連續(xù)施用鋸末腐熟肥對阿克蘇蘋果園土壤肥力及重金屬的影響

摘 要：為實(shí)現(xiàn)對有機(jī)果蔬栽培的推廣和農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的重復(fù)利用，擴(kuò)大新型有機(jī)肥的應(yīng)用，筆者通過分析連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥對土壤中的全氮、有效磷、速效鉀及多種重金屬元素產(chǎn)生的影響和12項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤中有機(jī)質(zhì)和有效磷的含量會(huì)顯著增加，土壤中的全氮含量會(huì)緩慢增加，而對土壤中重金屬含量沒有顯著影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤pH值與全氮含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與總砷含量呈顯著正相關(guān)；總汞含量與總鉻含量呈顯著正相關(guān)。連續(xù)施用鋸末腐熟肥不僅能有效緩解阿克蘇地區(qū)蘋果園土壤“氮高磷少鉀富?！钡膯栴}，還能緩解當(dāng)?shù)赜袡C(jī)種植堿化嚴(yán)重的現(xiàn)象，為該地區(qū)實(shí)現(xiàn)蘋果優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供施肥新選項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：鋸末腐熟肥；阿克蘇冰糖心蘋果；土壤化學(xué)性質(zhì)；重金屬

中圖分類號(hào) S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-7909（2024）5-71-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.05.015

0 引言

蘋果（Malus pumila Mill.）為薔薇科蘋果屬落葉喬木植物。蘋果果實(shí)富含礦物質(zhì)和維生素，是人們經(jīng)常食用的水果之一［1-3］。新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)屬典型的溫帶大陸性氣候區(qū)，光照時(shí)間長，晝夜溫差大，適于蘋果糖分積累。阿克蘇地區(qū)種植的冰糖心蘋果被譽(yù)為“果中之王”，深受國內(nèi)外消費(fèi)者的喜愛［4］。

鋸末腐熟肥是將鋸末與充分發(fā)酵的農(nóng)家肥按一定比例進(jìn)行混合，經(jīng)堆積腐熟發(fā)酵而成的一種有機(jī)肥料［5］。鋸末的主要成分是碳水化合物和含氮化合物，且碳含量在50%以上，氮含量極低，即碳氮比能達(dá)到（500～600）∶1［6］。鋸末腐爛后會(huì)變成腐殖質(zhì)，對栽培有很大益處［7］。鋸末腐熟的速度較快，能使修枝產(chǎn)生的廢棄枝得到有效利用，在一定程度上能降低種植戶的生產(chǎn)成本［8］。

長期以來，阿克蘇地區(qū)的蘋果園面臨著土壤養(yǎng)分分布不均衡、土壤鹽堿化嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致土壤改良和作物栽培的難度進(jìn)一步加大［9］。鋸末腐熟肥作為一種有機(jī)肥料，富含有機(jī)質(zhì)和微生物，能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，對促進(jìn)作物生長和提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有十分重要的意義。筆者通過分析連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥對阿克蘇地區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)及土壤N、P、K含量的影響，研究鋸末腐熟肥如何對土壤中N、P、K含量產(chǎn)生影響，并據(jù)此來調(diào)整施肥策略，使土壤中的養(yǎng)分分布更均衡，從而更適合農(nóng)作物生長。同時(shí)，分析鋸末腐熟肥對土壤中重金屬元素含量的影響，確保施肥過程不會(huì)引入新的污染源，保證農(nóng)產(chǎn)品的安全性。通過上述試驗(yàn)研究，為阿克蘇地區(qū)有機(jī)種植技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，以期推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概述

阿克蘇地區(qū)紅旗坡農(nóng)場（東經(jīng)80.282°、北緯41.351°）位于塔里木盆地西北部，屬典型的暖溫帶大陸性氣候區(qū)。該地年平均太陽總輻射量為135 kcal/m2，年日照時(shí)數(shù)為 2 855～2967 h，無霜期為205～219 d，年平均氣溫為10 ℃。

