不同果园枝条修剪量及资源化利用分析*

李传友，张 莉，刘京蕊，郝东生，李学斌，张海雷，刘 攀，李 震，滕 飞

（1 北京市农业机械试验鉴定推广站，100079）（2 密云区农机化技术推广服务站）（3 平谷区农业机械推广站）（4 大兴区农业机械技术推广站）（5 昌平区农业机械化技术推广站）

我国是水果生产大国，果树栽培历史悠久，资源丰富[1]。近年来，随着水果产业的快速发展，果树枝条修剪量逐年增加，据估计，每年果树枝条修剪量可达4 650 万t[2]。果树枝条传统的处理方法主要是堆放和焚烧，而堆放处理所需容纳土地量大，焚烧处理会造成环境二次污染，导致生物质资源的浪费[3]。近年来，我国农业废弃物资源化利用进程提速，科技人员对残枝处理技术的关注度越来越高，杨叶、刘丽丽等对果树枝条资源化利用研究进展进行了总结[4-5]，杜娟等对林果业残枝粉碎机械的研究现状进行了分析[6-11]。

林果残枝三级全量化利用机械化技术模式是根据木质残枝的生物学特性，选用高效的粉碎机将残枝破碎，并把破碎后的残枝分选为小于0.2、0.2～1.0、1.0～5.0 cm 这3 个等级，分别用于有机肥加工、栽培基质加工和有机覆盖物加工，从而真正意义上实现对林果残枝的全量化利用。果园修剪下的残枝无论以何种方式进行资源化利用都要先进行粗加工粉碎。

果园枝条资源化常见利用模式有以下几种。①直接粉碎还田：残枝可直接粉碎还田至土壤中，提高土壤肥力，从而提高水果品质[12]。②制作有机肥：木质素是堆肥化原料中一种重要的限速高聚物，其有效降解对堆肥化速度、堆肥质量有重要作用[12]。③制作栽培基质：残枝粉碎后染彩色作有机覆盖物。通常情况下，果园全年进行夏剪、冬剪2 次，以保证果园产量。对果园剪枝量的计算，目前大都是估算的方法，不同树种、不同种植模式差异很大。傅童成等[13-14]对林业剩余物资源量评估所用系数的定义、取值和林业剩余物资源量评估方法进行了研究。对于果园剪枝量，目前国内外鲜有相关报道。本研究选择代表性果树，估算了不同果园的剪枝量并对其理化性状进行了分析，以期为政府相关部门制定相关政策措施和资源化利用发展规划提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 小区划分方法

目前，北京市苹果、桃、梨有传统种植和标准化种植2 类模式，葡萄和板栗只有传统种植模式。所有果树均为树龄4 年以上的成龄树。每个种植模式选择3 个符合条件的果园。采取分区随机取样的方法在每个果园中选择3 个小区，苹果、桃、梨、板栗园每个小区确定相连的3 株树，葡萄每个小区选择相连的10 株树。收集划定小区内的果树冬剪、夏剪剪下的枝条，称量记录其新鲜枝条样本重量和烘干后的重量，分别计算出各种处理果树的年剪枝量的湿重和干重。

1.2 样品预处理及含水率测定

果树枝条的含水率较高，易发霉变质，故通过烘干处理延长其贮存期，保证其物质含量成分不产生变化，用于后续理化指标测定。参考NREL/TP-510-42621 标准方法制作烘干样本，并测定其含水率。将采集到的新鲜果树枝条样本在（105±5）℃条件下，烘干（18±6）h，得到干燥样本，并计算含水率。

1.3 理化指标测定方法

1.3.1 有机质测定

参考NREL/TP-510-42621 标准方法，通过测定物质灰分含量估算果树枝条的有机质含量。将坩埚置于全自动工业分析仪中，设置4 个梯度（100、200、300、600 ℃）的预热温度，分别加热2 h，待机器自然冷却至室温，并自动记录恒重的坩埚质量。称取0.5 g 左右粉碎的枝条样本于坩埚中，设置工业分析仪为575 ℃，灼烧灰化4 h 后至恒重。每个样本重复2 次，计算有机质含量。

1.3.2 木质成分测定

枝条的主要化学组成是纤维素、半纤维素和木质素，这3 种成分的测定采用两步酸解法，参考NREL/TP-510-42621 标准方法。

1.3.3 部分元素含量测定

利用Vario EL 元素分析仪（Elemental 公司，德国）测定干燥粉末枝条样本中的总碳、总氮、总硫和总氢的含量。

2 结果与分析

2.1 剪枝量

各类果树在不同种植模式下的剪枝量如表1 所示。测算结果表明，苹果树传统种植模式下产生约3 178.50 kg/hm2的年剪枝量（干重，下同），较标准化种植模式下产生的年剪枝量（2 552.10 kg/hm2）略高。板栗树只有传统种植模式，年剪枝量为673.35 kg/hm2。桃树标准化种植模式下产生约5 578.95 kg/hm2的年剪枝量，远高于传统种植模式下产生的年剪枝量（1 959.30 kg/hm2）。梨树标准化种植模式下产生约1 920.45 kg/hm2的年剪枝量，较传统种植模式下产生的剪枝量（1 837.05 kg/hm2）略高。葡萄只有传统种植模式，年剪枝量约为1 533.00 kg/hm2。总体来看，各个果园冬季产生的剪枝量高于夏季产生的剪枝量。

