[11]。

1.3.2 根系指標(biāo)的測定

稱量單位土壤體積根系干鮮重量；使用根系掃描儀測定根系形態(tài)；采用TTC 法測定根系活力[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 軟件進(jìn)行差異顯著性分析，使用Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 垂直施用有機(jī)物料對土壤含水量的影響

如圖1 所示，在0～20 cm 和40～60 cm 土層，梨樹枝條和玉米秸稈處理的土壤含水量均顯著增加；而在20～40 cm 土層，玉米秸稈處理的土壤含水量顯著增加，梨樹枝條處理的土壤含水量與對照差異不顯著。整體來看，施用梨樹枝條和玉米秸稈均具有一定的保水能力，玉米秸稈處理的保水能力較梨樹枝條的效果更明顯。

圖1 垂直施用有機(jī)物料對土壤含水量的影響

2.2 垂直施用有機(jī)物料對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

如圖2 所示，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度逐漸降低，施用有機(jī)物料后不同土層的有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的提升。在0～20 cm 土層，梨樹枝條與玉米秸稈處理的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于對照，分別提高了6.24%和8.85%，說明施用有機(jī)物料有助于提高0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的碳結(jié)構(gòu)。而在20～40 cm 土層玉米秸稈處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，在40～60 cm 土層梨樹枝條處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，說明2 種處理對深層土壤的有機(jī)質(zhì)含量提升作用存在差異。

圖2 垂直施用有機(jī)物料對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.3 垂直施用有機(jī)物料對土壤速效養(yǎng)分的影響

如圖3 可知，在不同土層中，施用有機(jī)物料處理均顯著提高了土壤堿解氮含量，其中20～40 cm土層中的效果最為顯著，梨樹枝條和玉米秸稈處理的堿解氮含量分別較對照提高了33.02%和47.30%。而有機(jī)物料處理對土壤速效磷的作用效果主要集中在0～20 cm 和20～40 cm 土層。其中，0～20 cm土層中，梨樹枝條和玉米秸稈處理的速效磷含量與對照相比分別提高了47.12%和57.14%。在不同土層，玉米秸稈處理均可顯著提升土壤速效鉀含量。在20～40 cm 土層，玉米秸稈處理的速效鉀含量與對照相比提高了17.91%。

圖3 垂直施用有機(jī)物料對土壤速效養(yǎng)分的影響

2.4 垂直施用有機(jī)物料對土壤酶活性的影響

如圖4 可以看出，施用有機(jī)物料均可以顯著提高不同土層的土壤酶活性，其中對脲酶活性的影響最大。在20～40 cm 土層中，梨樹枝條和玉米秸稈處理的脲酶活性分別較對照提高了 127.10%、159.19%，施用玉米秸稈處理的作用效果整體好于梨樹枝條處理。另一方面，有機(jī)物料施用也可以顯著提升蔗糖酶活性，在0～20 cm 土層中，2 個(gè)處理的蔗糖酶活性均顯著高于對照，分別提高了33.39%、52.17%。在過氧化氫酶活性方面，梨樹枝條處理的效果更好，在40～60 cm 土層中，其酶活性較對照提高了19.35%。

圖4 垂直施用有機(jī)物料對土壤酶活性的影響

2.5 垂直施用有機(jī)物料對根系形態(tài)及功能的影響

由表2 可以看出，梨樹枝條處理后的單位土壤體積根系長度、表面積、總體積、根尖數(shù)較對照分別提高了74.64%、91.51%、109.88%和91.32%，玉米秸稈處理的單位土壤體積根系表面積、根系總體積和根系平均直徑分別較對照提高了70.72%、413.58%和200.00%。因此，梨樹枝條處理對于根系發(fā)育的作用更加全面。

表2 垂直施用有機(jī)物料對根系形態(tài)的影響

由表3 可以看出，施用有機(jī)物料能顯著提高根系質(zhì)量。梨樹枝條和玉米秸稈處理的單位土壤體積根系鮮重較對照分別提高了183.14%、207.84%，根系干重分別提高了159.50%、191.06%，而根系活力間的差異并不顯著。

表3 垂直施用有機(jī)物料對根系功能的影響

3 討論與結(jié)論

枝條和秸稈還田，可增強(qiáng)土壤的保肥和供肥能力，改善果樹根系發(fā)育的土壤條件，提高樹體營養(yǎng)水平[13]。結(jié)合鉆孔施肥，可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的緩慢釋放，提高土壤的緩沖能力，有利于保水保肥[14]。本試驗(yàn)使用垂直施肥方式研究了不同有機(jī)物料對土壤的影響，結(jié)果表明，施入腐解后的梨樹枝條和玉米秸稈均可增加土壤養(yǎng)分，提高肥力。其中，玉米秸稈堆肥能顯著提高0～40 cm 土層的土壤含水量和有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分（堿解氮、速效磷、速效鉀）含量，而施入梨樹枝條堆肥則能顯著提升40～60 cm 土層的土壤含水量和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷含量。黃萍等[8]研究發(fā)現(xiàn)，鉆孔為土壤氣體擴(kuò)散和交換提供通道，鉆孔后填充玉米秸稈、果樹枝條等有機(jī)物料可提高土壤含水量、增加有機(jī)質(zhì)含量，利于改善土壤通氣狀況。這與本研究結(jié)果是一致的。

土壤酶參與土壤的養(yǎng)分循環(huán)過程，其活性與土壤肥力直接相關(guān)[15]。已有研究表明，施入有機(jī)物料不僅可增加土壤養(yǎng)分及碳源，對于土壤中微生物活性也有顯著的激發(fā)作用，從而促進(jìn)土壤酶活性的提升[16]。本試驗(yàn)中，施用不同有機(jī)物料均可顯著提高梨園不同土層的土壤酶活性，其中，玉米秸稈對脲酶活性的作用效果更顯著，而梨樹枝條可顯著提升土壤中過氧化氫酶活性。

施肥不僅影響土壤養(yǎng)分，對根系的生長發(fā)育及分布也有明顯的調(diào)節(jié)作用[17-19]。本試驗(yàn)研究表明，施用梨樹枝條堆肥的單位土壤體積根系長度、根系表面積、根系總體積、根尖數(shù)均較對照顯著增加，而施用玉米秸稈堆肥的單位土壤體積根系表面積、根系總體積和根系平均直徑均較對照顯著增加。黨祝慶等[20]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料的施用有利于促進(jìn)果樹根系的生長，這與本研究結(jié)果一致。

綜合來看，梨樹枝條堆肥和玉米秸稈堆肥的施用效果存在一定差異，這可能與其成分、結(jié)構(gòu)及腐熟進(jìn)程存在差異有關(guān)。但2 種有機(jī)物料的施用均增加了不同土層的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤酶活性，并可有效促進(jìn)根系的生長發(fā)育。本研究采用機(jī)械鉆孔，結(jié)合施入有機(jī)物料，能改善土壤和補(bǔ)充養(yǎng)分，操作方便，可以為梨園土壤改良提供新的參考。