1.2 試驗(yàn)材料

供試蘋果品種為長富2號(hào)（15 a樹齡），株行距為4 m×5 m，小冠疏層形種植。供試肥料為鋸末腐熟肥，制作過程如下：將充分暴曬發(fā)酵后的畜禽糞與粉碎后的廢枝按2∶1的質(zhì)量比混勻，并加入3% 左右的發(fā)酵菌劑，好氧堆肥發(fā)酵，進(jìn)行二次發(fā)酵。該肥料的含水率為 50%～60%，有機(jī)質(zhì)含量為450 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)5個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)面積為667 m2，各小區(qū)隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)的施肥量均為2 000 kg。小區(qū)南北向用田埂隔開，并設(shè)有保護(hù)林帶，田間管理方式參照當(dāng)?shù)毓芾矸绞健Ｔ囼?yàn)期為4 a，每年均按相同方法和用量來施肥，并用小型旋耕機(jī)將鋸末腐熟肥與耕層土壤（0～40 cm）充分混勻后施入。收獲后不再種植其他作物，且不采用林下種植方式。以2019年施用鋸末腐熟肥的相關(guān)數(shù)據(jù)為對照。

1.4 樣品采集

連續(xù)4 a在采收果實(shí)后（11月25日）用“S”形采樣法來獲取土樣，每個(gè)小區(qū)取5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取0～40 cm混合土樣，并將各小區(qū)采集到的5份土樣混合為1份土壤樣品，共計(jì)20份樣品。土樣在經(jīng)自然風(fēng)干、研磨后過100目篩，并裝入密封袋中保存，且采集后直接測出所需數(shù)據(jù)。

1.5 測定方法

用酸度計(jì)來測定土壤pH值，用容量法來測定土壤全氮含量和陽離子交換量，用分光光度計(jì)法來測定有效磷含量，用重鉻酸鉀氧化-硫酸亞鐵滴定法來測定有機(jī)質(zhì)含量，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法來測定速效鉀含量，用原子吸收光譜法來測定土壤中的總鎘、總鉛、總鉻、總銅含量（先用硝酸來消解土壤樣品，再將重金屬元素轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)，并用相應(yīng)的儀器分析法來測定），用原子熒光光譜法來測定土壤中的總汞、總砷含量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用WPS Office 2023對所有數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行處理，并用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)LSD法來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及差異顯著性分析。其中，Plt;0.05時(shí)差異顯著，Plt;0.01時(shí)差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋸末腐熟肥連續(xù)施用對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響如圖1所示。由圖1可知，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈上升趨勢。連續(xù)施用2 a鋸末腐熟肥后的土壤有機(jī)質(zhì)含量減少1.79 %；施用1 a和連續(xù)施用2 a鋸末腐熟肥后的土壤有機(jī)質(zhì)含量基本沒有差異，都在5.9 g/kg左右。連續(xù)施用3 a鋸末腐熟肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量有所增加，但沒有顯著差異。連續(xù)施用4 a鋸末腐熟肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量比前3年的含量增加顯著，較施用1 a鋸末腐熟肥后的有機(jī)質(zhì)含量增加了104.36 %，較連續(xù)施用3 a鋸末腐熟肥后的有機(jī)質(zhì)含量增加了42.97 %。

連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤pH值的影響如圖2所示。由圖2可知，連續(xù)施用鋸末腐熟肥后，土壤pH值呈下降趨勢，但連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥對土壤pH值沒有顯著影響，土壤均呈弱堿性。施用1 a鋸末腐熟肥的土壤pH值和連續(xù)施用2 a鋸末腐熟肥的土壤pH值都在7.8左右，但在連續(xù)施用鋸末腐熟肥的第3年和第4年，土壤pH值均較上年減少0.1。

連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）的影響如圖3所示。由圖3可知，在連續(xù)施用鋸末腐熟肥后，土壤陽離子交換量呈先增加后減少再增加的趨勢，連續(xù)施用鋸末腐熟肥的第3年和第4年，土壤陽離子交換量均在4 cmol（+）/kg左右。

連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤全氮含量的影響如圖4所示。由圖4可知，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤全氮含量并未出現(xiàn)顯著差異。盡管土壤全氮含量呈增長趨勢，但增長量卻可以忽略不計(jì)。

連續(xù)施用鋸末腐熟肥后的土壤有效磷含量如圖5所示。由圖5可知，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤有效磷含量一直在增加。與只施用了1 a鋸末腐熟肥相比，連續(xù)施用2 a鋸末腐熟肥后，土壤有效磷含量顯著增加，較前一年增加148.76%。連續(xù)施用鋸末腐熟肥的第3年和第4年，土壤有效磷含量較第2年的增長雖不顯著，但卻在緩慢增長，分別較第2年增加了10%和22.83%，且第4年較第3年增長了11.67%。由此可推測出，施用鋸末腐熟肥可使土壤中有效磷含量以每年10%的比例在增加。

