苹果枝条不同还田模式对果园土壤性状及苹果质量的影响

李祥 柯希恒 孙喜军 储春年 郭学军 王永平 曾桥

摘要：为了降低枝条肥料化的成本，解决果农用得起有机肥的难题，采用枝条还田技术，研究还田模式对土壤性质、苹果质量的影响，研究结果表明，枝条还田具有缓冲土壤温度、提高土壤水分含量的作用。每年的3—6月处理 1～处理5土壤温度低于对照，故推迟了苹果的花期，避免了“倒春寒”对苹果的影响。调节C/N（猪粪、尿素）、增施微生物菌剂（提高土壤微生物数量）及土壤调理剂能显著提高土壤微生物数量，增加木质素降解酶的活性，加速枝条腐解。枝条还田比枝条堆肥枝条腐解率高10%以上，枝条腐解率最高达80%，建议集中2～3行枝条于作业行，每隔2～3年还田1次。枝条粉碎、旋耕、灌溉有助于枝条肥料化。处理2是枝条还田的最佳模式。

关键词：枝条还田模式;土壤温度;水分含量;土壤性质;苹果质量

中图分类号： X712  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）23-0238-05

收稿日期：2021-03-25

基金项目：陕西省创新能力支撑计划（编号：2019XY-03）;陕西省重点研发计划（编号：2019ZDLNY01-05-02）;广西壮族自治区重点研发计划（编号：桂科AB19259016）;陕西省林业科学院项目（编号：SXLK2020-0218）;西安市科技计划（编号：20193051YF039NS039、20NYYF0026）。

作者简介：李 祥（1963—），男，陕西宝鸡人，博士，教授，主要从事农业废弃物肥料化技术研究与推广工作。E-mail：453538831@qq.com。

随着农业产业结构的调整，果品生产已成为农民增收、农村振兴、产业发展的重要组成部分。2019年陕西省耕地面积为3.01×106 hm2，果园面积为1.13×106 hm2，果园面积占耕地面积的37.5%;2019年陕西省粮食产量为1.23×107 t，水果产量为2.01×107 t，水果产量为粮食产量的1.63倍[1]。果树在向人们提供美味的同时也产生了大量的枝条。相关研究表明，果实负载量与修剪枝条（鲜质量）的比例为1 ∶0.6～0.8[2]。据此测算，2019年陕西省果树鲜枝条产量为1.21×107 t～1.61×107 t，除去20%左右的枝条作为食用菌栽培基质外，其他80%被丢弃在田间地头，不仅占用农田，还堵塞河道，传播疾病、引起火灾，给果园生产带来环境和安全隐患。

果树枝条中含有0.50%～0.67%的氮、0.09%～0.15%的磷、0.44%～0.50%的钾，还有0.16～0.38%的钙，0.12%的硫及其他微量元素[3-4]。如果以其为主要原料，在微生物的作用下变成有机肥料，不仅可以替代化肥，而且可以改良土壤，培肥地力，提高果品内在质量。卢晓敏采用正交试验法研究不同腐熟剂对葡萄堆肥的影响，发现腐熟剂可以促进枝条的腐熟，缩短堆肥周期，堆肥过程微量元素会发生“浓缩效应”[5]。范学山对修剪枝条堆肥促进早酥梨产量提高的机制进行了研究，发现连续施用枝条堆肥改善了梨园的土壤性质，促进了梨树根系生长及根系在土壤中的分布，增加了梨产量，改善了果实品质[6]。施用枝条堆肥对果树的有益影响可能与堆肥中具有氧化还原活性的小分子有机质有关。赵鹏等研究了枝条覆盖对梨园土壤和梨果产量的影响，发现枝条覆盖能提高梨园近大气层大气CO2的浓度、土壤水溶性有机碳、速效磷和速效钾含量，降低土壤容重，增加土壤微生物数量和微生物碳氮含量，改善梨的品质，提高梨的产量[7]。

尽管枝条堆肥具有改良土壤、营造土壤微生态环境、提高水果质量和产量等优点，但也存在枝条捡拾、运输、粉碎费时费力等缺点[8]。各地虽然出台了一系列鼓励政策，但果农用不起有机肥的现象时有发生。为了减少枝条收集、运输、粉碎的劳动力消耗，探索枝条直接粉碎还田技术，集枝条收集、搬运、粉碎、堆肥、施肥于一体，本研究以冬剪枝条为主要原料，采用机械粉碎、直接还田、旋耕、灌溉等措施，研究不同还田模式对果园土壤温度、含水率、枝条腐解率、土壤有机质含量、容重、微生物数量、木质素降解酶活性及苹果质量的影响，以期找到适合农村劳动力缺乏背景下的果树枝条直接还田肥料化模式，为苹果提质增效奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

