李 祥，王永平，柯希恒，孫喜軍，郭學(xué)軍，褚春年，王耀鳳，胡月莉，曾 橋

（1.陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院/中國輕工業(yè)輕工助劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；2.陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院，陜西 西安 710021；3.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710061；4.白水縣蘋果試驗(yàn)站，陜西 白水 715600；5.西安市農(nóng)機(jī)監(jiān)理與推廣總站，陜西 西安 710065）

【研究意義】近年來，隨著農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的變化，昔日作為燃料的果樹枝條已淡出人們視野，變成了隨意丟棄、堆積如山的廢物，造成河道堵塞、果園環(huán)境惡化、火災(zāi)隱患發(fā)生等后果，嚴(yán)重制約果業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展［1］。果樹枝條中含有機(jī)碳4.7%、N 0.5%～0.67%、P 0.09%～0.15%、K 0.44%～0.50%，還含有大量合成果實(shí)風(fēng)味物質(zhì)、花青素輔酶的微量元素［2］。盡管枝條栽培食用菌［3］、制備飼料［4］的技術(shù)已經(jīng)成熟，但由于枝條纖維化程度不同、成分差異較大等原因制約了這些技術(shù)的推廣應(yīng)用，目前，枝條基質(zhì)化、飼料化不足20%，肥料化是枝條利用的主要途徑［5］。枝條堆肥雖然是枝條利用的主要方式，但由于枝條撿拾、搬運(yùn)、粉碎、堆肥、施肥過程中勞動(dòng)力消耗大，致使枝條肥料化成本高。因此，探索農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏大背景下，省時(shí)、省力的枝條肥料化模式成為研究焦點(diǎn)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】趙鵬［6］研究了枝條覆蓋技術(shù)對(duì)果園土壤性狀、果品質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)枝條覆蓋能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、鉀及有效鐵、錳、銅、鋅的含量，果樹葉片葉綠素含量比對(duì)照增加7.7%～19.8%，產(chǎn)量比對(duì)照提高47.3%，果品中可溶性固形物含量較對(duì)照增加6.6%。李志剛等［7］研究了枝條翻埋、覆蓋對(duì)土壤性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)枝條翻埋、覆蓋均能提高土壤總孔隙度、田間持水率、有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量，提高了土壤呼吸強(qiáng)度、微生物（細(xì)菌、真菌和放線菌）數(shù)量和酶（脲酶、過氧化氫酶）活性，降低了土壤密度?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】通過開溝機(jī)械開溝，研究枝條掩埋方式對(duì)枝條腐解率、果樹腐爛病、輪紋病發(fā)病率、果園CO2濃度、土壤溫度、水分含量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究結(jié)果為果樹枝條的肥料化利用提供技術(shù)支撐，探索省時(shí)省力的枝條肥料化利用模式，以適應(yīng)農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏的狀況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)蘋果園位于陜西省渭南市白水縣境內(nèi)（109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N），平均海拔約850 m，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，光照充足，晝夜溫差大；年平均降水540 mm，無霜期217 d，年日照時(shí)數(shù)2 397～2 641 h；土壤為黃綿土，土層深厚，中性偏堿。

供試FT有機(jī)肥發(fā)酵菌種（有效活菌數(shù)大于2×1010 CFU/g），武漢豐甜生物科技有限公司產(chǎn)品；土壤調(diào)理劑，陜西科技大學(xué)農(nóng)林技術(shù)推廣中心自制；尿素，陜西陜化化肥股份有限公司產(chǎn)品；豬糞尿來自白水縣天順養(yǎng)豬專業(yè)合作社。

HF-LDKGJ 38馬力柴油履帶開溝回填機(jī)，山東浩發(fā)機(jī)械有限公司；USafe 3000手持式CO2檢測儀，山盾科技（深圳）有限公司；CWS20插入型溫濕度變送器，北京星儀傳感器技術(shù)有限公司；YMJ-D手持活體葉面積儀，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