連續(xù)施用鋸末腐熟肥后的土壤速效鉀含量如圖6所示。由圖6可知，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤中的速效鉀含量沒有顯著差異（均在105 mg/kg左右），這說明施用鋸末腐熟肥對土壤中的速效鉀含量基本沒有影響。

2.2 鋸末腐熟肥連續(xù)施用對土壤中重金屬含量的影響

連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤中重金屬含量的影響見表1。由表1可知，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤中的總鎘、總鉛含量均呈先增加再降低再增加的趨勢，且不同年份土壤中的總鎘、總鉛含量沒有顯著變化；土壤中的總汞、總鉻含量均呈先降低再增加再降低的趨勢，且不同年份土壤中的總汞、總鉻含量沒有顯著變化；土壤中的總砷含量一直下降，但不同年份土壤中的總砷含量變化不顯著，只減少了0.1 mg/kg；土壤中的總銅含量呈先增加后降低的趨勢，且不同年份的土壤中總銅含量無顯著差異。由此可知，連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤中重金屬含量的影響不顯著。

2.3 鋸末腐熟肥連續(xù)施用對土壤中重金屬含量和土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性

連續(xù)施用鋸末腐熟肥后，土壤中重金屬含量和化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析見表2。由表2可知，土壤中的總鎘、總鉛、總銅、陽離子交換量、有效磷及速效鉀與其他指標(biāo)有一定相關(guān)性，但均未達(dá)到顯著水平，表明這些指標(biāo)相對較為獨(dú)立，受其他指標(biāo)的影響較小。其中，土壤pH值與全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，與總砷呈顯著正相關(guān)；總汞含量與總鉻含量呈顯著正相關(guān)；總砷與全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可知，土壤pH值對土壤影響很大，不僅能影響土壤中總砷含量，還能影響土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量。

3 討論

3.1 連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤肥力的影響

有機(jī)肥富含多種礦物質(zhì)營養(yǎng)元素及活性物質(zhì)，能有效提高土壤中有機(jī)質(zhì)和基礎(chǔ)養(yǎng)分的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤保肥、供應(yīng)養(yǎng)分的能力［10-12］。畜禽糞便作為有機(jī)肥的重要來源之一，對提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有顯著作用［13］。郭慧婷等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在堿性土壤中（pH值gt;7），糞肥對土壤pH值的降幅比生物有機(jī)肥高約3.60倍。有機(jī)肥中所含的腐殖酸、富里酸等會(huì)與土壤中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能起到一定的酸化作用［15］。鄧?yán)^寶［16］研究發(fā)現(xiàn)，施用腐熟的雞糞能有效降低菜園土壤pH值。而筆者研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤pH值沒有顯著影響，但在連續(xù)施用的第3年和第4年，土壤pH值持續(xù)降低。阿克蘇地區(qū)土壤鹽堿化嚴(yán)重，施用鋸末腐熟肥能緩解土壤鹽堿化問題。這是因?yàn)殇從┏仕嵝裕?7］，能有效中和土壤堿性。

氮是蘋果生長所必需的營養(yǎng)元素之一，但過量氮素會(huì)導(dǎo)致蘋果樹生長過旺，影響蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥后，土壤中全氮量只是在緩慢增加。這可能與鋸末腐熟肥的發(fā)酵方法有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞堆肥發(fā)酵過程中，氮素會(huì)損失嚴(yán)重［18］。這種發(fā)酵方式不僅能確保農(nóng)家肥充分發(fā)酵，還能在發(fā)酵過程中逐步釋放氮元素，能有效減少施肥時(shí)氮元素的添加量，避免土壤中氮元素的進(jìn)一步積累，提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。鄧仁菊等［19］研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥能顯著增加土壤中有效磷的含量。張建軍等［20］研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機(jī)肥能使土壤中的速效磷富集在0～20 cm土層，且鋸末腐熟后含有較高的磷元素［21］，這與該研究的研究結(jié)果相似。

