果園土壤有機質含量影響因素及提升管理策略*

孫馨宇，張 梟，王金碩，王 晶，李立才，李萬紅，秦嗣軍

（1通化市園藝研究所，吉林134001）（2沈陽農業大學園藝學院）

土壤有機質為土壤中以碳、氮為主要成分的各類有機化合物[1]。有機質中所含的碳即為土壤有機碳，農田的碳儲量占土壤總碳儲量的8%～10%[2]。果樹產業是農業生產的重要組成部分，我國果園一般建在排水良好、土壤營養活力較低的山坡地或丘陵地，對此果農多采用多施化肥的方法以保證樹體生長和經濟效益的提升。多施化肥在短期內效果明顯，但長期施用會產生果園土壤板結、肥效利用率低、樹勢衰弱、產量降低、生態環境惡化等極端結果[3-4]。對此，筆者綜述了果園土壤有機碳與土壤質量的關系、有機質轉化的影響因素及提升果園有機質含量的管理策略，以期為提升果園土壤肥力，增加果園產量，提高果實品質和經濟效益提供參考。

1 土壤有機碳與土壤質量的關系

將土壤碳通量維持在一定水平時，是保證土壤生產能力的基礎條件[5]。果園土壤中有機質水平常通過影響土壤pH值、有效水分保持能力、土壤營養元素含量等土壤學特征來影響土壤質量。李慶君等[6]調查山東省果樹主栽區的570份老果園土壤發現，氮、磷等大量元素富集、有機質與微量元素含量低是導致果園土壤酸化的主要原因。土壤酸化常導致果園施肥利用率低、病蟲害加重、錳中毒及果樹根系缺氧等危害[7]。目前，果農多采用土壤改良劑進行酸堿中和，但不能從根本上解決土壤酸化問題。有機碳質量分數與土壤pH值之間呈顯著負相關[8]。可通過增加有機質含量，將有機碳維持在一定范圍內，保持土壤pH值相對穩定[9]。土壤有機碳、氮的損失還與土壤結構的退化聯系緊密[10]。有機質疏松多孔的結構有利于土壤團聚體結構的形成，改善土壤的通氣性和透水性[11-12]，從而有效提高果園土壤的保水能力，緩解山坡或丘陵地果園干旱時期的缺水現象。此外，土壤有機碳對土壤質量的影響還表現在土壤中營養元素含量的變化上，營養元素含量會隨有機質含量的升高而升高。

2 土壤有機質轉化的影響因素

2.1 外源有機物料在土壤中的腐解特征

果園可用的有機物料包括商品有機肥、果園的生草還田及部分植物源有機物料（如秸稈、果樹修剪枝條等）。設法將這些過剩的有機物料合理地運用到果園生產上，不僅能起到保護環境的作用，而且還可提高果園土壤肥力。相關研究表明，外源碳的添加對有機質為代表的穩定性碳有顯著影響[13]。秸稈覆蓋、枝條覆蓋均能增加土壤水溶性有機碳和微生物量碳的含量[14]。有研究表明，盡管施入土壤中有機物的種類及腐解動態均不同，但其規律基本一致：表現為前期分解較快，隨后逐漸變緩。1～3個月內為快速分解階段，隨后分解速度逐漸變慢，持續2～3年，最后成為腐殖質在土壤中積累[15-17]。

2.2 環境因子對土壤有機質礦化分解和轉化的影響

土壤溫濕度主要通過對外源有機碳的降解和有機碳礦化分解的作用來調節有機質含量。0 ℃以下有機質分解速率較低[18]。0～35 ℃，低溫有助于土壤有機碳的積累；有機碳分解速度隨溫度升高而加快，從而使土壤碳庫降低[19]。土壤有機碳的主要分解者真菌[20]，對升溫所引起的溫度和水分脅迫較細菌的抵抗能力更強[21]。氣溫上升后，土壤微生物量中真菌的份額被提高[22]，致使土壤有機質分解速率隨溫度升高而提高[23]。

