果園廢棄枝條資源化再利用探討

杜宏儒，韓建國(guó)，馮楷斌，巴金磊，鮑民湖，王建強(qiáng)，劉冬楠，陳柏華*

（1.承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北承德 067000；2.河北科技師范學(xué)院，河北秦皇島 066004）

中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間存在嚴(yán)重矛盾，其中，農(nóng)業(yè)面源污染問題尤為突出。農(nóng)業(yè)廢棄物由植物類廢棄物、動(dòng)物類廢棄物、動(dòng)植物產(chǎn)品加工廢棄物和農(nóng)村居民生活排放垃圾共同構(gòu)成。怎樣變廢為寶，對(duì)廢棄資源合理開發(fā)再利用，于生態(tài)建設(shè)和實(shí)現(xiàn)增收都有現(xiàn)實(shí)意義。相關(guān)學(xué)者調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)年均農(nóng)林廢棄物總和約20 億t[1]，農(nóng)、林、牧、漁業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，對(duì)環(huán)境及生態(tài)造成污染與破壞急需解決，清潔生產(chǎn)刻不容緩[2]。在果樹生產(chǎn)中，修剪是調(diào)節(jié)樹體結(jié)構(gòu)、平衡樹勢(shì)、調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)、均衡果樹產(chǎn)量有效手段之一[3]。北方果園夏、冬季修剪，機(jī)械作業(yè)產(chǎn)生的大量枝條及剔除的老弱病株，是果園廢棄物主要來源之一[4]，2021 年承德市地區(qū)經(jīng)濟(jì)林廢棄物約為5.93 萬(wàn)t。目前，國(guó)內(nèi)廢棄枝條處理方式主要分為堆放、掩埋和焚燒，而堆放在果園的廢棄枝條是果樹病、蟲寄主，也成為果園火災(zāi)重大隱患，既不科學(xué)也不安全[5]。研究顯示不同果樹枝條中均含有大量蛋白質(zhì)、糖類、木質(zhì)素、纖維素等有機(jī)質(zhì)和各種無機(jī)養(yǎng)分[6]，不僅富含生物能源，還蘊(yùn)含K、Na、Ca、Mg 等元素，有著養(yǎng)分含量高，有害物質(zhì)少，開發(fā)利用性強(qiáng)等特點(diǎn)[7]。從提高資源循環(huán)利用率角度來看，林木廢棄枝條具有一定的開發(fā)潛力和利用前景，因此切實(shí)有效處理果園廢棄枝條，可以起到合理利用資源，提升經(jīng)濟(jì)效益的效果，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)果園清潔生產(chǎn)的重要途徑之一。

1 果園枝條再利用研究現(xiàn)狀

1.1 漚制成肥

利用林木廢棄物殘?jiān)牧纪寥酪殉蔀槟壳皬U棄枝條再利用和土壤改良研究的重點(diǎn)[8]。何緒生等[9]提出，廢棄枝條還田前應(yīng)粉碎至3 mm 左右，Milinkovic 等[10]提出應(yīng)處理至5.5～10.0 mm 左右，一般粉碎枝條還田長(zhǎng)度不宜超過5 cm[11]。張秋月等[4]將山定子、海棠蘋果枝條用粉碎機(jī)加工成長(zhǎng)、寬度分別小于40、20 mm，厚度小于5 mm 的細(xì)碎粉末，破碎枝條粉碎物覆蓋到樹行下，撒施于土表后深翻，也可以開溝條狀施入，30 d 左右即漚制成肥，與化肥相結(jié)合可在生長(zhǎng)季任何時(shí)間施用，具有緩慢釋放養(yǎng)分的特性，可穩(wěn)定土壤溫度，增加土壤含水量，改善土壤中微生物群落的多樣性。杜朋朋[12]研究顯示蘋果枝條就地發(fā)酵施用，可起到減少污染、培肥地力、增加收益的作用，施肥后樹體萌芽力、成枝力及果實(shí)各項(xiàng)生理指標(biāo)均高于對(duì)照。范學(xué)山等[13]連續(xù)4 年對(duì)施用梨樹修剪枝條漚制堆肥與施用化肥、羊糞進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示施用枝條堆肥，顯著降低土壤pH，增加土壤堿解氮、速效磷及速效磷含量，土壤有機(jī)質(zhì)升高；樹體主根增長(zhǎng)，吸收根增加，同時(shí)單果重增加，樹體產(chǎn)量增加，果實(shí)可溶性固形物及糖酸比均有提升。汪曉謙等[14]將梨樹枝條粉碎為1.5 cm 左右，加入小分子有機(jī)物質(zhì)蜜糖，發(fā)酵過程每15 d 翻動(dòng)1 次，發(fā)酵120 d 后還田，調(diào)查結(jié)果顯示，土壤中過氧化氫酶活性有效提升。劉莉等[15]將梨樹枝條粉碎還田，結(jié)果表明梨園土壤礦質(zhì)元素含量和有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，土壤酶活性增加，促進(jìn)了新生枝條生長(zhǎng)率，果實(shí)品質(zhì)提升。廢棄枝條堆肥處理是園藝廢棄物資源再利用有效方式之一[10]，同時(shí)對(duì)于植物生長(zhǎng)及土壤改良均有促進(jìn)作用[9]。

