汪曉謙，邵竹松，周家一，杜國棟

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧110866）

土壤質(zhì)量是生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)維持生物生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量及促進(jìn)植物健康的保障，不同土地利用方式和管理措施深刻影響著土壤質(zhì)量變化的方向和幅度[1]。長期以來，我國梨園的施肥管理處于不科學(xué)不合理的狀態(tài)。目前，多數(shù)梨園存在優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源匱缺、施用比例過低及不合理施肥等問題，嚴(yán)重影響了梨樹樹體發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提升，制約著梨產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[2-4]。另一方面，梨園土壤黏重、緊實(shí)度大、孔隙度小及積水等常導(dǎo)致土壤通氣性變差，影響根系呼吸，不利于梨樹健康生長以及產(chǎn)量、品質(zhì)的形成[5-6]。因此，探索提高果園肥力的實(shí)用措施，是當(dāng)前果園土壤管理中亟需解決的主要問題。

面臨現(xiàn)代果園越來越高的生產(chǎn)成本壓力，節(jié)本增效是解決上述問題的切實(shí)可行的途徑之一。研究表明，廢棄物還田可以有效地補(bǔ)充土壤碳損失，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中改善土壤質(zhì)量的重要方式之一[7]。另外，垂直孔施肥可滿足果樹下層根系水分、養(yǎng)分及通氣需求，與傳統(tǒng)果樹施肥方式相比，增加了肥料利用效率，也利于果園的抗旱保墑[8]。為了兼顧果園土壤改良和促進(jìn)有機(jī)廢棄物合理利用，本研究以腐解的廢棄梨樹枝條及玉米秸稈為材料，研究垂直施用廢棄有機(jī)物料對(duì)秋子梨梨園土壤及根系發(fā)育的影響，以期為果園施肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019 年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)秋子梨示范園（北緯41°49′，東經(jīng)123°34′）進(jìn)行，海拔76.2 m，屬于溫暖帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。梨園為3～4 年生梨樹，行株距為2 m×1 m，土壤類型為棕壤土。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 有機(jī)物料的高溫分解與堆置

收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中丟棄的梨樹枝條和玉米秸稈，使用粉碎機(jī)粉碎至1.5 cm 左右，加入小分子有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)（糖蜜）作為好氧微生物繁殖介質(zhì)，調(diào)整C/N比為25～30∶1。為加快堆肥的腐解效果，將含1%枯草芽孢桿菌的復(fù)合菌劑施入有機(jī)物料中，控制有機(jī)物料水分含量為60%左右，并在攪拌好后的梨樹枝條和玉米秸稈上覆一層塑料薄膜，進(jìn)行高溫、無害化發(fā)酵處理。在發(fā)酵過程中每15 d 進(jìn)行1 次翻堆，發(fā)酵120 d 后備用。表1 為不同有機(jī)物料充分發(fā)酵腐熟后微生物量碳氮及重金屬含量，其含量均在國家試行標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

表1 有機(jī)物料腐解后的養(yǎng)分及重金屬含量

1.2.2 有機(jī)物料的施用及試驗(yàn)樣品采集

（1）有機(jī)物料的施用。試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)處理，即腐解的梨樹枝條、玉米秸稈及化學(xué)源肥料對(duì)照。將發(fā)酵后的梨樹枝條及玉米秸稈分別裝入直徑為20 cm、高為60 cm 的可降解無紡布營養(yǎng)袋中，取果園中同等體積的土壤作為對(duì)照，同時(shí)將比例為3∶2∶3∶1 的尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硝酸銨鈣肥，共90 g 混入袋中。2019 年3 月，將營養(yǎng)袋在距樹干50 cm 處鉆孔施入，每株樹1 個(gè)孔，每處理重復(fù)3次。

（2）土壤的采集。于施用半年后的9 月進(jìn)行土樣采集，分別在距孔壁20 cm 處挖取0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤。土壤樣品進(jìn)行含水量的測(cè)定，其余部分風(fēng)干過篩處理后用于土壤化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定。