土壤有機質含量與土壤含水量具有一定的相關性，對蘋果園0～20 cm土壤進行控溫控水條件培養中發現，累計培養150 d時水分對有機質含量的影響達顯著水平[24]，水溶性有機碳與土壤含水率呈顯著或極顯著正相關[25]。在干旱條件下常常引起微生物呼吸速率和生長量降低，真菌數量發生變化，微生物群落結構的變化[26]影響了有機碳的礦化速率。在干旱條件下，花期添加有機肥料可有效緩解水分對植物營養生長的脅迫，表明水分脅迫是導致土壤有機質含量降低的主要原因[27]。在一定范圍內（水田45%～90%的田間持水量，旱地45%～75%的田間持水量），提高含水量可以促進旱地土壤有機碳的礦化，有利于養分的釋放，但對土壤活性有機碳無促進甚至有抑制作用[28]。

2.3 土壤生物因子在土壤碳循環中的驅動作用

土壤微生物在土壤中能量和養分循環等生化過程中起著重要的調控作用[29]，被作為預警早期土壤總有機質及活性有機質的變化指標。土壤微生物對不同碳源的利用情況，可反映土壤微生物群落結構在碳素物質轉化和能量流動中的協同與競爭作用[30-31]。微生物生物量碳及其群落功能多樣性與土壤有機碳呈顯著相關[32-33]。程存剛等[34]研究發現，蘋果園土壤中加入葡萄糖小分子有機物后，微生物數量增加，添加的外源有機物分解速度加快。有研究表明，長期較高的施肥和管理水平下，微生物群落功能多樣性豐富，代謝熵較低，而微生物對碳源的利用效率較高[35]，土壤礦化速率較快。施用適量有機肥能顯著影響5年蘋果園土壤真菌群落中優勢菌的分配及15年蘋果園土壤真菌群落的結構，進而提高幼樹的長勢及成齡樹的果實品質[36]。微生物群落的結構變化及有害微生物的積累會導致連作障礙的發生。蘋果、桃等果樹的根系分泌物、植株殘體腐解產物等產生的化感作用，會對再植的果樹根系造成毒害[37]，可通過施用微生物有機肥來改善土壤環境及根際微生物群落結構，增加有益菌數量，緩解連作土壤的危害[38]。

3 維持或提高果園土壤有機質的管理策略

3.1 大量增施農家肥的同時建議增施商品有機肥

目前以家庭或合作社為主的果園生產過程中，仍提倡大量增施農家肥，但應有所轉變，即由原來簡單施農家肥轉變為有意識地收集可利用資源，進行肥力更高的自制堆肥。對于公司建園或有一定經濟基礎的果園，建議施用商品有機肥。商品有機肥可均勻持久地為果樹提供多種有機養分，除基本營養元素氮、磷、鉀外，還可提供一定的中量、微量元素。有機肥具有改良土壤結構，增強土壤通氣性、滲透性、吸附性和緩沖性等作用，可緩解因長期使用化肥而造成的土壤板結，提高難溶性磷酸鹽的有效性。此外，增施有機肥還有利于土壤中有益微生物（如固氮菌、硝化菌）的大量繁殖，增強土壤活性。有機肥與氮、磷、鉀化肥配施可改善土壤性質，提高產量[39]，同時能有效降低化肥、農藥的使用量，在實現綠色環保生產的同時為農民節省開支。

3.2 秸稈還田技術

秸稈還田通常采用物理粉碎或微生物降解后直接還田，或將秸稈通過熱處理轉化為生物炭后還田，可起到緩解土壤板結、調節土壤溫濕度[40]、改善土壤理化性質等作用，可明顯提高0～20 cm土層中有機質含量[41]。果園中常見的秸稈利用方式包括開溝填埋、覆蓋及穴貯肥水等。開溝填埋一般在每年秋季采收后，果樹行間開45 cm寬的深溝，將秸稈埋入壓實。采用秸稈覆蓋，土壤中的有機肥可增加5.85%～128.17%[42]。樹盤覆蓋厚度一般為10～20 cm；行間覆蓋則是將秸稈覆蓋在果樹行間，覆蓋寬度可根據果樹行株距而定。秸稈覆蓋還需注意保證覆蓋厚度，并及時填充，將腐爛的秸稈適當地翻入土中，并注意與樹干周圍留有一段距離。穴貯肥水一般在每年春季果園土壤化凍后，于果樹樹盤內挖4個40 cm×50 cm的圓柱狀穴，將泡透水的秸稈切段打捆后插入穴中壓實。穴上覆膜，穴口四周蓋土，穴中央扎小孔收集雨水。該技術可提高產量、明顯改善果實品質，較常規栽培平均增產29.6%[43]。

