堆肥化处理葡萄修剪枝条的可行性综述

殷 姿，张军翔

(宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)



堆肥化处理葡萄修剪枝条的可行性综述

殷 姿，张军翔*

(宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)

摘要根据当前葡萄枝条的利用情况，结合对堆肥化过程和堆肥化系统的概述，综述了堆肥对土壤性状及植物生长发育的影响，得出了堆肥化处理葡萄修剪枝条的可行性，为葡萄枝条循环利用、改良土壤结构提供了具体的方法和理论依据。

关键词葡萄；修剪枝条；燃料；堆肥化；土壤性状

近年来，葡萄和葡萄酒产业快速发展，我国葡萄种植面积大大增加。在葡萄种植中，通过修剪技术促进葡萄枝蔓的更新，调整树体生长，控制养分的消耗，从而促进葡萄优质高产。2013年葡萄与葡萄酒组织发布的最新行业统计报告中显示，2012年我国的葡萄种植面积增长到57万hm2，排名第四，由数据推算，我我国每年产生葡萄修剪枝条就达到将近427万t[1]。葡萄修剪枝条中含有大量的N、P、K元素和丰富的生物质能源，以及各种微量元素，是宝贵的农业资源，因此，葡萄枝条的资源再利用有着非常广阔的前景。笔者根据当前葡萄枝条的利用情况，对堆肥化过程、系统及堆肥对土壤和植物的影响等相关研究进行了综述，得出了堆肥化处理葡萄修剪枝条的可行性，以期为葡萄枝条循环利用、改良土壤结构提供理论依据。

1葡萄修剪枝条资源再利用的必要性

我国葡萄种植面积巨大，每年有大量的修剪枝条被随意丢弃，大部分残留枝条被堆弃在田边、路旁和宅院附近，由于得不到合理有效的利用，极易产生诸多不良后果：一是大量修剪枝条堆放在田边沟渠等处，容易造成河道堵塞、侵占农田；二是残留枝条随意堆积，无人管理，极易变质腐烂导致病虫害发生，影响植物果实生长；三是枝条室外堆放，变质腐烂产生细菌污染土壤和水源，在干燥炎热的天气条件下，也极易发生自燃造成火灾，威胁到人们的财产安全，影响农民的生活环境[2]。因此，对修剪枝条加以处理再利用，不但解决了环境问题，而且能产生额外的经济效益，对果业发展也有促进作用。

2堆肥化过程综述

2.1堆肥化过程堆肥化是通过自然界的细菌、真菌、放线菌等微生物或者植物菌株，经过生物降解转化成腐熟肥料的一种受人为控制的过程[3]。堆肥的技术和理念在世界上早已有之[4-5]。然而，世界上系统研究堆肥化及其应用的历史只有80多年[6]。直到20世纪后期，发达国家堆肥技术发展到了鼎盛时期，涉及到固体废弃物的处置、生物质燃料发电、城市垃圾污染处理等方面[7]。堆肥是固体废物资源化利用的有效处理途径之一，也是堆肥过程的最终产物，由于其资源利用率较高，对环境的危害小，性能较稳定，目前已受到越来越多的关注。堆肥化是个复杂的生物学过程，由于堆肥过程中微生物需要不同的氧气含量，又可将其分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种类型[8]。好氧堆肥又叫高温堆肥，需要的温度一般在50～60 ℃，它可以将有机物转化成简单的无机物，最大限度地杀灭病原菌，同时具有快速降解有机物、异味少等突出优点[9]。堆肥处理的温度随时间会呈现先升高后降低的趋势，因此根据堆肥阶段所需的温度不同，好氧堆肥反应过程可分为4个阶段：升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段。堆肥的高温阶段随着微生物的活跃耗氧率不断增加，并且加速繁殖使得部分有机质从化学能转变为热能导致温度逐渐升高，还伴随着强烈的气味，经过高温阶段后进入冷却腐熟阶段后，喜热性微生物大部分死亡或者休眠，酶活性降低，产生的热量逐渐减少，使得堆肥温度开始降低，耗氧率减少，堆肥材料空隙变大，气味会变淡[10]。

2.2堆肥系统堆肥化技术虽然现在已经应用较广泛，但堆肥系统区别甚少。根据堆肥技术复杂过程分为简单条垛堆肥、复杂机械堆肥系统；根据堆肥材料运动与否，还可分为静态堆肥和动态堆肥2种系统[11]。在众多的分类法中，Haug[12]的分类法最具有系统性，他根据固体流向、反应器的类型、反应器的床层、空气供给方式等，将堆肥系统分为多种类型，其中条形堆系统、静态堆系统、容器反应堆系统、动态箱系统这4种类型被认为是代表性的堆肥系统。