（3）根系的采集。當(dāng)年9 月，在孔口外延30 cm處收集長80 cm、寬60 cm、深60 cm 處的全部根系。取部分根系生長點(diǎn)測(cè)定根系活力，其余根系用于其他指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤指標(biāo)的測(cè)定

（1）土壤含水量的測(cè)定。采用烘干法測(cè)定土壤含水量，計(jì)算公式如下。

土壤含水量（%）=［（原土重-烘干土重）/烘干土重］×100

（2）土壤理化性質(zhì)測(cè)定[9]。采用重鉻酸鉀稀釋熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量；采用碳酸氫鈉浸提法測(cè)定土壤速效磷含量；采用原子吸收法測(cè)定土壤速效鉀含量。

（3）土壤酶活性測(cè)定。采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定土壤脲酶活性[10]；采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶活性[10]；采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性[11]。

1.3.2 根系指標(biāo)的測(cè)定

稱量單位土壤體積根系干鮮重量；使用根系掃描儀測(cè)定根系形態(tài)；采用TTC 法測(cè)定根系活力[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 軟件進(jìn)行差異顯著性分析，使用Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤含水量的影響

如圖1 所示，在0～20 cm 和40～60 cm 土層，梨樹枝條和玉米秸稈處理的土壤含水量均顯著增加；而在20～40 cm 土層，玉米秸稈處理的土壤含水量顯著增加，梨樹枝條處理的土壤含水量與對(duì)照差異不顯著。整體來看，施用梨樹枝條和玉米秸稈均具有一定的保水能力，玉米秸稈處理的保水能力較梨樹枝條的效果更明顯。

圖1 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤含水量的影響

2.2 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

如圖2 所示，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度逐漸降低，施用有機(jī)物料后不同土層的有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的提升。在0～20 cm 土層，梨樹枝條與玉米秸稈處理的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照，分別提高了6.24%和8.85%，說明施用有機(jī)物料有助于提高0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的碳結(jié)構(gòu)。而在20～40 cm 土層玉米秸稈處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，在40～60 cm 土層梨樹枝條處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，說明2 種處理對(duì)深層土壤的有機(jī)質(zhì)含量提升作用存在差異。

圖2 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.3 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

如圖3 可知，在不同土層中，施用有機(jī)物料處理均顯著提高了土壤堿解氮含量，其中20～40 cm土層中的效果最為顯著，梨樹枝條和玉米秸稈處理的堿解氮含量分別較對(duì)照提高了33.02%和47.30%。而有機(jī)物料處理對(duì)土壤速效磷的作用效果主要集中在0～20 cm 和20～40 cm 土層。其中，0～20 cm土層中，梨樹枝條和玉米秸稈處理的速效磷含量與對(duì)照相比分別提高了47.12%和57.14%。在不同土層，玉米秸稈處理均可顯著提升土壤速效鉀含量。在20～40 cm 土層，玉米秸稈處理的速效鉀含量與對(duì)照相比提高了17.91%。

圖3 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響

2.4 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤酶活性的影響

如圖4 可以看出，施用有機(jī)物料均可以顯著提高不同土層的土壤酶活性，其中對(duì)脲酶活性的影響最大。在20～40 cm 土層中，梨樹枝條和玉米秸稈處理的脲酶活性分別較對(duì)照提高了 127.10%、159.19%，施用玉米秸稈處理的作用效果整體好于梨樹枝條處理。另一方面，有機(jī)物料施用也可以顯著提升蔗糖酶活性，在0～20 cm 土層中，2 個(gè)處理的蔗糖酶活性均顯著高于對(duì)照，分別提高了33.39%、52.17%。在過氧化氫酶活性方面，梨樹枝條處理的效果更好，在40～60 cm 土層中，其酶活性較對(duì)照提高了19.35%。

