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(xué)農(nóng)學(xué)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(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021)

摘要根據(jù)當(dāng)前葡萄枝條的利用情況，結(jié)合對(duì)堆肥化過(guò)程和堆肥化系統(tǒng)的概述，綜述了堆肥對(duì)土壤性狀及植物生長(zhǎng)發(fā)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(huán)利用、改良土壤結(jié)構(gòu)提供了具體的方法和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞葡萄；修剪枝條；燃料；堆肥化；土壤性狀

近年來(lái)，葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，我國(guó)葡萄種植面積大大增加。在葡萄種植中，通過(guò)修剪技術(shù)促進(jìn)葡萄枝蔓的更新，調(diào)整樹(shù)體生長(zhǎng)，控制養(yǎng)分的消耗，從而促進(jìn)葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。2013年葡萄與葡萄酒組織發(fā)布的最新行業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告中顯示，2012年我國(guó)的葡萄種植面積增長(zhǎng)到57萬(wàn)hm2，排名第四，由數(shù)據(jù)推算，我我國(guó)每年產(chǎn)生葡萄修剪枝條就達(dá)到將近427萬(wàn)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(zhì)能源，以及各種微量元素，是寶貴的農(nóng)業(yè)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(jù)當(dāng)前葡萄枝條的利用情況，對(duì)堆肥化過(guò)程、系統(tǒng)及堆肥對(duì)土壤和植物的影響等相關(guān)研究進(jìn)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(huán)利用、改良土壤結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1葡萄修剪枝條資源再利用的必要性

我國(guó)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(chǎn)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(nóng)田；二是殘留枝條隨意堆積，無(wú)人管理，極易變質(zhì)腐爛導(dǎo)致病蟲(chóng)害發(fā)生，影響植物果實(shí)生長(zhǎng)；三是枝條室外堆放，變質(zhì)腐爛產(chǎn)生細(xì)菌污染土壤和水源，在干燥炎熱的天氣條件下，也極易發(fā)生自燃造成火災(zāi)，威脅到人們的財(cái)產(chǎn)安全，影響農(nóng)民的生活環(huán)境[2]。因此，對(duì)修剪枝條加以處理再利用，不但解決了環(huán)境問(wèn)題，而且能產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)果業(yè)發(fā)展也有促進(jìn)作用。

2堆肥化過(guò)程綜述

2.1堆肥化過(guò)程堆肥化是通過(guò)自然界的細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物或者植物菌株，經(jīng)過(guò)生物降解轉(zhuǎn)化成腐熟肥料的一種受人為控制的過(guò)程[3]。堆肥的技術(shù)和理念在世界上早已有之[4-5]。然而，世界上系統(tǒng)研究堆肥化及其應(yīng)用的歷史只有80多年[6]。直到20世紀(jì)后期，發(fā)達(dá)國(guó)家堆肥技術(shù)發(fā)展到了鼎盛時(shí)期，涉及到固體廢棄物的處置、生物質(zhì)燃料發(fā)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(guò)程的最終產(chǎn)物，由于其資源利用率較高，對(duì)環(huán)境的危害小，性能較穩(wěn)定，目前已受到越來(lái)越多的關(guān)注。堆肥化是個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，由于堆肥過(guò)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(lèi)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(jī)物轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，最大限度地殺滅病原菌，同時(shí)具有快速降解有機(jī)物、異味少等突出優(yōu)點(diǎn)[9]。堆肥處理的溫度隨時(shí)間會(huì)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，因此根據(jù)堆肥階段所需的溫度不同，好氧堆肥反應(yīng)過(guò)程可分為4個(gè)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(jī)質(zhì)從化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軐?dǎo)致溫度逐漸升高，還伴隨著強(qiáng)烈的氣味，經(jīng)過(guò)高溫階段后進(jìn)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(chǎn)生的熱量逐漸減少，使得堆肥溫度開(kāi)始降低，耗氧率減少，堆肥材料空隙變大，氣味會(huì)變淡[10]。

2.2堆肥系統(tǒng)堆肥化技術(shù)雖然現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用較廣泛，但堆肥系統(tǒng)區(qū)別甚少。根據(jù)堆肥技術(shù)復(fù)雜過(guò)程分為簡(jiǎn)單條垛堆肥、復(fù)雜機(jī)械堆肥系統(tǒng)；根據(jù)堆肥材料運(yùn)動(dòng)與否，還可分為靜態(tài)堆肥和動(dòng)態(tài)堆肥2種系統(tǒng)[11]。在眾多的分類(lèi)法中，Haug[12]的分類(lèi)法最具有系統(tǒng)性，他根據(jù)固體流向、反應(yīng)器的類(lèi)型、反應(yīng)器的床層、空氣供給方式等，將堆肥系統(tǒng)分為多種類(lèi)型，其中條形堆系統(tǒng)、靜態(tài)堆系統(tǒng)、容器反應(yīng)堆系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)箱系統(tǒng)這4種類(lèi)型被認(rèn)為是代表性的堆肥系統(tǒng)。

