摘要：本研究探討了蘋果枝條堆肥對蘋果根區(qū)土壤養(yǎng)分、土壤酶活性及土壤微生物多樣性的影響，以期為蘋果修剪廢棄枝條的資源化利用提供理論依據(jù)。以果園修剪的枝條為試材，研究添加腐熟發(fā)酵枝條（T1）、腐熟發(fā)酵兔子糞（T2）、枝條堆肥（T3）以及商品有機肥（CK）對蘋果根區(qū)土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響，并采用高通量測序技術(shù)，分析土壤細菌、真菌的群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性的差異。結(jié)果表明：施加枝條堆肥后土壤有機質(zhì)、有效磷、有效鉀、有效鋅含量較T1、T2均顯著增加；土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性分別比CK顯著提高40.43%、78. 37%、52. 36%、83.87%。土壤細菌、真菌的Chaol指數(shù)、Shannon指數(shù)均較CK顯著增加，Simpson指數(shù)較CK顯著降低，變形菌門、放線菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢細菌，其相對豐度共占76.76%～82.23%；真菌由子囊菌門、接合菌門和擔子菌門等門類組成，子囊菌門為絕對優(yōu)勢真菌門，其相對豐度在50.20%～67.24%之間。蘋果根區(qū)細菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)主要受到土壤中有效鐵含量影響，而真菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)主要受土壤中有效氮含量的影響。綜上，在果園中添加枝條堆肥可顯著提高土壤有效養(yǎng)分含量，提高土壤酶活性，增加土壤細菌、真菌群落物種豐富度和多樣性，改善果園土壤環(huán)境。

關(guān)鍵詞：蘋果；枝條堆肥：土壤環(huán)境；高通量測序

中圖分類號：S661.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025） 03-0095-07

中國蘋果栽培面積和產(chǎn)量均居世界第一，已形成環(huán)渤海灣和黃土高原優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)、黃河故道重要產(chǎn)區(qū)以及西南冷涼區(qū)、新疆等特色蘋果產(chǎn)區(qū)。每年數(shù)以百萬噸的蘋果修剪枝條隨之產(chǎn)生，枝條中蘊含大量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素以及豐富的木質(zhì)素、粗纖維等。大量修剪枝條堆積在果園中，不僅是火災的重大隱患，而且會誘發(fā)病蟲害。傳統(tǒng)處理方式大多將其堆棄或焚燒，不僅對環(huán)境造成污染，而且造成資源的極大浪費。隨著生態(tài)環(huán)境保護要求的提高，對修剪枝條的資源化利用已成為一項亟待解決的問題。

近年來，關(guān)于作物秸稈有效利用的研究越來越多，利用方式也趨于多樣化。研究表明，番茄、黃瓜殘株堆肥處理后還田可降低土壤容重，提高土壤有機質(zhì)含量、微生物生物量和酶活性，促進蔬菜植株生長，增加蔬菜產(chǎn)量：作物秸稈與氮肥長期配施有利于秸稈資源的肥料化利用，顯著提高玉米生物產(chǎn)量、產(chǎn)量和氮素累積：施用枝條堆肥可促進梨樹根系的生長及分布，增加梨產(chǎn)量，改善果實品質(zhì)：將梨樹枝條粉碎后直接還田，可改善作物營養(yǎng)狀況，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。在蘋果樹方面，寧留芳等將蘋果枝干粉碎后進行短期發(fā)酵后還田，可提高蘋果根系活力和葉片光合速率；曹輝等研究發(fā)現(xiàn)，施用炭化蘋果枝條可改變蘋果根區(qū)土壤細菌組成，提高細菌和真菌的豐富度和多樣性。然而，關(guān)于蘋果枝條堆肥使用的研究較少。

本試驗響應國家減肥減排的號召，將蘋果枝條與動物糞肥混合進行堆肥處理，分析施用堆肥與商品有機肥后土壤環(huán)境的差異，以期為蘋果修剪枝條的合理利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于山東省果樹研究所天平湖試驗基地進行，土壤質(zhì)地為砂壤土。土壤和肥料的化學特性見表1。供試蘋果樹為3年生的‘沂水紅’，砧木為平邑甜茶（Malus hupehensis），株行距1.5 m×3.5 m，果樹長勢一致。2021年5月將修剪的枝條粉碎至3 cm左右，堆積厚度為100 cm左右，避光透氣腐熟發(fā)酵120 d；另設枝條堆肥發(fā)酵處理，將枝條與兔子糞按體積比為4：1混合拌勻后同等條件下腐熟。

1.2 試驗設計

2021年12月選取40株長勢一致的樹木，在正常肥水管理基礎上分別進行如下處理：每株施加0.05 m3商品有機肥（CK）、0.05 m3腐熟發(fā)酵枝條（TI）、0.05 m3腐熟發(fā)酵兔子糞（T2）和0.05 m3枝條和兔子糞混合的枝條堆肥（T3），采用穴施方式，每處理10株。