自带营养的农用微生物菌剂、土壤调理剂，陕西科技大学农林技术推广中心提供;枝条，陕西省白水县美好家园现代农业园区提供;重铬酸钾、硫酸、硝酸、LB细菌培养基、马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）真菌培養基等，西安市化学试剂厂提供。

2ZFJ-150枝条粉碎还田机，河北中农博远农业装备有限公司生产;SY-SLXGJ旋耕机，曲阜市启民机械有限公司生产。

1.2 试验方法

在陕西省重大产业链项目、陕西省县域经济发展重大研究项目的资助下，笔者所在团队于2016—2020年连续4年在陕西省白水县美好家园现代农业园区进行试验研究，对每年中所得数据进行收集分析，该园位于109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N，平均海拔约850 m，属暖温带大陆性气候，光照充足，昼夜温差大。平均年降水量540 mL，无霜期 217 d，年日照时数2 397.3～2 641.2 h。土壤为黄绵土，土层深厚，中性偏碱。

果树进入休眠期后，将1～3行修剪的枝条平铺在作业行中，要求枝条与树干距离为25～30 cm，将微生物菌剂、猪粪、尿素、土壤调理剂均匀抛撒在枝条表面（表1），利用2ZFJ-150枝条粉碎还田机对枝条进行粉碎处理，如果枝条过长，可再粉碎1次，要求枝条长度不超过3 cm，均匀分布在地面上。然后利用SY-SLXGJ旋耕机进行旋耕，要求旋耕深度≥12 cm，3～5 d后喷灌1次，保证土壤水分含量。

1.3 测定方法

土壤温度：自枝条直接还田肥料化之日起，每隔2个月按照“S”形取样法确定测试点测定地下 20 cm 处的温度，计算平均温度。

枝条腐解率：每个取样点划15 cm×15 cm的方块，取0～5 cm的土样用分样筛筛分收集枝条，用水洗剂后，在105 ℃的烘箱中烘至恒重称质量，按公式（1）计算枝条腐解率。

枝条腐解率=还田时枝条质量-某一时期枝条质量还田时枝条质量×100%。（1）

土壤性质测定：每个取样点取0～20 cm的土样，混合后立即测定微生物数量、漆酶活性、过氧化物酶活性，按照乙醇燃烧法测定土壤的水分含量;按硫酸-重铬酸钾油浴法测定土壤有机质含量;按环刀法测定容重。

苹果质量测定：苹果成熟时每个处理随机选5棵树，按照东南西北中取20个苹果，测定单果质量、果实的硬度、横经。每个处理中随机取20个苹果，打浆后按照四分法取样测定可溶性固形物含量、酸度。

2 结果与分析

2.1 不同还田模式对果园土壤温度、水分含量的影响

2.1.1 土壤温度 从表2可以看出，处理1～处理5每年9—12月至次年的1—2月地下20 cm处土壤平均温度比对照高，而3—8月地下20 cm处土壤的平均温度比对照低，说明枝条还田具有调节土壤温度的作用，有利于果树根系的越冬[9]。3—6月地下温度低，可以推迟苹果的开花时间，避免倒春寒对苹果的伤害[10]。其原因是枝条的导热作用差，对外界温度具有缓冲作用。

处理1～处理4，每年11—12月地下20 cm处土壤的平均温度比处理5（单独还田）高1.36 ℃，次年的1—2月比处理5高1.05 ℃，说明处理枝条还田时施用猪粪或尿素调节碳氮比比单独还田越冬效果好[11]。

处理1、处理2、处理4，每年9—10月和11—12月地下 20 cm 处土壤的平均温度比处理3（单施尿素）分别高2.09 ℃和1.87 ℃，次年的1—2月比对照高（不还田）1.94 ℃，说明枝条还田时施用猪粪比单施尿素的越冬效果好，3—6月处理1、处理2、处理4比处理3平均温度低0.3 ℃，在一定程度上可以避免倒春寒对苹果的影响。

2.1.2 土壤水分 从表3可以看出，处理1～处理5地下20 cm处土壤的平均水分含量比对照（不还田）高2.09%，说明枝条还田增加了土壤的持水力，其原因是枝条降解过程中产生酸、醛、酮、酯等小分子物质，这些物质分子中含有很多亲水性强的基团，增加了土壤的持水力，提高了果树的耐旱性。

处理2、处理4在缓冲土壤温度、增加土壤含水率方面均优于其他处理，说明枝条还田时添加尿素、猪粪调节碳氮比，添加微生物菌剂增加土壤中微生物数量对枝条直接还田肥料化是有益的。