圖4 垂直施用有機(jī)物料對(duì)土壤酶活性的影響

2.5 垂直施用有機(jī)物料對(duì)根系形態(tài)及功能的影響

由表2 可以看出，梨樹枝條處理后的單位土壤體積根系長度、表面積、總體積、根尖數(shù)較對(duì)照分別提高了74.64%、91.51%、109.88%和91.32%，玉米秸稈處理的單位土壤體積根系表面積、根系總體積和根系平均直徑分別較對(duì)照提高了70.72%、413.58%和200.00%。因此，梨樹枝條處理對(duì)于根系發(fā)育的作用更加全面。

表2 垂直施用有機(jī)物料對(duì)根系形態(tài)的影響

由表3 可以看出，施用有機(jī)物料能顯著提高根系質(zhì)量。梨樹枝條和玉米秸稈處理的單位土壤體積根系鮮重較對(duì)照分別提高了183.14%、207.84%，根系干重分別提高了159.50%、191.06%，而根系活力間的差異并不顯著。

表3 垂直施用有機(jī)物料對(duì)根系功能的影響

3 討論與結(jié)論

枝條和秸稈還田，可增強(qiáng)土壤的保肥和供肥能力，改善果樹根系發(fā)育的土壤條件，提高樹體營養(yǎng)水平[13]。結(jié)合鉆孔施肥，可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的緩慢釋放，提高土壤的緩沖能力，有利于保水保肥[14]。本試驗(yàn)使用垂直施肥方式研究了不同有機(jī)物料對(duì)土壤的影響，結(jié)果表明，施入腐解后的梨樹枝條和玉米秸稈均可增加土壤養(yǎng)分，提高肥力。其中，玉米秸稈堆肥能顯著提高0～40 cm 土層的土壤含水量和有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分（堿解氮、速效磷、速效鉀）含量，而施入梨樹枝條堆肥則能顯著提升40～60 cm 土層的土壤含水量和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷含量。黃萍等[8]研究發(fā)現(xiàn)，鉆孔為土壤氣體擴(kuò)散和交換提供通道，鉆孔后填充玉米秸稈、果樹枝條等有機(jī)物料可提高土壤含水量、增加有機(jī)質(zhì)含量，利于改善土壤通氣狀況。這與本研究結(jié)果是一致的。

土壤酶參與土壤的養(yǎng)分循環(huán)過程，其活性與土壤肥力直接相關(guān)[15]。已有研究表明，施入有機(jī)物料不僅可增加土壤養(yǎng)分及碳源，對(duì)于土壤中微生物活性也有顯著的激發(fā)作用，從而促進(jìn)土壤酶活性的提升[16]。本試驗(yàn)中，施用不同有機(jī)物料均可顯著提高梨園不同土層的土壤酶活性，其中，玉米秸稈對(duì)脲酶活性的作用效果更顯著，而梨樹枝條可顯著提升土壤中過氧化氫酶活性。

施肥不僅影響土壤養(yǎng)分，對(duì)根系的生長發(fā)育及分布也有明顯的調(diào)節(jié)作用[17-19]。本試驗(yàn)研究表明，施用梨樹枝條堆肥的單位土壤體積根系長度、根系表面積、根系總體積、根尖數(shù)均較對(duì)照顯著增加，而施用玉米秸稈堆肥的單位土壤體積根系表面積、根系總體積和根系平均直徑均較對(duì)照顯著增加。黨祝慶等[20]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料的施用有利于促進(jìn)果樹根系的生長，這與本研究結(jié)果一致。

綜合來看，梨樹枝條堆肥和玉米秸稈堆肥的施用效果存在一定差異，這可能與其成分、結(jié)構(gòu)及腐熟進(jìn)程存在差異有關(guān)。但2 種有機(jī)物料的施用均增加了不同土層的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤酶活性，并可有效促進(jìn)根系的生長發(fā)育。本研究采用機(jī)械鉆孔，結(jié)合施入有機(jī)物料，能改善土壤和補(bǔ)充養(yǎng)分，操作方便，可以為梨園土壤改良提供新的參考。