次年8月進行取樣，在距樹干約1m半徑處避開施肥點，去除表層土壤和覆蓋物，取5～20 cm土層的土樣，多點取樣混勻后過1 mm鋼篩，充分混勻后分裝2份，一份置于-80℃冰箱保存，用于土壤微生物總DNA的提取，一份置于4℃冰箱保存，用于土壤理化性狀的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分

參照《土壤農(nóng)化分析》中的方法測定。土壤有效氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷含量采用碳酸氫鈉萃取法測定；有效鉀含量采用乙酸銨萃取火焰光度計測定：有機質(zhì)含量采用稀釋熱法測定；有效鐵、有效鋅和有效鈣含量采用原子吸收光譜法測定。

1.3.2 土壤酶活性

參照關(guān)松蔭的方法測定。土壤蔗糖酶活性采用3，5-=硝基水楊酸比色法測定，以24 h后1g土壤中葡萄糖的質(zhì)量表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定容量法測定，以1h后1g風干土壤所消耗0.1 mol/L高錳酸鉀溶液的體積數(shù)表示：磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，以1g土壤中酚的mg數(shù)表示；脲酶活性測定采用比色法，以24 h后1g土壤中NH3-N的質(zhì)量表示。

1.3.3 土壤微生物多樣性

參考E.Z.N.A.⑩SoilDNA Kit（OMEGA，美國）試劑盒的方法，稱0.5 g于-80℃保存的土壤樣品，按試驗步驟進行土壤微生物總DNA的提取，DNA樣品于- 20℃冰箱保存待用。提取樣品總DNA后，使用細菌V3+V4（F：5＇-ARACTYCTACGGRAGGCWG-3＇；R：5＇-GACTACNVGGGTATCTAATCC -3’）對 V3-V4 區(qū)進行PCR擴增；使用真菌ITSI（F：5，- AACCT-GCGGAAGGATCATT-3＇：R：5＇- GARCCAAGAG-ATCCRTTG-3＇）對ITS區(qū)進行PCR擴增。對PCR產(chǎn)物進行純化、定量和均一化形成測序文庫，質(zhì)檢合格后，用Illumina MiSeq PE300平臺，由上海歐易生物醫(yī)學科技有限公司完成測序。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用fastp（https：//github. com/OpenGene/fastp，version 0.20.0）軟件對原始測序序列進行質(zhì)控，使用FLASH（http：//www. cbcb. umd. edu/software/flash，version l.2.7）軟件進行拼接；使用UPARSE軟件（http：//drive5. com/uparse/，ver-sion 7.1）根據(jù)97%的相似度對序列進行OTU聚類并剔除嵌合體；利用RDP classifier軟件（ht-tp：//rdp.cme. msu. edu/，version 2.2）對每條序列進行物種分類注釋：利用Mothur軟件計算豐富度指數(shù)Chaol，多樣性指數(shù)Simpson和Shannon。

使用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和制圖：采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析（ANOVA），采用Canoc0 5.0軟件分析土壤理化性質(zhì)與土壤細菌群落多樣性之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 枝條堆肥對土壤養(yǎng)分的影響

從表2中可以看出，與CK相比，T1處理土壤有機質(zhì)、有效氮、有效磷、有效鋅含量顯著增加；T2處理土壤有效鈣、有效鋅含量變化不顯著，其余土壤養(yǎng)分含量均顯著增加；T3處理土壤有機質(zhì)、有效氮、有效磷、有效鉀、有效鈣、有效鋅含量均最高，較T1、T2處理分別增加18. 64%和19. 62%、4.25%和1.99%、20. 24%和9.94%、14. 77%和9.53%、54.10%和17.99%、43.00%和95.89% T1、T2、T3處理均顯著增加了土壤中有機質(zhì)、有效氮、有效磷的含量。

2.2 枝條堆肥對土壤酶活性的影響

由表3可知，T1、T2、T3處理土壤酶活性均高于CK，其中T3處理土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶4種土壤酶活性均最高，分別比CK顯著提高40.43%、78.37%、52.36%和83. 87%。

2.3 枝條堆肥對土壤微生物多樣性的影響

12個土壤樣品共獲得7 048個細菌OTUs和1 624個真菌OTUs。由表4可知，T1、T2、T3處理土壤細菌Chaol指數(shù)顯著增加，分別比CK增加5.66%、6.67%、14.19%；土壤真菌Chaol指數(shù)均高于CK，增加幅度分別為7.06%、3.90%、9.38%。表明土壤細菌和真菌物種豐富度因施用發(fā)酵枝條、兔子糞堆肥、枝條堆肥產(chǎn)生明顯變化。其中，T3處理的Chaol指數(shù)增幅最大，可顯著增加土壤細菌、真菌群落豐富度。T1、T2、T3處理均提高土壤細菌Shannon指數(shù)，分別比CK增加2.52%、1.10%、7.03%，且T1、T3與CK差異顯著；土壤真菌Shannon指數(shù)有所提高，提高幅度分別為1.65%、1.65%、8.99%；均以T3處理最高。Simp-son指數(shù)的變化趨勢與Shannon指數(shù)相反。由此可見，果園土壤中施用枝條堆肥可顯著提高土壤細菌和真菌的物種多樣性。