枝條開溝掩埋發(fā)酵試驗(yàn)于2018—2020年在白水美好家園現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)8年生蘋果試驗(yàn)園進(jìn)行。2018年3月1日進(jìn)行冬剪，冬剪時(shí)先確定作業(yè)行，將作業(yè)行的果樹枝條放在相鄰兩行，3月5日用開溝機(jī)在作業(yè)行開寬30～35 cm、深35～40 cm的溝，將相鄰3～5行（視枝條數(shù)量而定）的枝條、落葉、枯草整齊地填入溝內(nèi)，將養(yǎng)殖企業(yè)的沼液或干濕分離后的尿液均勻噴灑在枝條表面，枝條的位置控制在離地面10 cm，以免回填時(shí)將枝條翻出。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：處理1，按75 kg/hm2自帶營養(yǎng)的FT有機(jī)肥菌種、50 kg/hm2尿素的比例，均勻撒在枝條表面；處理2，按75 kg/hm2自帶營養(yǎng)的微生物菌劑、50 kg/hm2尿素及20 kg/hm2土壤調(diào)理劑的比例，均勻地撒在枝條表面；處理3，按750 kg/hm2尿素的比例將其均勻撒在枝條表面，不加自帶營養(yǎng)的微生物菌劑及土壤調(diào)理劑；以不進(jìn)行開溝掩埋發(fā)酵枝條為對(duì)照。枝條長度與溝的方向一致，每個(gè)處理間隔3～5行。處理后4～7 d，用多功能田園管理機(jī)進(jìn)行覆土填平，果樹枝條覆土厚度為10 cm，7～10 d后澆灌水1次，翌年按計(jì)劃在其上栽種三葉草。在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇5個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)標(biāo)記1～12捆枝條，每隔3個(gè)月測定枝條腐解率，計(jì)算周年累計(jì)腐解率，并測定試驗(yàn)區(qū)近地層CO2的濃度；2019—2020年在蘋果樹越冬期（2019年12月15日）、花期（2020年5月15日）、果實(shí)膨大期（2020年8月15日）、成熟期（2020年10月15日）分別測定各處理地下20 cm處土壤含水量及10、20、30 cm處的溫度。2020年8月份調(diào)查果樹腐爛病、輪紋病的發(fā)病率。

枝條腐解率測定：將直徑2～3 cm的枝條收集后分60份，稱量干重并標(biāo)記，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別埋入處理1、2、3的土中，每季度取1份水洗后干燥稱重，重復(fù)3次，1年測4次，計(jì)算枝條腐解率［8-9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)枝條腐解率的影響

由表1可知，處理1、2、3枝條周年累計(jì)腐解率隨發(fā)酵時(shí)間的推移呈“小-大-小”的變化趨勢，其原因是枝條腐解率受枝條腐解產(chǎn)物濃度及發(fā)酵溫度的雙重影響。一方面枝條剛開始腐解時(shí)產(chǎn)物濃度較小對(duì)枝條腐解反應(yīng)的抑制作用?。?0-11］，另一方面是3—6月的發(fā)酵溫度相對(duì)較低，枝條腐解酶（纖維素酶、木質(zhì)素酶、半纖維素酶）的活性較低，因而枝條腐解率較??；隨著溫度升高，酶活性增加，但枝條腐解產(chǎn)物的濃度高而影響枝條的腐解速度。處理2枝條周年腐解率最高、為40.1%，處理3枝條周年腐解率最低、為29%，處理1介于兩者之間，其原因是微生物菌種的加入增加了土壤中微生物的數(shù)量，在外源土壤微生物的共同作用下，枝條腐解率增加；枝條的碳氮比一般為80～100∶1［12］，不適合微生物繁殖，加入尿素調(diào)節(jié)了枝條發(fā)酵物的碳氮比，使其更適合微生物菌劑的生長、繁殖，增加了枝條腐解酶的活性［13］，從而加速枝條腐解；土壤調(diào)理劑的Ca2+、Mg2+促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成［14］，增強(qiáng)了土壤的透氣、透水性，為微生物的生長繁殖創(chuàng)造了條件?？梢?，微生物菌劑、尿素、土壤調(diào)理劑的復(fù)合作用，加速了枝條的腐解，因此處理2的枝條周年腐解率比處理1、3高。

表1 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)枝條腐解率的影響Table 1 Effect of burying fermentation modes on decomposition rate of branches

一般枝條堆肥發(fā)酵時(shí)枝條的腐解率為50%以上［15］，而枝條掩埋發(fā)酵枝條的腐解率最高僅為40.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高溫堆肥發(fā)酵，其原因可能與高溫發(fā)酵時(shí)溫度高、酶促反應(yīng)速度快有關(guān)。以枝條腐解率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，處理2為枝條掩埋發(fā)酵的最佳模式，鑒于處理2枝條周年腐解率僅為40.1%，建議采用枝條掩埋發(fā)酵技術(shù)每3～5年還田1次。