1.2 加工成食用菌培養(yǎng)基質(zhì)

水果市場(chǎng)行情波動(dòng)大，價(jià)格時(shí)高時(shí)低，加上農(nóng)資價(jià)格上漲，種植成本增加，水果種植風(fēng)險(xiǎn)增大，因此，如何節(jié)約成本增加收益，是關(guān)乎果農(nóng)生存的關(guān)鍵問題。近些年將廢棄枝條加工成食用菌培養(yǎng)基質(zhì)的技術(shù)已日趨成熟。2021年市場(chǎng)上枝條粉碎機(jī)價(jià)格500 元左右到5 萬(wàn)元不等，生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際需要，資金大小選擇合適機(jī)型。覃亞琦等[16]調(diào)查研究，提出了1.25 kg 果樹廢枝可加工成1 根菌棒用以培養(yǎng)黑木耳，對(duì)于大型廢棄枝條再利用而言前景廣闊。范麗軍等[17]對(duì)水蜜桃枝進(jìn)行條曬干粉碎處理，提出在原料上代替常規(guī)木屑栽培黑木耳，既可以節(jié)約木材原料，還可以提高菌棒抗?fàn)€棒能力，從原料上切實(shí)有效促進(jìn)黑木耳產(chǎn)業(yè)可持續(xù)良性發(fā)展。徐建俊等[18]以桑枝木屑和雜木屑進(jìn)行栽培香菇對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果顯示桑枝木屑栽培香菇產(chǎn)量比雜木屑栽培香菇產(chǎn)量低6.4%，但脂肪含量、纖維含量、多糖含量分別是雜木屑栽培的1.82 倍、1.01 倍、1.34 倍，重金屬含量為雜木屑栽培的11.3%，鈣、鎂、鋅、鐵含量均高于雜木屑栽培香菇，可見桑枝木屑栽培香菇營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值均高于雜木屑栽培香菇。尹淑麗等[19]試驗(yàn)證實(shí)核桃枝條木屑是一種優(yōu)良碳氮源，可為香菇生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分，促進(jìn)菌絲生長(zhǎng)。楊杰等[20]將棗樹木屑添加到香菇培養(yǎng)菌棒中，棗木屑占比21%時(shí)，生物學(xué)效率提高18.1%，可保持出菇均衡及提高單生菇比例。王秀清等[21]將蘋果枝木屑代替硬雜木栽培香菇試驗(yàn)中，在產(chǎn)量和品種方面都表現(xiàn)較優(yōu)。伍淑樹[22]提出利用葡萄廢棄枝條參與制作香菇菌棒，可起到保護(hù)環(huán)境節(jié)約成本效果。綜上，果樹廢棄枝條加工成食用菌培養(yǎng)基質(zhì)大有可為。

1.3 覆蓋還田

廢棄枝條覆蓋林間可以阻擋陽(yáng)光直射地面，穩(wěn)定土壤溫度，減少土壤水分蒸發(fā)及增加土壤中微生物菌落多樣性，有利于土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[23]。鄭生宏等[24]對(duì)茶樹修剪枝條再利用做出探討，提出將殘枝覆于行間，可起到防止雜草生長(zhǎng)及保水作用。呂三三[25]研究顯示，蘋果枝條粉碎混勻還田效果優(yōu)于枝條直接覆蓋還田，可起到穩(wěn)定土壤溫度、保持土壤含水量、改善土壤理化性質(zhì)作用，隨著還田時(shí)間的延長(zhǎng)，表層土壤中側(cè)根生長(zhǎng)量較高。李志剛等[26]探討了林木枝條覆蓋對(duì)于沙化土壤改良影響，將粉碎后枝條翻埋覆蓋，第1 年顯著改善土壤理化結(jié)構(gòu)，土壤養(yǎng)分含量如全氮、全磷、全鉀等，以及微生物活性均得到提高，第2 年土壤呼吸強(qiáng)度、有機(jī)碳含量和酶活性均有所提高，同時(shí)顯著增加了土壤pH。周江濤等[27]將蘋果枝條粉碎覆蓋還田，研究顯示覆蓋處理土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，土壤中堿解氮、速效磷含量低于對(duì)照（清耕），速效鉀含量高于對(duì)照；試驗(yàn)期間土壤蔗糖酶活性較對(duì)照而言表現(xiàn)為先升高后降低，過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為先降低后升高。張茹等[28]將檸條覆蓋于草地，結(jié)果顯示不同覆蓋處理土壤水分含量均高于對(duì)照（無覆蓋），隨著覆蓋厚度增加，土壤保持水分能力越強(qiáng)，在牧草生長(zhǎng)季覆蓋，有效降低草地0～10 cm 土層溫度，且上午8：00，下午14：00、18：00 土壤溫度隨著覆蓋厚度的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；還提出覆蓋檸條可緩沖土壤溫度，有利于牧草生長(zhǎng)，試驗(yàn)調(diào)查了蒙古冰草、牛枝子和沙打旺牧草地上生長(zhǎng)量，發(fā)現(xiàn)其生物量與土壤水分呈顯著相關(guān)，覆蓋厚度增加，則土壤水分含量高，牧草生長(zhǎng)量增多。楊直毅等[29]研究了枝條覆蓋和保水劑對(duì)于土壤水分含量的影響，把當(dāng)年修剪的李樹枝條加工成10 cm 左右用于試驗(yàn)，結(jié)果顯示樹枝覆蓋抑制土壤蒸發(fā)效果明顯，當(dāng)土壤含水量大于16%時(shí)，可緩解2/3 左右的土壤蒸發(fā)，枝條覆蓋增加了0～70 cm 深度土壤水分含量，對(duì)于表層土壤水分保持效果明顯，覆蓋10 cm厚度枝條可使表層土壤含水量增加約30%，保水劑對(duì)于深層土壤含水量影響較大，可增加10%以上含水量，在生產(chǎn)中可2 種方式結(jié)合應(yīng)用。