3.3 果園生草

草的根系分泌物及殘根對微生物活動有促進作用[44]，土壤平均礦化速率較清耕提高33%以上[45]。研究表明，獼猴桃園有機質含量隨著生草年限的遞增而提高，其中行間生黑麥草土壤有機質含量由第1年的14.88 g/kg增至第3年的28.89 g/kg[46]。草種根系和地上部分還可為果園土壤提供豐富的有機碳源。果園生草有自然生草和人工生草2種方式。自然生草將園內惡性雜草清除，保留自然雜草，對不能形成完整地塊部分可采用人工生草補種，生長季節適時刈割，留茬高度保持在15～20 cm為宜[47]，可將刈割的雜草放置于樹盤下，待其腐爛分解后轉化成有機肥供果樹利用。人工生草播種時期選在春夏秋季均可，由于春季人工種植草種易被雜草淹沒，所以一般選擇秋季播種更為適宜。播種前應清除行間雜草，采用行間條播，細小的草種可與細沙等攪拌均勻后一起撒播。苗期要勤除雜草，生長期應合理施肥（主要以氮肥為主）灌水，確保一定的生長量和覆蓋效果，并注意防治病蟲害。對于因長期實行生草對果園表層土壤造成的板結現象，可采用先隔行耕翻，次年耕翻剩余的行[47]。

3.4 果樹枝條堆肥還田

大多數果樹需要連年修剪，全國年產生殘枝量約2 263.38萬t[48]。過去果園機械化程度較低，修剪下的枝條大多被果農當成“廢棄物”丟棄或焚燒處理，造成大量植物源有機碳的浪費及環境污染[49]。隨著機械化程度的提升，精細化修剪產生的細小枝條便于機械粉碎堆肥，實現果園廢棄物的綜合利用，提高土壤中有機質含量。研究發現[50]，梨樹修剪枝條堆肥還田后可顯著提高土壤中有機質含量、土壤微生物數量和微生物量碳、氮含量。果園修剪后，利用粉碎機將枝條粉碎成2 cm左右的碎片，與秸稈等可腐熟農林廢棄物混勻，適量添加外源氮素調整枝條堆肥碳氮比（20～40∶1較為合適）。施用復合菌劑，將充分混合均勻的堆肥物料置于地勢平坦朝陽、取水容易的地方進行堆制，覆蓋塑料薄膜控制堆內溫度。發酵過程中堆內50～70 ℃高溫，可有效殺死堆肥原料中的有害病菌、草種及蟲卵。堆肥過程中，控制相對含水量為50%～70%。7～10 d后充分翻堆，伴隨菌絲生長，堆肥物料開始逐漸腐熟；20～25 d后再次翻堆，使堆肥物料充分腐熟。腐熟后，堆肥物料呈現黑褐色，較有彈性，干后容易破碎。腐熟枝條可撒施于果樹樹盤外1/3根系分布區域，樹冠小的要施到樹冠投影處。

4 結語

目前，土壤有機質含量偏低的現狀，對我國果園生產和發展的影響不容小覷。在實際生產中，果農為提高效益，在果園管理中時常出現化肥的不合理施用現象，造成化肥使用效率降低，成本升高，大氣環境、土壤等嚴重污染，果實品質下降等不良后果。對此，可通過有機肥施用技術培訓等社會化服務，提升果農的科學管理意識，合理配施有機肥。充分利用現有資源，采用秸稈還田、枝條堆肥還田技術等農藝措施，提高農業廢棄物肥料化利用率，結合果園生草等管理模式增加果園碳返還量。通過上述措施可有效維持或提高果園土壤有機質含量，改善土壤肥力，起到化肥減量增效的作用，為促進我國果園穩步持續健康發展提供保障。