2.2 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)果樹腐爛病、輪紋病發(fā)病率的影響

2020年8月，按每個(gè)處理隨機(jī)選5顆果樹75個(gè)枝干的方法，調(diào)查3個(gè)處理及對(duì)照果樹腐爛病、輪紋病發(fā)病率；按照東南西北中5點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)隨機(jī)取10片葉子，采用質(zhì)量法、YMJ-B型葉面掃描儀測定葉面積，結(jié)果見表2。由表2可知，處理1、2、3果樹腐爛病、輪紋病的發(fā)病率均顯著低于對(duì)照，其原因是果樹輪紋病、腐爛病由梨生囊孢殼菌［16］、蘋果黑腐皮殼菌［17］引起，梨生囊孢殼菌、蘋果黑腐皮殼菌均屬真菌，以菌絲及分生孢子器寄生在病枝、落葉、枯草上越冬，通過枝條修剪由創(chuàng)傷口浸染果樹，引起果樹疾病。由于梨生囊孢殼菌、蘋果黑腐皮殼菌為好氧菌，生長需要一定的氧氣，而枝條掩埋發(fā)酵隔絕了氧氣，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，梨生囊孢殼菌、蘋果黑腐皮殼菌逐漸死亡，減少了果樹腐爛病、輪紋病的發(fā)病率。果樹腐爛病對(duì)果樹生長造成嚴(yán)重的影響，俗稱果樹“癌癥”，枝條掩埋發(fā)酵不僅不會(huì)引起腐爛病、輪紋病傳播，還降低了發(fā)病率。冬季清園、保持果園清潔是防止果樹疾病的有效措施。

表2 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)果樹腐爛病、輪紋病發(fā)病率的影響Table 2 Effects of burying fermentation modes of branches on the incidence of rotten disease and ring rot disease of fruit trees

處理1、2、3果樹的平均百葉重、葉面積均顯著高于對(duì)照，其原因是，枝條掩埋發(fā)酵實(shí)際上是枝條肥料化的過程，枝條中大分子的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素在微生物酶的作用下降解成小分子有機(jī)物，同時(shí)釋放出CO2，小分子有機(jī)物如酸、醛、酮等都是植物生長的刺激素［18］，能刺激果樹生長，CO2是光合作用的原料（表2）。

處理2果樹腐爛病、輪紋病的發(fā)病率低于處理1、3，而百葉重、葉面積高于處理1、3，其原因是處理2中的土壤調(diào)理劑促進(jìn)了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加了土壤的孔隙率及氧氣濃度，抑制了土壤中一些厭氧微生物對(duì)果樹生長的影響。進(jìn)一步說明處理2為枝條掩埋發(fā)酵的最佳模式，也說明枝條掩埋發(fā)酵過程中添加尿素、微生物菌劑、土壤調(diào)理劑的重要性。

2.3 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)果園大氣中CO2濃度的影響

由表3可知，處理1、2、3行間近氣層CO2濃度明顯高于對(duì)照，其原因是埋入地下的枝條、落葉、枯草在微生物酶的作用下，其中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素在降解為小分子糖類、苯酚類物質(zhì)的同時(shí)，向大氣中釋放了CO2，增加了園區(qū)內(nèi)CO2濃度。CO2是植物光合作用的主要原料，同時(shí)又是C3植物進(jìn)行光合作用的主要限制因子之一，空氣中CO2的濃度直接影響植物葉片中水分調(diào)節(jié)氣孔的張開程度［19］。

表3 枝條掩埋方式對(duì)果園近氣層CO2濃度的影響Table 3 Effects of burying modes of branches on CO2 concentration in near-atmosphere of orchard

2.4 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)果園土壤溫度、濕度的影響

不同處理、果樹不同生長時(shí)期土壤的水分含量和溫度測定結(jié)果見表4、表5。從表4可以看出，處理1、2、3蘋果不同生長期20 cm處土壤的水分含量均高于對(duì)照，說明枝條掩埋溝具有蓄水保墑的作用，能將有限的雨水貯藏于發(fā)酵坑中。處理2蘋果生長各個(gè)時(shí)期土壤的含水量均大于處理1和處理3，主要原因是處理2中枝條的腐解率大于處理1和處理3，枝條在腐解過程中形成了親水性更強(qiáng)的酸、醛類物質(zhì)，增加了土壤的持水力，而且土壤調(diào)理劑增加了土壤團(tuán)聚體，更有利于雨水下滲。

表4 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)20cm處土壤水分含量（%）的影響Table 4 Effects of burying fermentation modes of branches on moisture content in 20 cm soil layer

表5 枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)土壤溫度的影響Table 5 Effects of buryingfermentation modes of branches on soil temperature

從表5可以看出，當(dāng)冬季氣溫較低時(shí)（2019年12月15日），處理1、2、3地下10、20 cm處的土壤溫度分別比對(duì)照高1.6、1.9、1.0 ℃和1.1、1.4、0.7 ℃，利于果樹越冬；當(dāng)夏季氣溫較高時(shí)（2020年8月15日），處理1、2、3地下10、20 cm處的土壤溫度分別比對(duì)照低8.4、8.8、7.9 ℃和5.8、6.0、6.2 ℃，避免了高溫對(duì)果樹根系的影響。一般認(rèn)為，蘋果根系的最適生長溫度為7～20 ℃，土壤溫度大于5.4 ℃蘋果根系就開始生長，20 ℃時(shí)根系生長最快［21］，說明枝條掩埋發(fā)酵對(duì)保護(hù)果樹根系具有一定的積極意義。

