有机物料对梨园土壤养分及根系发育的影响*

汪晓谦，邵竹松，周家一，杜国栋

（沈阳农业大学园艺学院，辽宁110866）

土壤质量是生态系统范围内维持生物生产、保护环境质量及促进植物健康的保障，不同土地利用方式和管理措施深刻影响着土壤质量变化的方向和幅度[1]。长期以来，我国梨园的施肥管理处于不科学不合理的状态。目前，多数梨园存在优质有机肥源匮缺、施用比例过低及不合理施肥等问题，严重影响了梨树树体发育、产量形成和品质提升，制约着梨产业的健康可持续发展[2-4]。另一方面，梨园土壤黏重、紧实度大、孔隙度小及积水等常导致土壤通气性变差，影响根系呼吸，不利于梨树健康生长以及产量、品质的形成[5-6]。因此，探索提高果园肥力的实用措施，是当前果园土壤管理中亟需解决的主要问题。

面临现代果园越来越高的生产成本压力，节本增效是解决上述问题的切实可行的途径之一。研究表明，废弃物还田可以有效地补充土壤碳损失，是农业生产中改善土壤质量的重要方式之一[7]。另外，垂直孔施肥可满足果树下层根系水分、养分及通气需求，与传统果树施肥方式相比，增加了肥料利用效率，也利于果园的抗旱保墒[8]。为了兼顾果园土壤改良和促进有机废弃物合理利用，本研究以腐解的废弃梨树枝条及玉米秸秆为材料，研究垂直施用废弃有机物料对秋子梨梨园土壤及根系发育的影响，以期为果园施肥管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019 年在沈阳农业大学秋子梨示范园（北纬41°49′，东经123°34′）进行，海拔76.2 m，属于温暖带湿润半湿润大陆性季风气候。梨园为3～4 年生梨树，行株距为2 m×1 m，土壤类型为棕壤土。

1.2 试验材料

1.2.1 有机物料的高温分解与堆置

收集农业生产中丢弃的梨树枝条和玉米秸秆，使用粉碎机粉碎至1.5 cm 左右，加入小分子有机营养物质（糖蜜）作为好氧微生物繁殖介质，调整C/N比为25～30∶1。为加快堆肥的腐解效果，将含1%枯草芽孢杆菌的复合菌剂施入有机物料中，控制有机物料水分含量为60%左右，并在搅拌好后的梨树枝条和玉米秸秆上覆一层塑料薄膜，进行高温、无害化发酵处理。在发酵过程中每15 d 进行1 次翻堆，发酵120 d 后备用。表1 为不同有机物料充分发酵腐熟后微生物量碳氮及重金属含量，其含量均在国家试行标准范围内。

表1 有机物料腐解后的养分及重金属含量

1.2.2 有机物料的施用及试验样品采集

（1）有机物料的施用。试验共设置3 个处理，即腐解的梨树枝条、玉米秸秆及化学源肥料对照。将发酵后的梨树枝条及玉米秸秆分别装入直径为20 cm、高为60 cm 的可降解无纺布营养袋中，取果园中同等体积的土壤作为对照，同时将比例为3∶2∶3∶1 的尿素、磷酸二铵、硫酸钾、硝酸铵钙肥，共90 g 混入袋中。2019 年3 月，将营养袋在距树干50 cm 处钻孔施入，每株树1 个孔，每处理重复3次。

（2）土壤的采集。于施用半年后的9 月进行土样采集，分别在距孔壁20 cm 处挖取0～20、20～40、40～60 cm 土层土壤。土壤样品进行含水量的测定，其余部分风干过筛处理后用于土壤化学指标的测定。

（3）根系的采集。当年9 月，在孔口外延30 cm处收集长80 cm、宽60 cm、深60 cm 处的全部根系。取部分根系生长点测定根系活力，其余根系用于其他指标的测定。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤指标的测定

（1）土壤含水量的测定。采用烘干法测定土壤含水量，计算公式如下。

土壤含水量（%）=［（原土重-烘干土重）/烘干土重］×100

（2）土壤理化性质测定[9]。采用重铬酸钾稀释热法测定土壤有机质含量；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用碳酸氢钠浸提法测定土壤速效磷含量；采用原子吸收法测定土壤速效钾含量。

（3）土壤酶活性测定。采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶活性[10]；采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性[10]；采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性[11]。

1.3.2 根系指标的测定

称量单位土壤体积根系干鲜重量；使用根系扫描仪测定根系形态；采用TTC 法测定根系活力[12]。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 软件进行差异显著性分析，使用Origin 软件作图。

2 结果与分析

2.1 垂直施用有机物料对土壤含水量的影响

如图1 所示，在0～20 cm 和40～60 cm 土层，梨树枝条和玉米秸秆处理的土壤含水量均显著增加；而在20～40 cm 土层，玉米秸秆处理的土壤含水量显著增加，梨树枝条处理的土壤含水量与对照差异不显著。整体来看，施用梨树枝条和玉米秸秆均具有一定的保水能力，玉米秸秆处理的保水能力较梨树枝条的效果更明显。