1.4 其他利用方向

近年來，人們對(duì)于農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用意識(shí)不斷增強(qiáng)，秉承著變廢為寶、保護(hù)環(huán)境的準(zhǔn)則，農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用化技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域研究得到快速發(fā)展。果園內(nèi)修剪下來殘枝屬于高纖維性植物廢棄物，可用于生產(chǎn)紙板、家具材料、菌棒等領(lǐng)域，具有廣闊開發(fā)前景。許曉輝[30]把沙棘枝條粉與高吸水性樹脂相結(jié)合，結(jié)果顯示沙棘枝條粉在復(fù)合材料中起到骨架支撐作用，生產(chǎn)中可降低高吸水性材料成本，綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益高，在農(nóng)業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。郭莎莎[31]利用茶樹富含咖啡堿（1%～3%）和氨基酸（2%～5%）這一特性，將茶樹廢棄枝條作為前體材料，成功制備新型氮摻雜碳材料，可為污水中重金屬離子吸附和檢測(cè)提供支撐。

2 果園廢棄枝條利用建議與討論

目前，我國(guó)對(duì)于廢棄資源綜合利用的重視，多著眼于工業(yè)、礦山、廢舊物資等，而對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用化重視程度稍遜于以上方面，使得農(nóng)業(yè)資源利用化技術(shù)不健全，發(fā)展緩慢，廢棄資源再利用成效低。中國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，關(guān)于農(nóng)業(yè)廢棄資源利用相關(guān)政策法規(guī)缺乏或不健全，局限了農(nóng)業(yè)廢棄資源再利用的發(fā)展。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物良性發(fā)展，需要政府牽頭，明確定位，建立健全法規(guī)，積極鼓勵(lì)，正確引導(dǎo)，樹立“廢棄物是放錯(cuò)位置的資源”意識(shí)，通過物理化學(xué)方法轉(zhuǎn)化利用，實(shí)現(xiàn)廢棄資源再利用，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

對(duì)于果樹而言，修剪下的枝條是生產(chǎn)中必不可少殘留物，同時(shí)又是有利用價(jià)值的資源，那么處理好兩者之間關(guān)系，對(duì)于保證水果產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展有十分重要意義。根據(jù)近幾年枝條再利用趨勢(shì)，果樹廢棄枝條也可在漚制成肥、加工食用菌培養(yǎng)基質(zhì)及枝條覆蓋等領(lǐng)域有所發(fā)展，同時(shí)需要思考以下問題：廢棄枝條直接還田堆肥周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，如何通過工藝縮短堆肥漚制時(shí)間，對(duì)于枝條漚制成肥至關(guān)重要；不同樹種枝條營(yíng)養(yǎng)成分不同，應(yīng)根據(jù)用途篩選出適宜的果樹枝條加工成食用菌培養(yǎng)基質(zhì)，拓寬廢棄枝條研究廣度與深度；枝條覆蓋雖可起到改善土壤環(huán)境，增加土壤肥力的作用，但在初期，溫度較低，廢棄枝條易成為病蟲寄主，有助于病蟲害發(fā)生和發(fā)展，在實(shí)際生產(chǎn)中還需進(jìn)一步探索，完善對(duì)于覆蓋枝條前期的消殺工作，要做到預(yù)防?？傮w來看，果樹廢棄枝條粉碎后漚制成肥更容易實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單、見效快，具有較高附加值，制作成本低，是未來果樹廢棄枝條資源化利用的重要途徑之一。