不同果園枝條修剪量及資源化利用分析*

李傳友，張 莉，劉京蕊，郝東生，李學斌，張海雷，劉 攀，李 震，滕 飛

（1 北京市農業機械試驗鑒定推廣站，100079）（2 密云區農機化技術推廣服務站）（3 平谷區農業機械推廣站）（4 大興區農業機械技術推廣站）（5 昌平區農業機械化技術推廣站）

我國是水果生產大國，果樹栽培歷史悠久，資源豐富[1]。近年來，隨著水果產業的快速發展，果樹枝條修剪量逐年增加，據估計，每年果樹枝條修剪量可達4 650 萬t[2]。果樹枝條傳統的處理方法主要是堆放和焚燒，而堆放處理所需容納土地量大，焚燒處理會造成環境二次污染，導致生物質資源的浪費[3]。近年來，我國農業廢棄物資源化利用進程提速，科技人員對殘枝處理技術的關注度越來越高，楊葉、劉麗麗等對果樹枝條資源化利用研究進展進行了總結[4-5]，杜娟等對林果業殘枝粉碎機械的研究現狀進行了分析[6-11]。

林果殘枝三級全量化利用機械化技術模式是根據木質殘枝的生物學特性，選用高效的粉碎機將殘枝破碎，并把破碎后的殘枝分選為小于0.2、0.2～1.0、1.0～5.0 cm 這3 個等級，分別用于有機肥加工、栽培基質加工和有機覆蓋物加工，從而真正意義上實現對林果殘枝的全量化利用。果園修剪下的殘枝無論以何種方式進行資源化利用都要先進行粗加工粉碎。

果園枝條資源化常見利用模式有以下幾種。①直接粉碎還田：殘枝可直接粉碎還田至土壤中，提高土壤肥力，從而提高水果品質[12]。②制作有機肥：木質素是堆肥化原料中一種重要的限速高聚物，其有效降解對堆肥化速度、堆肥質量有重要作用[12]。③制作栽培基質：殘枝粉碎后染彩色作有機覆蓋物。通常情況下，果園全年進行夏剪、冬剪2 次，以保證果園產量。對果園剪枝量的計算，目前大都是估算的方法，不同樹種、不同種植模式差異很大。傅童成等[13-14]對林業剩余物資源量評估所用系數的定義、取值和林業剩余物資源量評估方法進行了研究。對于果園剪枝量，目前國內外鮮有相關報道。本研究選擇代表性果樹，估算了不同果園的剪枝量并對其理化性狀進行了分析，以期為政府相關部門制定相關政策措施和資源化利用發展規劃提供重要依據。

1 材料與方法

1.1 小區劃分方法

目前，北京市蘋果、桃、梨有傳統種植和標準化種植2 類模式，葡萄和板栗只有傳統種植模式。所有果樹均為樹齡4 年以上的成齡樹。每個種植模式選擇3 個符合條件的果園。采取分區隨機取樣的方法在每個果園中選擇3 個小區，蘋果、桃、梨、板栗園每個小區確定相連的3 株樹，葡萄每個小區選擇相連的10 株樹。收集劃定小區內的果樹冬剪、夏剪剪下的枝條，稱量記錄其新鮮枝條樣本重量和烘干后的重量，分別計算出各種處理果樹的年剪枝量的濕重和干重。

1.2 樣品預處理及含水率測定

果樹枝條的含水率較高，易發霉變質，故通過烘干處理延長其貯存期，保證其物質含量成分不產生變化，用于后續理化指標測定。參考NREL/TP-510-42621 標準方法制作烘干樣本，并測定其含水率。將采集到的新鮮果樹枝條樣本在（105±5）℃條件下，烘干（18±6）h，得到干燥樣本，并計算含水率。

1.3 理化指標測定方法

1.3.1 有機質測定

參考NREL/TP-510-42621 標準方法，通過測定物質灰分含量估算果樹枝條的有機質含量。將坩堝置于全自動工業分析儀中，設置4 個梯度（100、200、300、600 ℃）的預熱溫度，分別加熱2 h，待機器自然冷卻至室溫，并自動記錄恒重的坩堝質量。稱取0.5 g 左右粉碎的枝條樣本于坩堝中，設置工業分析儀為575 ℃，灼燒灰化4 h 后至恒重。每個樣本重復2 次，計算有機質含量。

1.3.2 木質成分測定

枝條的主要化學組成是纖維素、半纖維素和木質素，這3 種成分的測定采用兩步酸解法，參考NREL/TP-510-42621 標準方法。

1.3.3 部分元素含量測定

利用Vario EL 元素分析儀（Elemental 公司，德國）測定干燥粉末枝條樣本中的總碳、總氮、總硫和總氫的含量。

2 結果與分析

2.1 剪枝量

各類果樹在不同種植模式下的剪枝量如表1 所示。測算結果表明，蘋果樹傳統種植模式下產生約3 178.50 kg/hm2的年剪枝量（干重，下同），較標準化種植模式下產生的年剪枝量（2 552.10 kg/hm2）略高。板栗樹只有傳統種植模式，年剪枝量為673.35 kg/hm2。桃樹標準化種植模式下產生約5 578.95 kg/hm2的年剪枝量，遠高于傳統種植模式下產生的年剪枝量（1 959.30 kg/hm2）。梨樹標準化種植模式下產生約1 920.45 kg/hm2的年剪枝量，較傳統種植模式下產生的剪枝量（1 837.05 kg/hm2）略高。葡萄只有傳統種植模式，年剪枝量約為1 533.00 kg/hm2。總體來看，各個果園冬季產生的剪枝量高于夏季產生的剪枝量。

