堆肥化處理葡萄修剪枝條的可行性綜述

殷 姿，張軍翔

(寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021)

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堆肥化處理葡萄修剪枝條的可行性綜述

殷 姿，張軍翔*

(寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021)

摘要根據當前葡萄枝條的利用情況，結合對堆肥化過程和堆肥化系統的概述，綜述了堆肥對土壤性狀及植物生長發育的影響，得出了堆肥化處理葡萄修剪枝條的可行性，為葡萄枝條循環利用、改良土壤結構提供了具體的方法和理論依據。

關鍵詞葡萄；修剪枝條；燃料；堆肥化；土壤性狀

近年來，葡萄和葡萄酒產業快速發展，我國葡萄種植面積大大增加。在葡萄種植中，通過修剪技術促進葡萄枝蔓的更新，調整樹體生長，控制養分的消耗，從而促進葡萄優質高產。2013年葡萄與葡萄酒組織發布的最新行業統計報告中顯示，2012年我國的葡萄種植面積增長到57萬hm2，排名第四，由數據推算，我我國每年產生葡萄修剪枝條就達到將近427萬t[1]。葡萄修剪枝條中含有大量的N、P、K元素和豐富的生物質能源，以及各種微量元素，是寶貴的農業資源，因此，葡萄枝條的資源再利用有著非常廣闊的前景。筆者根據當前葡萄枝條的利用情況，對堆肥化過程、系統及堆肥對土壤和植物的影響等相關研究進行了綜述，得出了堆肥化處理葡萄修剪枝條的可行性，以期為葡萄枝條循環利用、改良土壤結構提供理論依據。

1葡萄修剪枝條資源再利用的必要性

我國葡萄種植面積巨大，每年有大量的修剪枝條被隨意丟棄，大部分殘留枝條被堆棄在田邊、路旁和宅院附近，由于得不到合理有效的利用，極易產生諸多不良后果：一是大量修剪枝條堆放在田邊溝渠等處，容易造成河道堵塞、侵占農田；二是殘留枝條隨意堆積，無人管理，極易變質腐爛導致病蟲害發生，影響植物果實生長；三是枝條室外堆放，變質腐爛產生細菌污染土壤和水源，在干燥炎熱的天氣條件下，也極易發生自燃造成火災，威脅到人們的財產安全，影響農民的生活環境[2]。因此，對修剪枝條加以處理再利用，不但解決了環境問題，而且能產生額外的經濟效益，對果業發展也有促進作用。

2堆肥化過程綜述

2.1堆肥化過程堆肥化是通過自然界的細菌、真菌、放線菌等微生物或者植物菌株，經過生物降解轉化成腐熟肥料的一種受人為控制的過程[3]。堆肥的技術和理念在世界上早已有之[4-5]。然而，世界上系統研究堆肥化及其應用的歷史只有80多年[6]。直到20世紀后期，發達國家堆肥技術發展到了鼎盛時期，涉及到固體廢棄物的處置、生物質燃料發電、城市垃圾污染處理等方面[7]。堆肥是固體廢物資源化利用的有效處理途徑之一，也是堆肥過程的最終產物，由于其資源利用率較高，對環境的危害小，性能較穩定，目前已受到越來越多的關注。堆肥化是個復雜的生物學過程，由于堆肥過程中微生物需要不同的氧氣含量，又可將其分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種類型[8]。好氧堆肥又叫高溫堆肥，需要的溫度一般在50～60 ℃，它可以將有機物轉化成簡單的無機物，最大限度地殺滅病原菌，同時具有快速降解有機物、異味少等突出優點[9]。堆肥處理的溫度隨時間會呈現先升高后降低的趨勢，因此根據堆肥階段所需的溫度不同，好氧堆肥反應過程可分為4個階段：升溫階段、高溫階段、降溫階段和腐熟階段。堆肥的高溫階段隨著微生物的活躍耗氧率不斷增加，并且加速繁殖使得部分有機質從化學能轉變為熱能導致溫度逐漸升高，還伴隨著強烈的氣味，經過高溫階段后進入冷卻腐熟階段后，喜熱性微生物大部分死亡或者休眠，酶活性降低，產生的熱量逐漸減少，使得堆肥溫度開始降低，耗氧率減少，堆肥材料空隙變大，氣味會變淡[10]。

2.2堆肥系統堆肥化技術雖然現在已經應用較廣泛，但堆肥系統區別甚少。根據堆肥技術復雜過程分為簡單條垛堆肥、復雜機械堆肥系統；根據堆肥材料運動與否，還可分為靜態堆肥和動態堆肥2種系統[11]。在眾多的分類法中，Haug[12]的分類法最具有系統性，他根據固體流向、反應器的類型、反應器的床層、空氣供給方式等，將堆肥系統分為多種類型，其中條形堆系統、靜態堆系統、容器反應堆系統、動態箱系統這4種類型被認為是代表性的堆肥系統。

