果园土壤有机质含量影响因素及提升管理策略*

孙馨宇，张 枭，王金硕，王 晶，李立才，李万红，秦嗣军

（1通化市园艺研究所，吉林134001）（2沈阳农业大学园艺学院）

土壤有机质为土壤中以碳、氮为主要成分的各类有机化合物[1]。有机质中所含的碳即为土壤有机碳，农田的碳储量占土壤总碳储量的8%～10%[2]。果树产业是农业生产的重要组成部分，我国果园一般建在排水良好、土壤营养活力较低的山坡地或丘陵地，对此果农多采用多施化肥的方法以保证树体生长和经济效益的提升。多施化肥在短期内效果明显，但长期施用会产生果园土壤板结、肥效利用率低、树势衰弱、产量降低、生态环境恶化等极端结果[3-4]。对此，笔者综述了果园土壤有机碳与土壤质量的关系、有机质转化的影响因素及提升果园有机质含量的管理策略，以期为提升果园土壤肥力，增加果园产量，提高果实品质和经济效益提供参考。

1 土壤有机碳与土壤质量的关系

将土壤碳通量维持在一定水平时，是保证土壤生产能力的基础条件[5]。果园土壤中有机质水平常通过影响土壤pH值、有效水分保持能力、土壤营养元素含量等土壤学特征来影响土壤质量。李庆君等[6]调查山东省果树主栽区的570份老果园土壤发现，氮、磷等大量元素富集、有机质与微量元素含量低是导致果园土壤酸化的主要原因。土壤酸化常导致果园施肥利用率低、病虫害加重、锰中毒及果树根系缺氧等危害[7]。目前，果农多采用土壤改良剂进行酸碱中和，但不能从根本上解决土壤酸化问题。有机碳质量分数与土壤pH值之间呈显著负相关[8]。可通过增加有机质含量，将有机碳维持在一定范围内，保持土壤pH值相对稳定[9]。土壤有机碳、氮的损失还与土壤结构的退化联系紧密[10]。有机质疏松多孔的结构有利于土壤团聚体结构的形成，改善土壤的通气性和透水性[11-12]，从而有效提高果园土壤的保水能力，缓解山坡或丘陵地果园干旱时期的缺水现象。此外，土壤有机碳对土壤质量的影响还表现在土壤中营养元素含量的变化上，营养元素含量会随有机质含量的升高而升高。

2 土壤有机质转化的影响因素

2.1 外源有机物料在土壤中的腐解特征

果园可用的有机物料包括商品有机肥、果园的生草还田及部分植物源有机物料（如秸秆、果树修剪枝条等）。设法将这些过剩的有机物料合理地运用到果园生产上，不仅能起到保护环境的作用，而且还可提高果园土壤肥力。相关研究表明，外源碳的添加对有机质为代表的稳定性碳有显著影响[13]。秸秆覆盖、枝条覆盖均能增加土壤水溶性有机碳和微生物量碳的含量[14]。有研究表明，尽管施入土壤中有机物的种类及腐解动态均不同，但其规律基本一致：表现为前期分解较快，随后逐渐变缓。1～3个月内为快速分解阶段，随后分解速度逐渐变慢，持续2～3年，最后成为腐殖质在土壤中积累[15-17]。

2.2 环境因子对土壤有机质矿化分解和转化的影响

土壤温湿度主要通过对外源有机碳的降解和有机碳矿化分解的作用来调节有机质含量。0 ℃以下有机质分解速率较低[18]。0～35 ℃，低温有助于土壤有机碳的积累；有机碳分解速度随温度升高而加快，从而使土壤碳库降低[19]。土壤有机碳的主要分解者真菌[20]，对升温所引起的温度和水分胁迫较细菌的抵抗能力更强[21]。气温上升后，土壤微生物量中真菌的份额被提高[22]，致使土壤有机质分解速率随温度升高而提高[23]。