3.2 連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤中重金屬含量的影響

重金屬污染具有不易察覺、長期累積和難以逆轉(zhuǎn)的特性，會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅［22］。目前，市場上廣泛使用的畜禽糞肥往往未經(jīng)充分腐熟和消毒處理，連續(xù)施用畜禽糞肥可能會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的累積［23］。這些重金屬通過食物鏈進(jìn)入人體后，將嚴(yán)重危害人體健康。因此，必須要嚴(yán)格控制畜禽糞肥的施用，以確保其安全性和環(huán)保性。李杰等［24］在15 a長期有機(jī)種植試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬 Cd 的積累速度最快，若仍只施用大量干雞糞，5 a后土壤中Cd的生態(tài)危害將達(dá)到輕微生態(tài)水平。在畜禽生長發(fā)育和繁殖過程中，飼料中會(huì)加入Cu、Cd、Cr、Pb等重金屬元素，但畜禽對飼料中重金屬元素的吸收率極低，絕大部分重金屬元素會(huì)隨畜禽糞便排出體外［25］。畜禽對無機(jī)Cd的吸收率僅為 1%～3%［26］，且只有極少部分的Cu會(huì)在畜禽體內(nèi)被消化和吸收，大部分會(huì)被排出體外，從而造成畜禽糞便中重金屬含量比飼料要高出數(shù)倍［27］。在水稻田和赤紅壤中施入含Cu、As的雞糞和豬糞，土壤中有效態(tài)Cu、As的含量會(huì)在一定程度上增加［28］。該研究所使用的鋸末腐熟肥是將鋸末摻入畜禽農(nóng)家肥中，所以也含有未被吸收的重金屬元素，這與連續(xù)4 a施用鋸末腐熟肥時(shí)重金屬含量都有一定增加的結(jié)果一致。雖然連續(xù)施加鋸末腐熟肥會(huì)使土壤中重金屬（Cu、As、Pb、Cr、Hg）含量有所增加，但并未出現(xiàn)超標(biāo)的現(xiàn)象，也未對土壤安全產(chǎn)生影響。

3.3 連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

分析連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤重金屬含量和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響后發(fā)現(xiàn)，pH值與全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與總砷呈顯著正相關(guān)。田晶華等［29］研究發(fā)現(xiàn)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量與pH值、全氮、有效磷、有效鋅、緩效鉀、交換性鎂、有效鐵、交換性鈣均呈正相關(guān)，且均達(dá)顯著水平以上。王蒙等［30］在對洛川蘋果園土壤養(yǎng)分等級(jí)與有機(jī)質(zhì)關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)與全氮、堿解氮、有效磷均呈極顯著正相關(guān)。葛順峰等［31］在對煙臺(tái)蘋果產(chǎn)區(qū)土壤研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤pH值與有效鋅、有效錳呈極顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效鐵呈顯著或極顯著正相關(guān)。由于鋸末腐熟肥在發(fā)酵過程中會(huì)釋放氮元素，所以肥料中的氮元素較少，土壤中氮元素增加量較少，導(dǎo)致土壤pH值與全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。同時(shí)，由于其他研究中的土壤呈酸性，而該研究中的土壤呈弱堿性，所以研究結(jié)果相反。但可以看出，土壤pH值是影響土壤養(yǎng)分的主要因素，其與許多指標(biāo)都存在相關(guān)性，可通過調(diào)節(jié)土壤pH值來調(diào)節(jié)土壤化學(xué)性質(zhì)。

4 結(jié)束語

綜上所述，鋸末腐熟肥具有廣闊的應(yīng)用前景，不僅能滿足農(nóng)作物對氮、磷、鉀的需求，還能緩解土壤鹽堿化問題。研究采用減氮發(fā)酵方式和混入鋸末腐熟的處理方法，成功解決了阿克蘇地區(qū)蘋果園土壤中氮元素含量偏高、磷元素相對匱乏、鉀元素相對富裕的問題，能有效提高土壤中磷元素和有機(jī)質(zhì)含量。施用鋸末腐熟肥還能調(diào)節(jié)土壤碳氮比，使蘋果園土壤碳氮比（C/N值）處于適宜蘋果優(yōu)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)的范圍，不僅能提高蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)，還有助于土壤的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的改善。此外，鋸末腐熟肥的原材料來源廣，配制過程簡單，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。更重要的是，連續(xù)施用鋸末腐熟肥對土壤中重金屬含量沒有顯著影響，可確保農(nóng)產(chǎn)品的安全性。

在阿克蘇地區(qū)種植有機(jī)蘋果過程中，推廣應(yīng)用鋸末腐熟肥是完全可行的。這一研究結(jié)果將為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)注入新活力，推動(dòng)有機(jī)種植技術(shù)的普及和發(fā)展，助力阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)科技攻關(guān)項(xiàng)目“蘋果矮化省力優(yōu)質(zhì)高效栽培技術(shù)集成與示范”（2016jb03-1）。

作者簡介：李欣（2000—），女，碩士生，研究方向：果樹栽培與生理。

通信作者：王新建（1963—），男，碩士，教授，研究方向：果樹栽培與生理。