图1 垂直施用有机物料对土壤含水量的影响

2.2 垂直施用有机物料对土壤有机质的影响

如图2 所示，土壤有机质含量随土层深度逐渐降低，施用有机物料后不同土层的有机质含量有不同程度的提升。在0～20 cm 土层，梨树枝条与玉米秸秆处理的有机质含量均显著高于对照，分别提高了6.24%和8.85%，说明施用有机物料有助于提高0～20 cm 土壤有机质含量，改善土壤的碳结构。而在20～40 cm 土层玉米秸秆处理的土壤有机质含量显著提高，在40～60 cm 土层梨树枝条处理的土壤有机质含量显著提高，说明2 种处理对深层土壤的有机质含量提升作用存在差异。

图2 垂直施用有机物料对土壤有机质的影响

2.3 垂直施用有机物料对土壤速效养分的影响

如图3 可知，在不同土层中，施用有机物料处理均显著提高了土壤碱解氮含量，其中20～40 cm土层中的效果最为显著，梨树枝条和玉米秸秆处理的碱解氮含量分别较对照提高了33.02%和47.30%。而有机物料处理对土壤速效磷的作用效果主要集中在0～20 cm 和20～40 cm 土层。其中，0～20 cm土层中，梨树枝条和玉米秸秆处理的速效磷含量与对照相比分别提高了47.12%和57.14%。在不同土层，玉米秸秆处理均可显著提升土壤速效钾含量。在20～40 cm 土层，玉米秸秆处理的速效钾含量与对照相比提高了17.91%。

图3 垂直施用有机物料对土壤速效养分的影响

2.4 垂直施用有机物料对土壤酶活性的影响

如图4 可以看出，施用有机物料均可以显著提高不同土层的土壤酶活性，其中对脲酶活性的影响最大。在20～40 cm 土层中，梨树枝条和玉米秸秆处理的脲酶活性分别较对照提高了 127.10%、159.19%，施用玉米秸秆处理的作用效果整体好于梨树枝条处理。另一方面，有机物料施用也可以显著提升蔗糖酶活性，在0～20 cm 土层中，2 个处理的蔗糖酶活性均显著高于对照，分别提高了33.39%、52.17%。在过氧化氢酶活性方面，梨树枝条处理的效果更好，在40～60 cm 土层中，其酶活性较对照提高了19.35%。

图4 垂直施用有机物料对土壤酶活性的影响

2.5 垂直施用有机物料对根系形态及功能的影响

由表2 可以看出，梨树枝条处理后的单位土壤体积根系长度、表面积、总体积、根尖数较对照分别提高了74.64%、91.51%、109.88%和91.32%，玉米秸秆处理的单位土壤体积根系表面积、根系总体积和根系平均直径分别较对照提高了70.72%、413.58%和200.00%。因此，梨树枝条处理对于根系发育的作用更加全面。

表2 垂直施用有机物料对根系形态的影响

由表3 可以看出，施用有机物料能显著提高根系质量。梨树枝条和玉米秸秆处理的单位土壤体积根系鲜重较对照分别提高了183.14%、207.84%，根系干重分别提高了159.50%、191.06%，而根系活力间的差异并不显著。

表3 垂直施用有机物料对根系功能的影响

3 讨论与结论

枝条和秸秆还田，可增强土壤的保肥和供肥能力，改善果树根系发育的土壤条件，提高树体营养水平[13]。结合钻孔施肥，可以实现养分的缓慢释放，提高土壤的缓冲能力，有利于保水保肥[14]。本试验使用垂直施肥方式研究了不同有机物料对土壤的影响，结果表明，施入腐解后的梨树枝条和玉米秸秆均可增加土壤养分，提高肥力。其中，玉米秸秆堆肥能显著提高0～40 cm 土层的土壤含水量和有机质、速效养分（碱解氮、速效磷、速效钾）含量，而施入梨树枝条堆肥则能显著提升40～60 cm 土层的土壤含水量和有机质、碱解氮、速效磷含量。黄萍等[8]研究发现，钻孔为土壤气体扩散和交换提供通道，钻孔后填充玉米秸秆、果树枝条等有机物料可提高土壤含水量、增加有机质含量，利于改善土壤通气状况。这与本研究结果是一致的。

土壤酶参与土壤的养分循环过程，其活性与土壤肥力直接相关[15]。已有研究表明，施入有机物料不仅可增加土壤养分及碳源，对于土壤中微生物活性也有显著的激发作用，从而促进土壤酶活性的提升[16]。本试验中，施用不同有机物料均可显著提高梨园不同土层的土壤酶活性，其中，玉米秸秆对脲酶活性的作用效果更显著，而梨树枝条可显著提升土壤中过氧化氢酶活性。

施肥不仅影响土壤养分，对根系的生长发育及分布也有明显的调节作用[17-19]。本试验研究表明，施用梨树枝条堆肥的单位土壤体积根系长度、根系表面积、根系总体积、根尖数均较对照显著增加，而施用玉米秸秆堆肥的单位土壤体积根系表面积、根系总体积和根系平均直径均较对照显著增加。党祝庆等[20]发现，有机物料的施用有利于促进果树根系的生长，这与本研究结果一致。

综合来看，梨树枝条堆肥和玉米秸秆堆肥的施用效果存在一定差异，这可能与其成分、结构及腐熟进程存在差异有关。但2 种有机物料的施用均增加了不同土层的土壤含水量、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量以及土壤酶活性，并可有效促进根系的生长发育。本研究采用机械钻孔，结合施入有机物料，能改善土壤和补充养分，操作方便，可以为梨园土壤改良提供新的参考。