土壤有机质含量与土壤含水量具有一定的相关性，对苹果园0～20 cm土壤进行控温控水条件培养中发现，累计培养150 d时水分对有机质含量的影响达显著水平[24]，水溶性有机碳与土壤含水率呈显著或极显著正相关[25]。在干旱条件下常常引起微生物呼吸速率和生长量降低，真菌数量发生变化，微生物群落结构的变化[26]影响了有机碳的矿化速率。在干旱条件下，花期添加有机肥料可有效缓解水分对植物营养生长的胁迫，表明水分胁迫是导致土壤有机质含量降低的主要原因[27]。在一定范围内（水田45%～90%的田间持水量，旱地45%～75%的田间持水量），提高含水量可以促进旱地土壤有机碳的矿化，有利于养分的释放，但对土壤活性有机碳无促进甚至有抑制作用[28]。

2.3 土壤生物因子在土壤碳循环中的驱动作用

土壤微生物在土壤中能量和养分循环等生化过程中起着重要的调控作用[29]，被作为预警早期土壤总有机质及活性有机质的变化指标。土壤微生物对不同碳源的利用情况，可反映土壤微生物群落结构在碳素物质转化和能量流动中的协同与竞争作用[30-31]。微生物生物量碳及其群落功能多样性与土壤有机碳呈显著相关[32-33]。程存刚等[34]研究发现，苹果园土壤中加入葡萄糖小分子有机物后，微生物数量增加，添加的外源有机物分解速度加快。有研究表明，长期较高的施肥和管理水平下，微生物群落功能多样性丰富，代谢熵较低，而微生物对碳源的利用效率较高[35]，土壤矿化速率较快。施用适量有机肥能显著影响5年苹果园土壤真菌群落中优势菌的分配及15年苹果园土壤真菌群落的结构，进而提高幼树的长势及成龄树的果实品质[36]。微生物群落的结构变化及有害微生物的积累会导致连作障碍的发生。苹果、桃等果树的根系分泌物、植株残体腐解产物等产生的化感作用，会对再植的果树根系造成毒害[37]，可通过施用微生物有机肥来改善土壤环境及根际微生物群落结构，增加有益菌数量，缓解连作土壤的危害[38]。

3 维持或提高果园土壤有机质的管理策略

3.1 大量增施农家肥的同时建议增施商品有机肥

目前以家庭或合作社为主的果园生产过程中，仍提倡大量增施农家肥，但应有所转变，即由原来简单施农家肥转变为有意识地收集可利用资源，进行肥力更高的自制堆肥。对于公司建园或有一定经济基础的果园，建议施用商品有机肥。商品有机肥可均匀持久地为果树提供多种有机养分，除基本营养元素氮、磷、钾外，还可提供一定的中量、微量元素。有机肥具有改良土壤结构，增强土壤通气性、渗透性、吸附性和缓冲性等作用，可缓解因长期使用化肥而造成的土壤板结，提高难溶性磷酸盐的有效性。此外，增施有机肥还有利于土壤中有益微生物（如固氮菌、硝化菌）的大量繁殖，增强土壤活性。有机肥与氮、磷、钾化肥配施可改善土壤性质，提高产量[39]，同时能有效降低化肥、农药的使用量，在实现绿色环保生产的同时为农民节省开支。

3.2 秸秆还田技术

秸秆还田通常采用物理粉碎或微生物降解后直接还田，或将秸秆通过热处理转化为生物炭后还田，可起到缓解土壤板结、调节土壤温湿度[40]、改善土壤理化性质等作用，可明显提高0～20 cm土层中有机质含量[41]。果园中常见的秸秆利用方式包括开沟填埋、覆盖及穴贮肥水等。开沟填埋一般在每年秋季采收后，果树行间开45 cm宽的深沟，将秸秆埋入压实。采用秸秆覆盖，土壤中的有机肥可增加5.85%～128.17%[42]。树盘覆盖厚度一般为10～20 cm；行间覆盖则是将秸秆覆盖在果树行间，覆盖宽度可根据果树行株距而定。秸秆覆盖还需注意保证覆盖厚度，并及时填充，将腐烂的秸秆适当地翻入土中，并注意与树干周围留有一段距离。穴贮肥水一般在每年春季果园土壤化冻后，于果树树盘内挖4个40 cm×50 cm的圆柱状穴，将泡透水的秸秆切段打捆后插入穴中压实。穴上覆膜，穴口四周盖土，穴中央扎小孔收集雨水。该技术可提高产量、明显改善果实品质，较常规栽培平均增产29.6%[43]。