3 討論

果樹枝條掩埋發(fā)酵方式對(duì)枝條腐解有一定影響，原因有多個(gè)方面。一方面埋在土壤中枝條腐解速率取決于枝條本身，枝條中的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等［22］化學(xué)物質(zhì)的含量相對(duì)高低及纖維素、木質(zhì)素、半纖維素的相互結(jié)合的方式；另一方面枝條腐解率的快慢主要取決于影響枝條掩埋發(fā)酵的外部因素，如水分、溫度、微生物、土壤離子濃度等。本研究中，處理2枝條周年腐解率最高、為40.1%，處理3最低、為29%，這是由于處理2通過微生物菌種的添加，使得土壤微生物數(shù)量增多，在一定程度上對(duì)枝條的腐解起到“催化劑”的作用。

果樹枝條修剪留下的創(chuàng)傷口會(huì)增加患果樹輪紋病、腐爛病等的風(fēng)險(xiǎn)。將果樹裁剪下的枝條進(jìn)行堆肥掩埋處理，不僅減少了果園枝條廢物的堆砌，還能有效降低果樹患果樹輪紋病、腐爛病等病害的風(fēng)險(xiǎn)，這是由于通過開溝掩埋枝條，使得梨生囊孢殼菌、蘋果黑腐皮殼菌的生長條件受到抑制，從而降低正常果樹生病的風(fēng)險(xiǎn)。果樹枝條通過開溝掩埋，最終會(huì)被分解成有機(jī)物小分子，供給果樹的根系，在一定程度上促進(jìn)果樹生長。本研究處理1、2、3果樹的平均百葉重、葉面積顯著高于對(duì)照，也從側(cè)面反映果樹枝條掩埋是很好的處理方式，這是一種良好的果樹枝條循環(huán)利用技術(shù)。

一般情況下，植物進(jìn)行光合作用的最適CO2濃度為1 000 μmol/mol［20］。本研究中，處理1、2、3行間近地層CO2的濃度均低于1 000 μmol/mol，但處理2的CO2濃度最高，可使植物的光合速率加快，其原因是CO2濃度升高不僅為植物光合作用提供了更多的反應(yīng)原料，還提高了l,5-二磷酸核酮糖（RuBP）羧化酶的活性，增強(qiáng)了對(duì)CO2的固定能力，同時(shí)抑制了RuBP加氧酶的活性，降低了植物的光呼吸強(qiáng)度，從而提高了植物的光合作用效率。

果樹枝條掩埋在一定程度上會(huì)蓄水保墑，其原因可能是在枝條的腐解需要大量水分來促進(jìn)枝條腐解，枝條腐解會(huì)形成各種有機(jī)物小分子，水分的存在會(huì)促進(jìn)有機(jī)物小分子更容易進(jìn)入果樹的根系部位從而被吸收利用。本研究中，處理1、2、3地下10、20 cm處的土壤溫度均比對(duì)照高，說明果樹枝條掩埋發(fā)酵對(duì)于果樹過冬具有保溫作用，其原因可能是枝條在土壤進(jìn)行腐解的過程中，會(huì)釋放一定的熱量，加之冬天土壤中流動(dòng)水分含量相對(duì)降低；而在夏天時(shí)，處理1、2、3地下10、20 cm處的土壤溫度均比對(duì)照低，形成這種現(xiàn)象的原因是夏天土壤中的流動(dòng)水分含量較多，土壤的“呼吸作用”較強(qiáng)，果樹枝條開溝掩埋的蓄水保墑作用，對(duì)于夏季果樹的生長具有一定好處。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，采用果樹枝條掩埋技術(shù)處理枝條，枝條平均腐解率為34.6%，低于高溫堆肥的枝條腐解率［11］，但可省去撿拾、搬運(yùn)、粉碎、堆肥、施肥環(huán)節(jié)，降低了枝條肥料化的成本，十分適合在農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏的時(shí)代背景下推廣，建議果園每3～5年輪作1次；果樹枝條掩埋技術(shù)不僅不會(huì)引起果樹腐爛病、輪紋病的傳播，而且阻斷了腐爛病、輪紋病的傳播渠道，大大降低了果樹疾病的發(fā)病率；果樹枝條掩埋技術(shù)增加了近地層CO2的濃度，有利于果樹進(jìn)行光合作用。果樹枝條開溝掩埋發(fā)酵具有蓄水保墑的作用，能夠緩和溫度對(duì)根系生長的影響。尿素、微生物菌劑是枝條掩埋發(fā)酵的必要條件。按每公頃75 kg自帶營養(yǎng)的微生物菌劑、50 kg尿素及20 kg土壤調(diào)理劑的比例，將它們均勻地撒在枝條表面，是果樹枝條開溝掩埋發(fā)酵的最佳模式。