2.4 枝條堆肥對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響

由圖1可知，在門水平上，蘋果根區(qū)土壤細菌主要包含變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）和酸桿菌門（Ac-idobacteria）等，各處理間群落結(jié)構(gòu)相似。變形菌門、放線菌門和擬桿菌門的相對豐度較高，分別為42.38%～52. 16%、13.50%～18. 12%和12. 67%～19. 20%，屬于優(yōu)勢菌門，總豐度為76. 76%～82.23%。圖中顯示，T1、T2、T3處理均不同程度降低根區(qū)土壤變形菌門和酸桿菌門的相對豐度，分別比CK降低3.67%、8.50%、10.79%和11.11%、23.02%、43.60%：可顯著提高擬桿菌門的相對豐度，分別較CK增加12.46%、26.39%、33.42%。在屬水平上共檢測到661個細菌屬，主要由MNDI、黃桿菌屬（Flavobacterium）、侏囊菌屬（Haliangi-um）、Gaiella、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、假單胞菌屬（Pseudomonas）和硝化螺旋菌屬（Nitro-spira）等組成。T1、T2、T3處理改變了土壤細菌在屬水平上相對豐度，其中，與CK相比，鞘氨醇單胞菌屬和硝化螺旋菌屬的相對豐度顯著增加，分別提高11.53%、26.29%、50.13%和43. 10%、58.33%、81.09%：假單胞菌屬的相對豐度顯著降低，分別降低12.96%、29.96%、39.91%。

2.5 枝條堆肥對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

由圖2可知，在門水平上，蘋果根區(qū)土壤真菌主要由子囊菌門（Ascomycota）、接合菌門（Zygo-mycota）和擔子菌門（Basidiomycota）等組成，其中子囊菌門為絕對優(yōu)勢菌門，相對豐度為50. 20%～67.24070：其次為接合菌門和擔子菌門，相對豐度分別為6.59%～13.39%和4.93%～10. 80%。T1、T2、T3處理均降低土壤子囊菌門的相對豐度，降幅分別為4.02%、13.43%、19.20%；增加接合菌門和擔子菌門的相對豐度，增幅分別為24. 52%、36. 39%、58. 57%和10. 97%、42.36%、82. 48%。在屬水平上，被孢霉屬（Mortierella）和鐮孢霉屬（Fu-sarium）相對豐度在各處理中均最高；施用枝條堆肥顯著增加青霉屬（Penicillium）、木霉屬（Tri-choderma）和腐質(zhì)霉屬（Humicola）的相對豐度，增幅分別為33.14%、52.54%和111.56%。

2.6 土壤微生物群落特征與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

選取各處理土壤中的優(yōu)勢細菌屬、真菌屬和土壤肥力指標進行冗余分析（RDA），結(jié)果如圖3所示。在土壤細菌方面，前兩個排序軸累積貢獻率為50. 5%，第1軸和第2軸的貢獻率分別為30.7%和19. 8%。土壤細菌群落結(jié)構(gòu)受有效鐵（Fe）含量影響最大，且鞘氨醇單胞菌屬和硝化螺旋菌屬與土壤有效鈣（Ca）、有效磷（AP）、有效氮（AN）、有效鉀（AK）、有機質(zhì)（SOM）、有效鐵（Fe）均呈顯著正相關(guān)（圖3A）。在土壤真菌方面，前兩個排序軸累積貢獻率為66.4%，第1軸和第2軸的貢獻率分別為45.0％和21.4%：土壤真菌群落結(jié)構(gòu)受AN含量影響最大，鐮孢霉屬與土壤Ca、AP、AN、AK、SOM、Fe含量均呈顯著負相關(guān)；青霉屬、木霉屬和腐質(zhì)霉屬與土壤Ca、AP、AN、AK、SOM、Fe含量均呈顯著正相關(guān)（圖3B）。