表1 不同果树不同种植模式剪枝量估算表（干物质）

2.2 含水率和有机质含量

夏季枝条样本的含水率为46.69%～81.88%，含水率主要集中在50%左右，其中葡萄的新鲜枝条样本含水率较高，为81.88%。冬季果树枝条样本的含水率为41.12%～50.03%，较夏季枝条样本的含水率偏低（表2），这可能是由北京冬季空气干燥所致，同时，冬季果树均处于休眠期，果树生长代谢过程较夏季缓慢。枝条样本间的含水率差异主要与枝条脱离果树枝干后的时间长短有关。

表2 不同果树不同种植模式枝条样本含水率 %

夏季枝条样本的有机质含量测定结果表明，枝条样本含有丰富的有机质，含量均大于98%，在果园废弃物资源化利用方面具有良好的潜力。冬季枝条样本的有机质含量也均在95%以上，与夏季枝条样本的有机质含量差异不大，也是适宜的果园废弃物资源化利用原料（表3）。

表3 不同果树不同种植模式枝条样本有机质含量 %

2.3 木质素、纤维素、半纤维素含量

果树枝条含有丰富的木质成分，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。纤维素是木材细胞壁的骨架物质，半纤维素是细胞壁的黏结物质，木质素是细胞壁的硬固物质。这3 种木质成分的含量直接影响着果树枝条的性能和利用。从夏季果树枝条样本的木质成分测定结果来看（表4），其木质成分中以纤维素含量最高，为38.67%～44.94%，且过半数枝条样本的纤维素含量大于40%；木质素含量和半纤维素含量分别为20.17%～29.83%和20.92%～23.15%。从冬季果树枝条样本的木质成分测定结果来看（表4），其木质成分也是以纤维素含量最高，为26.02%～33.54%，但同一产地枝条样本的纤维素含量较夏季样本低，大多数冬季枝条样本的纤维素含量未达到40%。冬季果树枝条样本的半纤维素含量较夏季枝条样本的半纤维素含量低，半纤维素含量为8.65%～11.14%；冬季果树枝条样本的木质素含量为24.52%～30.55%，较夏季果树枝条的木质素含量高一些。这说明冬季果树枝条材质更加坚硬，纤维结构更加稳固，适宜作为纤维原料；而夏季样本的易降解成分（半纤维素）更多，更利于以发酵方式为主的资源化利用。

表4 不同果树不同种植模式枝条样本木质成分含量 %

2.4 碳、氮、硫等元素含量

果树枝条含有丰富的有机质和木质成分，因此其含有丰富的碳元素。由表5 可知，冬季果树枝条的碳元素含量为47.08%～49.04%，均大于45%，这与其木质成分含量较低有关，可认为是生产生物炭的良好原材料。各类果树枝条样本氮元素含量为0.65%～1.71%。其中，板栗枝条样本的氮元素含量较低。各样本硫元素含量为0.22%～0.66%。元素测定数据发现，不同果树不同种植模式、不同季节果树枝条之间的主要元素差异并不明显。同时，果树枝条氮、硫含量很低，并不能作为农林类废弃物资源化利用的主要氮源和硫源。

表5 不同果树不同种植模式枝条样本元素成分含量 %

3 结论与讨论

果树枝条既是生产过程中不可避免的残留物，又是一种可利用的资源，处理好二者的关系，对于保证果树产业健康发展具有十分重要的意义。夏季果树枝条样本木质成分以纤维素含量最高，且过半数的样本纤维素含量均大于40%，纤维素的分解需要纤维素内切酶、端解酶和纤维素二糖酶的协同作用[15]。冬季果树枝条样本木质成分也是以纤维素含量最高，但同一产地枝条样本的纤维素含量较夏季样本低，大多数冬季枝条样本纤维素含量未达到40%。研究发现，对纤维素和木质素有降解能力的微生物主要是高温放线菌和高温真菌，其中有独特降解机制的白腐菌在木质素降解过程中起着重要作用[16]。冬季果树枝条的半纤维素含量较夏季果树枝条的半纤维素含量低，木质素含量则较夏季果树枝条的高一些。枝条用作堆肥木质纤维素的分解是一个复杂的过程，是各种酶之间相互协同作用的结果，纤维素和木质素的生物降解是紧密相连、密不可分的[17-18]。

从研究结果可知，苹果树传统种植模式下年剪枝量约为3 178.50 kg/hm2，标准化种植模式下年剪枝量约为2 552.10 kg/hm2；板栗树只有传统种植模式，年剪枝量约为673.35 kg/hm2；桃树标准化种植模式下年剪枝量约为5 578.95 kg/hm2，传统种植模式下年剪枝量约为1 959.30 kg/hm2；梨树标准化种植模式下年剪枝量约为1 920.45 kg/hm2，传统种植模式下年剪枝量约为1 837.05 kg/hm2；葡萄只有传统种植模式，年剪枝量约为1 533.00 kg/hm2；本试验结果与傅童成等[13-14]采用每年修枝频度系数和每次修枝剩余物产率得出的结论基本吻合。果树枝条是富含养分的果园废弃物，是适宜的废弃物资源化利用原料。本试验为果树枝条废弃物的资源化利用提供了数据支撑。