3堆肥对土壤和植物的影响

由于对土壤长期使用化学肥料会破坏土壤结构，造成土壤板结，通气性降低，保水保肥能力下降，同时还可使土壤酸化产生有毒物质，而对土壤进行化学肥料和有机肥的联合使用，就可解决这些问题。堆肥作为一种有机肥料，对土壤的物理性状、化学性状及生物学特性等均会产生显著的改良作用，进而促进了植物的生长和发育[13]。

3.1堆肥对土壤物理性状的影响堆肥中含高达25%以上的有机质及植物所需各种元素，对土壤施用堆肥后能补充土壤的营养元素，显著地提高土壤的肥力和有机质的含量[14]，李文忠等[15]研究发现，施用污泥堆肥增加了高羊茅栽植小区土壤养分含量，特别是有机质含量明显增加，与空白对照相比增加了43.9%～73.2%。堆肥对土壤团粒化、温度、总空隙、容重、持水力、土壤含水量、水分渗透性、稳定性、植物根系渗透阻力和根系深度等物理特性也有着显著的作用[16-17]。施用堆肥后，能显著改变土壤的总孔隙度，提高土壤持水量，从而增加了土壤湿润水并减少了土壤水分的蒸发[18]。Martens等[19]经过2年的连续试验发现，施入混合材料的堆肥后的土壤持水力比对照增加了3%～25%。刘文等[20]通过对城市垃圾粗堆肥进行研究，结果发现堆肥可以增强土壤的保水能力，当垃圾粗堆肥量达到225 t /hm2时，与不施肥相比，土壤含水量相对提高了1.44%，土壤中平均含水量最高可达到6.50%。土壤物理特性的重要性质其中就有导水率，导水率的提高，可以促进植物根系对水分有效吸收，增强土壤中水分的渗透调节和保水能力。国外有研究表明，堆肥处理的导水率高于未处理的对照达7倍之多。Aggehdes等[21]测得当堆肥施用量分别为75、150和300 m3/hm2时，壤土的导水率分别增加32.5%、53.0%和95.2%，而粘土的分别增加高达55.3%、97.4%和165.4%，证实了堆肥土壤中的含水量和导水率都随堆肥施用量的增加而增加。

许多研究发现，堆肥可以改良土壤的总孔隙度，总孔隙度的大小会随着堆肥施用量的增加而增加，同时，堆肥处理还可以改变土壤结构，从而降低了土壤容重[22-23]。国外研究表明，分别施入75、150和300 m3/hm2的堆肥后，使壤土的总孔隙率分别提高11.0%、27.0%和32.8%，使粘土的总孔隙率分别提高5.4%、8.5%和9.9%。土壤良好的物理特性不仅对植物的生长发育和呼吸代谢有着一定的促进作用[24]，也为植物的根系生长提供了适宜的生存环境。堆肥对土壤团粒稳定性[25]、土壤质地、表土形态发育[26]等物理特性也有积极的促进作用。

3.2堆肥对土壤化学性状的影响堆肥不仅仅能够对土壤有机质含量有着非常高效的促进作用，同时在对土壤有机质养分和含量方面也起着重要的作用。Atiych等[27]在试验中也证实堆肥材料不同，其有机质含量的增加程度也不同。多数堆肥的pH接近中性或略呈碱性，使得堆肥具有较高的缓冲能力，可以有效维持土壤pH在适宜植物生长的范围，同时由于有些堆肥呈现略碱性，可以改良酸性土壤，用以减轻Al或Mn对植物的毒害。堆肥不但可以提供速效氮养分，更重要的是可以对氮进行有效性调控。Debosez等[28]研究发现，在对土壤进行堆肥处理后土壤的矿化氮含量是污泥堆肥的1.8倍，土壤的有机碳含量也增加了0.20%，而污泥堆肥的有机碳含量较低，约增加0.07%。施堆肥处理还可因肥料的类型、土壤类型及肥料的不同配比来提高土壤中全氮的含量，朱琳莹[29]通过盆栽和大田试验研究发现，与不施肥的处理对照相比，随着施肥量的增加，土壤中的养分和含量也逐渐增加，全氮含量提高了0.3～3.1倍，硝态氮增加量16.2%～166.85%倍。Sullivan等[30]用厨余垃圾堆肥，通过7年试验发现，牧草对氮的吸收和土壤有机质的增加，相当于增加了33%的总氮。有研究表明，堆肥除了增加土壤有机质和矿质态氮外，还能使土壤有效磷和交换性钾的含量也有所提高，且随着堆肥施用量的增加而增加。Chung等[31]报道，堆肥处理的土壤可交换性钾含量显著地高于未施用堆肥和石灰处理的含量。莫舒颖[32]研究发现，利用蔬菜残株进行堆肥化处理，在一定的范围内可增加土壤有机碳、EC值、土壤呼吸强度、WSOC 含量、TOC 含量。大量研究结果证明，对土壤进行堆肥处理后，能够为植物生长提供所必需N、P、K等元素。