3 討論與結(jié)論

關(guān)于秸稈腐熟還田的研究很多，Bastian等研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈腐解過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量發(fā)生顯著變化。李逢雨、戴志剛等均發(fā)現(xiàn)，不同有機物還田后其腐解速率不同，對土壤速效養(yǎng)分的貢獻也不同，秸稈堆肥能夠改良土壤質(zhì)量，增加根際土壤碳氮磷庫容量。添加蘋果枝條碎片可增加土壤養(yǎng)分含量，促進平邑甜茶幼苗生長。本研究結(jié)果表明，添加發(fā)酵枝條（T1）、兔子糞（T2）、枝條堆肥（T3）處理土壤SOM、AN、AP含量均顯著高于對照；相比發(fā)酵枝條和兔子糞處理，枝條堆肥處理SOM、AP、AK和Zn含量均顯著增加。

土壤酶在土壤有機質(zhì)分解方面起著至關(guān)重要的作用，可以將有機質(zhì)分解為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。玉米秸稈還田與豬糞配施可提高土壤養(yǎng)分含量和土壤磷酸酶活性，進而顯著增強土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于對土壤中氮磷鉀等養(yǎng)分的吸附，降低土壤養(yǎng)分的流失。本研究通過添加枝條、堆肥、枝條堆肥處理提高了果園土壤酶活性，以枝條堆肥處理后土壤酶的水平最高。這可能是由于土壤中施入枝條堆肥后，引起了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變，土壤酶活性隨之升高，進而改善了土壤養(yǎng)分狀況。

微生物群落是土壤生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的部分，有機物料的添加對農(nóng)田土壤微生物群落的組成有顯著影響。陸海飛等在長期定位施肥試驗中發(fā)現(xiàn)，有機無機肥配施顯著提高土壤細菌多樣性，改變土壤細菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)。馬玉穎等研究指出，有機物料會顯著影響土壤細菌的群落組成并提升細菌的多樣性，而糞肥和秸稈還田都會造成土壤真菌群落的生態(tài)功能分化并提高其多樣性。外源有機物料的投入改變了土壤微生物生長所需能量物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，進而影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及活性。本研究中，施用枝條堆肥可顯著增加土壤細菌、真菌群落物種豐富度，土壤細菌和真菌多樣性均有所提高：細菌中鞘氨醇單胞菌屬和硝化螺旋菌屬的相對豐度顯著增加，假單胞菌屬的相對豐度顯著降低：真菌中青霉屬和木霉屬的相對豐度顯著增加。

有研究認為，鞘氨醇單胞菌可以促進作物根際營養(yǎng)吸收、抵抗多種病原菌：該屬的某些菌株還具有固氮和脫氫特性，在維持植物土壤氮平衡方面起著重要作用。假單胞菌屬是目前世界上最復雜的細菌屬之一，其中的丁香假單胞菌是一種重要的植物病原細菌，可為害多種植物，包括糧食作物、蔬菜、果樹、花卉和藥材等。假單胞菌屬相對豐度的降低可能對蘋果樹的生長是一個有利的消息。多種青霉都能抑制植物病原體的生長，對預防和控制植物疾病具有極其重要的意義。木霉作為土壤中一類習居真菌，不僅對不同植物病原菌引起的土傳病害具有良好的防控效果，還能促進植物生長、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。腐質(zhì)霉屬是一種常見的腐生真菌，可引起植物殘留物的生物轉(zhuǎn)化和分解。本研究中施入枝條堆肥后，顯著增加土壤中腐質(zhì)霉屬的相對豐度，可促進植物殘留物的轉(zhuǎn)化與分解，進而提高土壤有效養(yǎng)分含量。

植物根區(qū)土壤微生物群落的多樣性和組成受土壤物理和化學性質(zhì)等因素的影響。堆肥是一個生物氧化過程，其中的微生物，包括細菌和真菌，可將有機物質(zhì)分解為穩(wěn)定、可用的有機物。本研究發(fā)現(xiàn)，蘋果根區(qū)土壤細菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)主要受到土壤中有效鐵含量影響，而真菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)主要受到土壤中有效氮含量的影響。在堆肥過程中，大量降解脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素、纖維素等的細菌富集繁殖，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫奶荚春偷?，施用枝條堆肥后刺激土壤中鞘氨醇單胞菌屬和硝化螺旋菌屬的大量定殖，這有利于果園土壤碳氮循環(huán)，改變細菌群落內(nèi)部的相互作用。同時，在堆肥過程中真菌也發(fā)揮重要作用，它們能產(chǎn)生多種胞外酶并分解不同的蛋白質(zhì)化合物，甚至還能夠分解有毒化合物，產(chǎn)生大量刺激植物生長的物質(zhì)。

綜上，在果園中添加枝條堆肥可顯著提高土壤有效養(yǎng)分含量，提高土壤酶活性，增加土壤細菌、真菌群落豐富度和物種多樣性，改善果園土壤環(huán)境。添加枝條堆肥可將果園廢棄物中可降解的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，是一種高效、普遍、可控的沃土培肥方法。

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項（CARS-27）；泰安市科技創(chuàng)新發(fā)展項目（2022NS134）；山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項目（CXGC2024D20）