3堆肥對(duì)土壤和植物的影響

由于對(duì)土壤長(zhǎng)期使用化學(xué)肥料會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)，通氣性降低，保水保肥能力下降，同時(shí)還可使土壤酸化產(chǎn)生有毒物質(zhì)，而對(duì)土壤進(jìn)行化學(xué)肥料和有機(jī)肥的聯(lián)合使用，就可解決這些問(wèn)題。堆肥作為一種有機(jī)肥料，對(duì)土壤的物理性狀、化學(xué)性狀及生物學(xué)特性等均會(huì)產(chǎn)生顯著的改良作用，進(jìn)而促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[13]。

3.1堆肥對(duì)土壤物理性狀的影響堆肥中含高達(dá)25%以上的有機(jī)質(zhì)及植物所需各種元素，對(duì)土壤施用堆肥后能補(bǔ)充土壤的營(yíng)養(yǎng)元素，顯著地提高土壤的肥力和有機(jī)質(zhì)的含量[14]，李文忠等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施用污泥堆肥增加了高羊茅栽植小區(qū)土壤養(yǎng)分含量，特別是有機(jī)質(zhì)含量明顯增加，與空白對(duì)照相比增加了43.9%～73.2%。堆肥對(duì)土壤團(tuán)?；?、溫度、總空隙、容重、持水力、土壤含水量、水分滲透性、穩(wěn)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(rùn)水并減少了土壤水分的蒸發(fā)[18]。Martens等[19]經(jīng)過(guò)2年的連續(xù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施入混合材料的堆肥后的土壤持水力比對(duì)照增加了3%～25%。劉文等[20]通過(guò)對(duì)城市垃圾粗堆肥進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)堆肥可以增強(qiáng)土壤的保水能力，當(dāng)垃圾粗堆肥量達(dá)到225 t /hm2時(shí)，與不施肥相比，土壤含水量相對(duì)提高了1.44%，土壤中平均含水量最高可達(dá)到6.50%。土壤物理特性的重要性質(zhì)其中就有導(dǎo)水率，導(dǎo)水率的提高，可以促進(jìn)植物根系對(duì)水分有效吸收，增強(qiáng)土壤中水分的滲透調(diào)節(jié)和保水能力。國(guó)外有研究表明，堆肥處理的導(dǎo)水率高于未處理的對(duì)照達(dá)7倍之多。Aggehdes等[21]測(cè)得當(dāng)堆肥施用量分別為75、150和300 m3/hm2時(shí)，壤土的導(dǎo)水率分別增加32.5%、53.0%和95.2%，而粘土的分別增加高達(dá)55.3%、97.4%和165.4%，證實(shí)了堆肥土壤中的含水量和導(dǎo)水率都隨堆肥施用量的增加而增加。

許多研究發(fā)現(xiàn)，堆肥可以改良土壤的總孔隙度，總孔隙度的大小會(huì)隨著堆肥施用量的增加而增加，同時(shí)，堆肥處理還可以改變土壤結(jié)構(gòu)，從而降低了土壤容重[22-23]。國(guó)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(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和呼吸代謝有著一定的促進(jìn)作用[24]，也為植物的根系生長(zhǎng)提供了適宜的生存環(huán)境。堆肥對(duì)土壤團(tuán)粒穩(wěn)定性[25]、土壤質(zhì)地、表土形態(tài)發(fā)育[26]等物理特性也有積極的促進(jìn)作用。

3.2堆肥對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響堆肥不僅僅能夠?qū)ν寥烙袡C(jī)質(zhì)含量有著非常高效的促進(jìn)作用，同時(shí)在對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分和含量方面也起著重要的作用。Atiych等[27]在試驗(yàn)中也證實(shí)堆肥材料不同，其有機(jī)質(zhì)含量的增加程度也不同。多數(shù)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(zhǎng)的范圍，同時(shí)由于有些堆肥呈現(xiàn)略堿性，可以改良酸性土壤，用以減輕Al或Mn對(duì)植物的毒害。堆肥不但可以提供速效氮養(yǎng)分，更重要的是可以對(duì)氮進(jìn)行有效性調(diào)控。Debosez等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)土壤進(jìn)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(jī)碳含量也增加了0.20%，而污泥堆肥的有機(jī)碳含量較低，約增加0.07%。施堆肥處理還可因肥料的類(lèi)型、土壤類(lèi)型及肥料的不同配比來(lái)提高土壤中全氮的含量，朱琳瑩[29]通過(guò)盆栽和大田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與不施肥的處理對(duì)照相比，隨著施肥量的增加，土壤中的養(yǎng)分和含量也逐漸增加，全氮含量提高了0.3～3.1倍，硝態(tài)氮增加量16.2%～166.85%倍。Sullivan等[30]用廚余垃圾堆肥，通過(guò)7年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，牧草對(duì)氮的吸收和土壤有機(jī)質(zhì)的增加，相當(dāng)于增加了33%的總氮。有研究表明，堆肥除了增加土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)態(tài)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(bào)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(fā)現(xiàn)，利用蔬菜殘株進(jìn)行堆肥化處理，在一定的范圍內(nèi)可增加土壤有機(jī)碳、EC值、土壤呼吸強(qiáng)度、WSOC 含量、TOC 含量。大量研究結(jié)果證明，對(duì)土壤進(jìn)行堆肥處理后，能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供所必需N、P、K等元素。