3.3 果园生草

草的根系分泌物及残根对微生物活动有促进作用[44]，土壤平均矿化速率较清耕提高33%以上[45]。研究表明，猕猴桃园有机质含量随着生草年限的递增而提高，其中行间生黑麦草土壤有机质含量由第1年的14.88 g/kg增至第3年的28.89 g/kg[46]。草种根系和地上部分还可为果园土壤提供丰富的有机碳源。果园生草有自然生草和人工生草2种方式。自然生草将园内恶性杂草清除，保留自然杂草，对不能形成完整地块部分可采用人工生草补种，生长季节适时刈割，留茬高度保持在15～20 cm为宜[47]，可将刈割的杂草放置于树盘下，待其腐烂分解后转化成有机肥供果树利用。人工生草播种时期选在春夏秋季均可，由于春季人工种植草种易被杂草淹没，所以一般选择秋季播种更为适宜。播种前应清除行间杂草，采用行间条播，细小的草种可与细沙等搅拌均匀后一起撒播。苗期要勤除杂草，生长期应合理施肥（主要以氮肥为主）灌水，确保一定的生长量和覆盖效果，并注意防治病虫害。对于因长期实行生草对果园表层土壤造成的板结现象，可采用先隔行耕翻，次年耕翻剩余的行[47]。

3.4 果树枝条堆肥还田

大多数果树需要连年修剪，全国年产生残枝量约2 263.38万t[48]。过去果园机械化程度较低，修剪下的枝条大多被果农当成“废弃物”丢弃或焚烧处理，造成大量植物源有机碳的浪费及环境污染[49]。随着机械化程度的提升，精细化修剪产生的细小枝条便于机械粉碎堆肥，实现果园废弃物的综合利用，提高土壤中有机质含量。研究发现[50]，梨树修剪枝条堆肥还田后可显著提高土壤中有机质含量、土壤微生物数量和微生物量碳、氮含量。果园修剪后，利用粉碎机将枝条粉碎成2 cm左右的碎片，与秸秆等可腐熟农林废弃物混匀，适量添加外源氮素调整枝条堆肥碳氮比（20～40∶1较为合适）。施用复合菌剂，将充分混合均匀的堆肥物料置于地势平坦朝阳、取水容易的地方进行堆制，覆盖塑料薄膜控制堆内温度。发酵过程中堆内50～70 ℃高温，可有效杀死堆肥原料中的有害病菌、草种及虫卵。堆肥过程中，控制相对含水量为50%～70%。7～10 d后充分翻堆，伴随菌丝生长，堆肥物料开始逐渐腐熟；20～25 d后再次翻堆，使堆肥物料充分腐熟。腐熟后，堆肥物料呈现黑褐色，较有弹性，干后容易破碎。腐熟枝条可撒施于果树树盘外1/3根系分布区域，树冠小的要施到树冠投影处。

4 结语

目前，土壤有机质含量偏低的现状，对我国果园生产和发展的影响不容小觑。在实际生产中，果农为提高效益，在果园管理中时常出现化肥的不合理施用现象，造成化肥使用效率降低，成本升高，大气环境、土壤等严重污染，果实品质下降等不良后果。对此，可通过有机肥施用技术培训等社会化服务，提升果农的科学管理意识，合理配施有机肥。充分利用现有资源，采用秸秆还田、枝条堆肥还田技术等农艺措施，提高农业废弃物肥料化利用率，结合果园生草等管理模式增加果园碳返还量。通过上述措施可有效维持或提高果园土壤有机质含量，改善土壤肥力，起到化肥减量增效的作用，为促进我国果园稳步持续健康发展提供保障。