3堆肥對土壤和植物的影響

由于對土壤長期使用化學肥料會破壞土壤結構，造成土壤板結，通氣性降低，保水保肥能力下降，同時還可使土壤酸化產生有毒物質，而對土壤進行化學肥料和有機肥的聯合使用，就可解決這些問題。堆肥作為一種有機肥料，對土壤的物理性狀、化學性狀及生物學特性等均會產生顯著的改良作用，進而促進了植物的生長和發育[13]。

3.1堆肥對土壤物理性狀的影響堆肥中含高達25%以上的有機質及植物所需各種元素，對土壤施用堆肥后能補充土壤的營養元素，顯著地提高土壤的肥力和有機質的含量[14]，李文忠等[15]研究發現，施用污泥堆肥增加了高羊茅栽植小區土壤養分含量，特別是有機質含量明顯增加，與空白對照相比增加了43.9%～73.2%。堆肥對土壤團?；囟取⒖偪障?、容重、持水力、土壤含水量、水分滲透性、穩定性、植物根系滲透阻力和根系深度等物理特性也有著顯著的作用[16-17]。施用堆肥后，能顯著改變土壤的總孔隙度，提高土壤持水量，從而增加了土壤濕潤水并減少了土壤水分的蒸發[18]。Martens等[19]經過2年的連續試驗發現，施入混合材料的堆肥后的土壤持水力比對照增加了3%～25%。劉文等[20]通過對城市垃圾粗堆肥進行研究，結果發現堆肥可以增強土壤的保水能力，當垃圾粗堆肥量達到225 t /hm2時，與不施肥相比，土壤含水量相對提高了1.44%，土壤中平均含水量最高可達到6.50%。土壤物理特性的重要性質其中就有導水率，導水率的提高，可以促進植物根系對水分有效吸收，增強土壤中水分的滲透調節和保水能力。國外有研究表明，堆肥處理的導水率高于未處理的對照達7倍之多。Aggehdes等[21]測得當堆肥施用量分別為75、150和300 m3/hm2時，壤土的導水率分別增加32.5%、53.0%和95.2%，而粘土的分別增加高達55.3%、97.4%和165.4%，證實了堆肥土壤中的含水量和導水率都隨堆肥施用量的增加而增加。

許多研究發現，堆肥可以改良土壤的總孔隙度，總孔隙度的大小會隨著堆肥施用量的增加而增加，同時，堆肥處理還可以改變土壤結構，從而降低了土壤容重[22-23]。國外研究表明，分別施入75、150和300 m3/hm2的堆肥后，使壤土的總孔隙率分別提高11.0%、27.0%和32.8%，使粘土的總孔隙率分別提高5.4%、8.5%和9.9%。土壤良好的物理特性不僅對植物的生長發育和呼吸代謝有著一定的促進作用[24]，也為植物的根系生長提供了適宜的生存環境。堆肥對土壤團粒穩定性[25]、土壤質地、表土形態發育[26]等物理特性也有積極的促進作用。

3.2堆肥對土壤化學性狀的影響堆肥不僅僅能夠對土壤有機質含量有著非常高效的促進作用，同時在對土壤有機質養分和含量方面也起著重要的作用。Atiych等[27]在試驗中也證實堆肥材料不同，其有機質含量的增加程度也不同。多數堆肥的pH接近中性或略呈堿性，使得堆肥具有較高的緩沖能力，可以有效維持土壤pH在適宜植物生長的范圍，同時由于有些堆肥呈現略堿性，可以改良酸性土壤，用以減輕Al或Mn對植物的毒害。堆肥不但可以提供速效氮養分，更重要的是可以對氮進行有效性調控。Debosez等[28]研究發現，在對土壤進行堆肥處理后土壤的礦化氮含量是污泥堆肥的1.8倍，土壤的有機碳含量也增加了0.20%，而污泥堆肥的有機碳含量較低，約增加0.07%。施堆肥處理還可因肥料的類型、土壤類型及肥料的不同配比來提高土壤中全氮的含量，朱琳瑩[29]通過盆栽和大田試驗研究發現，與不施肥的處理對照相比，隨著施肥量的增加，土壤中的養分和含量也逐漸增加，全氮含量提高了0.3～3.1倍，硝態氮增加量16.2%～166.85%倍。Sullivan等[30]用廚余垃圾堆肥，通過7年試驗發現，牧草對氮的吸收和土壤有機質的增加，相當于增加了33%的總氮。有研究表明，堆肥除了增加土壤有機質和礦質態氮外，還能使土壤有效磷和交換性鉀的含量也有所提高，且隨著堆肥施用量的增加而增加。Chung等[31]報道，堆肥處理的土壤可交換性鉀含量顯著地高于未施用堆肥和石灰處理的含量。莫舒穎[32]研究發現，利用蔬菜殘株進行堆肥化處理，在一定的范圍內可增加土壤有機碳、EC值、土壤呼吸強度、WSOC 含量、TOC 含量。大量研究結果證明，對土壤進行堆肥處理后，能夠為植物生長提供所必需N、P、K等元素。