3.3堆肥對(duì)土壤微生物學(xué)性狀的影響堆肥使土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物的數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)以及土壤中酶的活性增加了一定的比例[33]，同時(shí)提高了突然重微生物代謝活動(dòng)的強(qiáng)度。相關(guān)研究還表明，土壤中的真菌類(lèi)、放線菌類(lèi)、細(xì)菌的數(shù)量會(huì)隨著堆肥量的施加而顯著增加[34]。劉明等[35]通過(guò)對(duì)堿渣秸稈堆肥探究，發(fā)現(xiàn)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(duì)轉(zhuǎn)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(xù)9年對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)期某些土壤微生物數(shù)量呈顯著的正相關(guān)，這反映出酶促反應(yīng)的專(zhuān)一性和與土壤微生物作用間的協(xié)調(diào)性。大量的研究還證實(shí)，堆肥也可抑制土傳病原菌、植物根系害蟲(chóng)和植物線蟲(chóng)的發(fā)生。李勝華等[39]通過(guò)對(duì)番茄施用有機(jī)肥發(fā)現(xiàn)，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(fā)生。Ling等[40]研究中發(fā)現(xiàn)無(wú)論是施用有機(jī)肥的盆栽試驗(yàn)還是大田試驗(yàn)都有顯著效果，枯萎病的發(fā)生率分別減少60%～100%和59%～73%。曹志平等[41]通過(guò)在土壤中施入小麥秸稈，增加了土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量，引起土壤線蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的變化植食性線蟲(chóng)下降97.3%，食細(xì)菌線蟲(chóng)的比例上升189.7%，從而改善了整個(gè)土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，恢復(fù)了土壤生態(tài)系統(tǒng)抑制病原生物的生態(tài)功能。

3.4堆肥對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響已有許多研究表明，堆肥可以促進(jìn)養(yǎng)分的吸收與代謝、增加作物產(chǎn)量、改良植物園藝特征并改善植物生理特征，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有良好的促進(jìn)作用。李宇慶等[42]在污泥堆肥施用對(duì)木槿生長(zhǎng)影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥用量為10%～50%均可在不同程度上促進(jìn)木槿的生長(zhǎng)發(fā)育，其地上生物量比對(duì)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(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)萵苣生長(zhǎng)的土壤施用堆肥后，與不施肥及施用化學(xué)肥料相比，能夠增加土壤的微生物量，提高8%～28%。韓衛(wèi)華等[44]通過(guò)設(shè)置5個(gè)處理，研究不同施肥量下小麥的生長(zhǎng)發(fā)育變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小麥葉片的葉綠色含量及SOD酶的活性在施肥600 kg/hm2下達(dá)到最大值，此時(shí)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(dá)到1 200 kg/hm2時(shí)，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(jìn)行堆肥，觀察黃瓜育苗生長(zhǎng)的各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，堆肥會(huì)降低黃瓜種子的發(fā)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(duì)照組。林英等[46]研究結(jié)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(fā)生，提高植株的抗病能力。徐福銀等[47]以菊花為例進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)堆肥可以延長(zhǎng)菊花的花期，對(duì)菊花植株的株高有促進(jìn)作用。程五良[48]通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥后對(duì)不同植物的變化產(chǎn)生的影響不同。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，堆肥技術(shù)對(duì)植物和土壤各方面有著積極的促進(jìn)作用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，殘留枝條傳統(tǒng)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(shù)在應(yīng)用上還不成熟，因此利用修剪枝條進(jìn)行堆肥化處理再利用的技術(shù)還未能得以廣泛應(yīng)用，這其中還存在如何快速降解枝條中木質(zhì)素，產(chǎn)生高效的有機(jī)肥料被土壤快速吸收等問(wèn)題，需要更加深入研究，綜合考慮，多加實(shí)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(jiǎn)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(dǎo)師，博士，從事葡萄栽培與釀酒技術(shù)研究。

收稿日期2016-02-07

中圖分類(lèi)號(hào)S 141.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)08-167-03