3.3堆肥对土壤微生物学性状的影响堆肥使土壤中细菌、真菌和放线菌等微生物的数量、种群结构以及土壤中酶的活性增加了一定的比例[33]，同时提高了突然重微生物代谢活动的强度。相关研究还表明，土壤中的真菌类、放线菌类、细菌的数量会随着堆肥量的施加而显著增加[34]。刘明等[35]通过对碱渣秸秆堆肥探究，发现花生秸秆堆肥与化肥混合使用可以提高微生物生物氮的含量，而水稻秸秆堆肥配施化肥对转化酶和微生物生物量碳的效果较好，与单施化肥相比较，分别增加了46.10%、26.38%和15.05%、58.74%。Garcia-Gild等[36]连续9年对小麦播种前土壤施用4种处理的肥料，堆肥处理与不施肥、粪肥处理及矿物肥料处理对比，土壤微生物量碳增加了46%，而粪肥处理增加了29%。黄继川等[37]、姬兴杰等[38]的研究中，堆肥的施用对提高土壤酶的活力有非常显著的作用，部分土壤酶的活力与特定时期某些土壤微生物数量呈显著的正相关，这反映出酶促反应的专一性和与土壤微生物作用间的协调性。大量的研究还证实，堆肥也可抑制土传病原菌、植物根系害虫和植物线虫的发生。李胜华等[39]通过对番茄施用有机肥发现，施肥能够减少大田番茄青枯病、枯萎病等3种土传病害的发生。Ling等[40]研究中发现无论是施用有机肥的盆栽试验还是大田试验都有显著效果，枯萎病的发生率分别减少60%～100%和59%～73%。曹志平等[41]通过在土壤中施入小麦秸秆，增加了土壤中细菌、真菌、放线菌的数量，引起土壤线虫群落结构的变化植食性线虫下降97.3%，食细菌线虫的比例上升189.7%，从而改善了整个土壤食物网结构，恢复了土壤生态系统抑制病原生物的生态功能。

3.4堆肥对植物生长发育的影响已有许多研究表明，堆肥可以促进养分的吸收与代谢、增加作物产量、改良植物园艺特征并改善植物生理特征，对植物的生长发育有良好的促进作用。李宇庆等[42]在污泥堆肥施用对木槿生长影响试验中发现，污泥堆肥用量为10%～50%均可在不同程度上促进木槿的生长发育，其地上生物量比对照可提高12.8%～112.3%不等，地下生物量也可提高13.7%～123.5%。Lee等[43]研究发现，通过对莴苣生长的土壤施用堆肥后，与不施肥及施用化学肥料相比，能够增加土壤的微生物量，提高8%～28%。韩卫华等[44]通过设置5个处理，研究不同施肥量下小麦的生长发育变化，结果发现小麦叶片的叶绿色含量及SOD酶的活性在施肥600 kg/hm2下达到最大值，此时小麦的CAT酶和POD酶活性最弱，且随着施肥量的增加，小麦叶片叶绿色含量和SOD酶活性也不断增加，在施肥量达到1 200 kg/hm2时，小麦的叶绿素含量及SOD酶活性不再增加。杜鹏祥等[45]以玉米杆、辣椒杆和鸡粪为堆肥材料进行堆肥，观察黄瓜育苗生长的各营养指标，结果发现，与对照相比，堆肥会降低黄瓜种子的发芽率和幼苗叶片的叶绿素含量，并且在堆肥量比例在40%以下，随堆肥量的施加，植株的茎粗、株高、叶面积均高于对照组。林英等[46]研究结果表明，堆肥能够抑制黄瓜猝倒病、根茎腐病、甜瓜灰霉病等土传病害的发生，提高植株的抗病能力。徐福银等[47]以菊花为例进行研究，发现堆肥可以延长菊花的花期，对菊花植株的株高有促进作用。程五良[48]通过盆栽实验发现，污泥堆肥后对不同植物的变化产生的影响不同。

4结语

综上所述，堆肥技术对植物和土壤各方面有着积极的促进作用。随着人们环保意识的增强，残留枝条传统的处理方式也逐渐被堆肥化处理再利用的途径所取缔。然而由于堆肥技术在应用上还不成熟，因此利用修剪枝条进行堆肥化处理再利用的技术还未能得以广泛应用，这其中还存在如何快速降解枝条中木质素，产生高效的有机肥料被土壤快速吸收等问题，需要更加深入研究，综合考虑，多加实践。

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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

作者简介殷姿(1990- )，女，宁夏银川人，硕士研究生，研究方向：葡萄与葡萄酒酿造。*通讯作者，教授，硕士生导师，博士，从事葡萄栽培与酿酒技术研究。

收稿日期2016-02-07

中图分类号S 141.4

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-167-03