表1 不同果樹不同種植模式剪枝量估算表（干物質）

2.2 含水率和有機質含量

夏季枝條樣本的含水率為46.69%～81.88%，含水率主要集中在50%左右，其中葡萄的新鮮枝條樣本含水率較高，為81.88%。冬季果樹枝條樣本的含水率為41.12%～50.03%，較夏季枝條樣本的含水率偏低（表2），這可能是由北京冬季空氣干燥所致，同時，冬季果樹均處于休眠期，果樹生長代謝過程較夏季緩慢。枝條樣本間的含水率差異主要與枝條脫離果樹枝干后的時間長短有關。

表2 不同果樹不同種植模式枝條樣本含水率 %

夏季枝條樣本的有機質含量測定結果表明，枝條樣本含有豐富的有機質，含量均大于98%，在果園廢棄物資源化利用方面具有良好的潛力。冬季枝條樣本的有機質含量也均在95%以上，與夏季枝條樣本的有機質含量差異不大，也是適宜的果園廢棄物資源化利用原料（表3）。

表3 不同果樹不同種植模式枝條樣本有機質含量 %

2.3 木質素、纖維素、半纖維素含量

果樹枝條含有豐富的木質成分，主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。纖維素是木材細胞壁的骨架物質，半纖維素是細胞壁的黏結物質，木質素是細胞壁的硬固物質。這3 種木質成分的含量直接影響著果樹枝條的性能和利用。從夏季果樹枝條樣本的木質成分測定結果來看（表4），其木質成分中以纖維素含量最高，為38.67%～44.94%，且過半數枝條樣本的纖維素含量大于40%；木質素含量和半纖維素含量分別為20.17%～29.83%和20.92%～23.15%。從冬季果樹枝條樣本的木質成分測定結果來看（表4），其木質成分也是以纖維素含量最高，為26.02%～33.54%，但同一產地枝條樣本的纖維素含量較夏季樣本低，大多數冬季枝條樣本的纖維素含量未達到40%。冬季果樹枝條樣本的半纖維素含量較夏季枝條樣本的半纖維素含量低，半纖維素含量為8.65%～11.14%；冬季果樹枝條樣本的木質素含量為24.52%～30.55%，較夏季果樹枝條的木質素含量高一些。這說明冬季果樹枝條材質更加堅硬，纖維結構更加穩固，適宜作為纖維原料；而夏季樣本的易降解成分（半纖維素）更多，更利于以發酵方式為主的資源化利用。

表4 不同果樹不同種植模式枝條樣本木質成分含量 %

2.4 碳、氮、硫等元素含量

果樹枝條含有豐富的有機質和木質成分，因此其含有豐富的碳元素。由表5 可知，冬季果樹枝條的碳元素含量為47.08%～49.04%，均大于45%，這與其木質成分含量較低有關，可認為是生產生物炭的良好原材料。各類果樹枝條樣本氮元素含量為0.65%～1.71%。其中，板栗枝條樣本的氮元素含量較低。各樣本硫元素含量為0.22%～0.66%。元素測定數據發現，不同果樹不同種植模式、不同季節果樹枝條之間的主要元素差異并不明顯。同時，果樹枝條氮、硫含量很低，并不能作為農林類廢棄物資源化利用的主要氮源和硫源。

表5 不同果樹不同種植模式枝條樣本元素成分含量 %

3 結論與討論

果樹枝條既是生產過程中不可避免的殘留物，又是一種可利用的資源，處理好二者的關系，對于保證果樹產業健康發展具有十分重要的意義。夏季果樹枝條樣本木質成分以纖維素含量最高，且過半數的樣本纖維素含量均大于40%，纖維素的分解需要纖維素內切酶、端解酶和纖維素二糖酶的協同作用[15]。冬季果樹枝條樣本木質成分也是以纖維素含量最高，但同一產地枝條樣本的纖維素含量較夏季樣本低，大多數冬季枝條樣本纖維素含量未達到40%。研究發現，對纖維素和木質素有降解能力的微生物主要是高溫放線菌和高溫真菌，其中有獨特降解機制的白腐菌在木質素降解過程中起著重要作用[16]。冬季果樹枝條的半纖維素含量較夏季果樹枝條的半纖維素含量低，木質素含量則較夏季果樹枝條的高一些。枝條用作堆肥木質纖維素的分解是一個復雜的過程，是各種酶之間相互協同作用的結果，纖維素和木質素的生物降解是緊密相連、密不可分的[17-18]。

從研究結果可知，蘋果樹傳統種植模式下年剪枝量約為3 178.50 kg/hm2，標準化種植模式下年剪枝量約為2 552.10 kg/hm2；板栗樹只有傳統種植模式，年剪枝量約為673.35 kg/hm2；桃樹標準化種植模式下年剪枝量約為5 578.95 kg/hm2，傳統種植模式下年剪枝量約為1 959.30 kg/hm2；梨樹標準化種植模式下年剪枝量約為1 920.45 kg/hm2，傳統種植模式下年剪枝量約為1 837.05 kg/hm2；葡萄只有傳統種植模式，年剪枝量約為1 533.00 kg/hm2；本試驗結果與傅童成等[13-14]采用每年修枝頻度系數和每次修枝剩余物產率得出的結論基本吻合。果樹枝條是富含養分的果園廢棄物，是適宜的廢棄物資源化利用原料。本試驗為果樹枝條廢棄物的資源化利用提供了數據支撐。