2.2 不同还田模式对土壤微生物数量、木质素降解酶活性、枝条腐解率、土壤有机质含量、容重的影响

从表4可以看出，处理1～处理5土壤中微生物（细菌、真菌、放线菌）的数量、木质素酶（漆酶、过氧化氢酶）活性、枝条腐解率、土壤有机质含量显著高于对照（除放线菌的处理5外），寒冷时土壤的温度高于对照，炎热时土壤的温度低于对照，终年土壤的水分含量高于对照，温度、水分含量是微生物生存的基本条件[12]。另外，外源加入的微生物菌剂增加了土壤中微生物的数量，猪粪（尿素）中的小分子物质为微生物的生长提供了营养。土壤调理剂加速了土壤团聚体的形成，为好氧、兼性厌氧微生物的生长提供了條件，有效抑制了土壤病源微生物的生长和繁殖，调节了土壤微生物菌群的分布[13]。土壤中微生物的数量越多，生长过程中产生的酶的活性越强，对枝条的降解作用越强，这就解释了处理2比其他处理枝条腐解率高的原因。枝条是由纤维素、半纤维素、木质素组成的，其中木质素包裹在纤维素、半纤维素组成的纤维束表面，纤维素、半纤维素是由五碳糖、六碳糖经δ键连接起来的大分子物质，而纤维素是由苯环类化合物（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）组成的复杂酚类聚合物，苯环是自然界很难降解的物质[14]，一般以木质素酶表征枝条降解酶。枝条降解过程中产生的亲水性物质增加了土壤的含水率及有机质含量[15]，有机质含量增加为微生物生长提供了条件，微生物的活动及土壤调理剂的加入，增加了土壤的孔隙率及土壤团聚体的形成，降低了土壤的容重[16]。

处理1～处理5枝条的腐解率均达到40%，比高温堆肥高10%以上[5]，其主要原因是堆肥的时间一般为1个月左右，而枝条还田肥料化的时间长，风吹日晒加速了枝条的腐解。处理1～处理3枝条腐解率均比处理5高，其原因是处理1、处理2、处理3在枝条还田时添加了自带营养的农用微生物菌剂，其中细菌、真菌、放线菌数量比处理5分别高3.933×106、3.13×105、2.06×104 CFU/g。漆酶、过氧化物酶活性也比处理5分别高22.19、222.89 U/g。虽然处理4未加自带营养的农用微生物菌剂，但比处理5微生物数量高，其原因是猪粪为土壤微生物的生长提供了营养。

处理2枝条的腐解率最高，为80%，其原因一是枝条还田时增加氮源（猪粪、尿素）、补充微量元素（土壤调理剂）、添加微生物菌剂有助于枝条腐解。二是枝条完全腐解时间应在1年以上，建议修剪时尽可能将2～3行的枝条集中在1个作业行，隔年交替还田，以保证枝条腐解。

2.3 不同还田模式对苹果质量的影响

从表5可以看出，处理1～处理5苹果单果质量、单株产量、外观质量、内在质量方面均优于对照，说明枝条还田是一种培肥地力的重要方法[17]。处理2优于其他处理，其原因是自带营养的微生物菌剂、猪粪、尿素、土壤调理剂的协同作用使得处理2的养分比其他处理多。施猪粪的处理组（处理1、处理2、处理4）普遍固形物含量、酸度高，苹果味道厚实，酸甜可口。施土壤调理剂的处理组（处理2、处理3、处理4）果实硬度大，色泽比其他处理组更加红润，感官质量好，其原因可能是土壤调理剂中的Ca、Mg及其他微量元素的含量高，Ca含量高的水果一般硬度较大，一些微量元素是合成花青素、风味物质的辅酶[18]。结果表明，处理2为枝条最佳还田模式。

3 讨论与结论

枝条还田具有缓冲地下20 cm处土壤温度、蓄水保墒的作用，有利于根系的生长，3—6月地下 20 cm 处土壤的温度低于对照，推迟了苹果的花期，避免了倒春寒对苹果的影响。猪粪、尿素、自带营养微生物菌剂、土壤添加增加了土壤微生物的数量，提高了木质素降解酶的活性，加速了枝条的腐解，增加了土壤有机质含量，降低了土壤容重。

完善枝条还田措施是必须的，如枝条还田前，调节碳氮比（增施猪粪、尿素）、增加微生物数量（自带营养的微生物菌剂）、增施土壤调理剂，还田时采用枝条还田机破坏枝条的组织结构，还田后采用旋耕机处理，使枝条均匀地分布在土壤中，增加枝条与土壤的接触面积，有利于枝条的腐解，及时灌溉补充了土壤的水分含量，为微生物生长营造环境。

枝条还田比枝条堆肥更能提高枝条的腐解率，一般提高10%以上，最高可达80%，建议枝条还田时最好采用集中2～3行的枝条于作业行进行還田，这样可以减少枝条还田的费用。枝条还田显著提高了苹果的单果质量、产量，改善苹果的质量。

枝条还田集枝条收集、搬运、堆肥、施肥于一体，大大降低了枝条肥料化的成本，是一种经济实用的培肥地力的好方法，解决了果农用不起有机肥的技术难题，为苹果提质增效奠定了坚实的基础。

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