3.3堆肥對土壤微生物學性狀的影響堆肥使土壤中細菌、真菌和放線菌等微生物的數量、種群結構以及土壤中酶的活性增加了一定的比例[33]，同時提高了突然重微生物代謝活動的強度。相關研究還表明，土壤中的真菌類、放線菌類、細菌的數量會隨著堆肥量的施加而顯著增加[34]。劉明等[35]通過對堿渣秸稈堆肥探究，發現花生秸稈堆肥與化肥混合使用可以提高微生物生物氮的含量，而水稻秸稈堆肥配施化肥對轉化酶和微生物生物量碳的效果較好，與單施化肥相比較，分別增加了46.10%、26.38%和15.05%、58.74%。Garcia-Gild等[36]連續9年對小麥播種前土壤施用4種處理的肥料，堆肥處理與不施肥、糞肥處理及礦物肥料處理對比，土壤微生物量碳增加了46%，而糞肥處理增加了29%。黃繼川等[37]、姬興杰等[38]的研究中，堆肥的施用對提高土壤酶的活力有非常顯著的作用，部分土壤酶的活力與特定時期某些土壤微生物數量呈顯著的正相關，這反映出酶促反應的專一性和與土壤微生物作用間的協調性。大量的研究還證實，堆肥也可抑制土傳病原菌、植物根系害蟲和植物線蟲的發生。李勝華等[39]通過對番茄施用有機肥發現，施肥能夠減少大田番茄青枯病、枯萎病等3種土傳病害的發生。Ling等[40]研究中發現無論是施用有機肥的盆栽試驗還是大田試驗都有顯著效果，枯萎病的發生率分別減少60%～100%和59%～73%。曹志平等[41]通過在土壤中施入小麥秸稈，增加了土壤中細菌、真菌、放線菌的數量，引起土壤線蟲群落結構的變化植食性線蟲下降97.3%，食細菌線蟲的比例上升189.7%，從而改善了整個土壤食物網結構，恢復了土壤生態系統抑制病原生物的生態功能。

3.4堆肥對植物生長發育的影響已有許多研究表明，堆肥可以促進養分的吸收與代謝、增加作物產量、改良植物園藝特征并改善植物生理特征，對植物的生長發育有良好的促進作用。李宇慶等[42]在污泥堆肥施用對木槿生長影響試驗中發現，污泥堆肥用量為10%～50%均可在不同程度上促進木槿的生長發育，其地上生物量比對照可提高12.8%～112.3%不等，地下生物量也可提高13.7%～123.5%。Lee等[43]研究發現，通過對萵苣生長的土壤施用堆肥后，與不施肥及施用化學肥料相比，能夠增加土壤的微生物量，提高8%～28%。韓衛華等[44]通過設置5個處理，研究不同施肥量下小麥的生長發育變化，結果發現小麥葉片的葉綠色含量及SOD酶的活性在施肥600 kg/hm2下達到最大值，此時小麥的CAT酶和POD酶活性最弱，且隨著施肥量的增加，小麥葉片葉綠色含量和SOD酶活性也不斷增加，在施肥量達到1 200 kg/hm2時，小麥的葉綠素含量及SOD酶活性不再增加。杜鵬祥等[45]以玉米桿、辣椒桿和雞糞為堆肥材料進行堆肥，觀察黃瓜育苗生長的各營養指標，結果發現，與對照相比，堆肥會降低黃瓜種子的發芽率和幼苗葉片的葉綠素含量，并且在堆肥量比例在40%以下，隨堆肥量的施加，植株的莖粗、株高、葉面積均高于對照組。林英等[46]研究結果表明，堆肥能夠抑制黃瓜猝倒病、根莖腐病、甜瓜灰霉病等土傳病害的發生，提高植株的抗病能力。徐福銀等[47]以菊花為例進行研究，發現堆肥可以延長菊花的花期，對菊花植株的株高有促進作用。程五良[48]通過盆栽實驗發現，污泥堆肥后對不同植物的變化產生的影響不同。

4結語

綜上所述，堆肥技術對植物和土壤各方面有著積極的促進作用。隨著人們環保意識的增強，殘留枝條傳統的處理方式也逐漸被堆肥化處理再利用的途徑所取締。然而由于堆肥技術在應用上還不成熟，因此利用修剪枝條進行堆肥化處理再利用的技術還未能得以廣泛應用，這其中還存在如何快速降解枝條中木質素，產生高效的有機肥料被土壤快速吸收等問題，需要更加深入研究，綜合考慮，多加實踐。

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Review of Feasibility of Composting Treatment for Grape Prunings

YIN Zi, ZHANG Jun-xiang*

(College of Agronomy, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia 750021)

AbstractAccording to the utilization situation of grape prunings and the review of composting process and system, we reviewed the effects of composting on the soil properties and the plant growth and development. Feasibility of composting treatment for grape prunings was obtained, which provided concrete methods and theoretical foundation for the cyclic utilization of grape prunings and the improvement of soil structure.

Key wordsGrape; Prunings; Fuel; Composting; Soil properties

作者簡介殷姿(1990- )，女，寧夏銀川人，碩士研究生，研究方向：葡萄與葡萄酒釀造。*通訊作者，教授，碩士生導師，博士，從事葡萄栽培與釀酒技術研究。

收稿日期2016-02-07

中圖分類號S 141.4

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-167-03