北方地区果园枝条类废弃物的利用现状及建议

张秋月，周桐羽，吕德国，秦嗣军^*

（沈阳农业大学园艺学院；辽宁省果树品质发育与调控重点实验室）

摘要：冬季修剪产生的枝条、因恶劣天气或机械作业折断的枝条及剔除的病死株等是果园枝条类废弃物的主要来源。这些废弃物一般堆积在果园周边，既有传播病害又有发生火灾的风险。因枝条中含有大量的碳素营养，如何变废为宝，实现这些物质科学还园、培肥地力等问题一直是果树生产中所面临的重要问题。本文结合沈阳农业大学果树栽培与生理生态研究团队多年探索枝条类废弃物应用的研究情况，阐述了北方地区果园废弃物利用的现状、存在的问题及今后应用前景。

关键词：果园；枝条；废弃物；发酵；修剪

果园中无论是被修剪下来枝条，还是被狂风暴雨或机械作业折断的树枝及剔除的病死株等往往作为废弃物被清除出果园。而这些枝杈需要零散收集、且由于体积较大而不便装卸用车辆运输，费工费时，因此许多果农选择将其就近堆在园内及周边，这又增加了腐烂病菌等病害传播及火灾发生的机率。先前部分果农也试图通过埋枯枝的方法，在园内消耗转化这些废弃物，但因埋土费工且埋后大段的木质部腐烂慢，影响施肥及行间行走作业，而未收到理想的效果。另一方面，我国果园立地条件普遍较差，土壤有机质含量平均不足1%、土壤肥力偏低，亟需向土壤补充有机碳源物质，以稳定地力。因枝条中含有大量的碳素营养，如何将其变废为宝，实现这些物质科学还园、培肥地力等问题一直是果树生产中所面临的重要问题。

沈阳农业大学果树栽培与生理生态研究团队自2011年开始进行枝条人工剪截成段后埋土等枝类利用方面研究，在枝条腐烂进程评价、对土壤养分影响等方面取得一定进展，周江涛等研究^[1]有机物覆盖能起到减少土壤表面水分散失，防止土壤温度过高，改善土壤理化性状，增加土壤有机质含量，促进营养物质的积累、分解和转化，促进微生物活动，从而复壮树势，提高果品的产量和质量。但因人工剪截枝段及埋土费工费时而未进行实质性应用。2018年本团队引进了GTS1300型号树枝粉碎机，进行了多次枝条碎粉效率评价，并从降低树枝清运工作、节约成本及粉碎物发酵逐渐转化为果园土壤所需的有机物料来源等方面进行综合分析，探讨了北方地区果园枝条类废弃物的利用现状及存在的问题，期望为果园废弃物今后有效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年5月28日-9月15日在沈阳农业大学果树科研基地苹果试验园内进行，地理坐标北纬41°82′，东经123°56′海拔76.2m，无霜期146~163d，平均年日照时数2533.1h，年平均气温8.1°C左右，平均年降水量724.3mm。试验材料为科研基地内寒富苹果、山定子及多花海棠等冬季修剪及提干修剪下来的枝条和剔除的病死株等。

1.2 试验方法

首先将山定子、多花海棠、寒富苹果等的修剪未经手锯分解的枝条集堆，粗略估算所占空间体积，然后用手锯将分枝较粗的枝杈简单分解以利于顺利通过粉碎机的进料口（外侧长×宽为42cm×34cm），最终进入粉碎机的鲜枝最大直径控制小于9cm，干枝控制小于6cm。粉碎后再次估算碎片所占体积，并随机选取5份样品，每份样品1 kg ，过5目筛，称量5目以上的粉碎物的鲜重和干重及计算所占比重。从每份样品中随机选取粗大枝的粉碎物30个，细小枝的粉碎物30个，用游标卡尺量出粗大枝粉碎物的长度、宽度、厚度，细小枝粉碎物的长度、粗度，计算平均值。用以描述破碎程度及探讨作为堆肥材料或树行下覆盖的可操作性。同时监测粉碎成堆后温度变化，用以评判启动发酵的时间，用于衡量枝条粉碎后至可应用到果园内的时间等。具体操作是在粉碎的碎片堆插入5个温度计，分别为0、10、20、30、40 cm ，定期记录正午温度。

2 结果与分析

2.1 枝条清运问题及粉碎后碎片的基本特征

北方地区早春时节果农冬季修剪产生的大量枝条堆积在果园内，而修剪下来的枝条占地面积较大，需果农用车运到果园外，找地方丢弃。但是由于修剪下来的枝条分枝较多，特别是部分成龄果园有剔除病株情况，枝条大而不好装运，即费时费工又费力。而如图1A所示，一辆三轮车粉碎修剪下来的枝条仅需要2~3分钟，粉碎后占地面积约占原来的1/10，而且可以修剪完后就地粉碎，省去了用车向外拉出果园填埋、焚烧环节，从而实现省时省力省工，减少了劳动成本和投入。

粉碎机可以粉碎最大直径是9cm的鲜木段，最大直径是6cm的干木段，修剪后的鲜枝条直接粉碎效率明显高于粉碎干枯枝条，且利于延长碎粉刀片的使用寿命。而如图1B、C所示，果农修建下来的粗大枝被粉碎机粉碎成不规则片状物，而细小枝被粉碎成了小段，过完5目筛所筛下去5目以下的细小物所占比例不足10%。根据表1得知，5目以上的比例平均占94.1%，平均为4623片/千克，干湿比为69.5%。而粗大枝和细小枝的长度、宽度、厚度和直径都大小不一，粗大枝平均长度为32.3cm，宽度为17.6cm，厚度为4.5cm；细小枝平均长度为76.9cm，平均直径为4.0cm。果园树行下覆盖物恰好不希望枝条被打成粉末，以利于通气透水和根系生长发育。

图1. 粉碎后碎片的基本特征

表1 粉碎物样品的基本情况

2.2 粉碎后碎片堆肥状况

如图2所示，自5月28日枝条被粉碎后堆积起来，就开始升温，在三天后温度基本维持稳定，深度为10、20、30、40cm处的发酵温度会有微小差异，温度在60℃左右，维持时间在五天左右，然后开始降温，这表明第一次发酵的基本结束。并且在发酵期间还伴随着降雨，为发酵提供了足够的含水量。而在第一次发酵后，除地表温度随外界环境影响，堆积物里的温度一直稳定维持在35℃左右,说明发酵基本结束，直至完全腐熟。据王慧等研究，一般枝条发酵15天后，基本可杀死病原微生物，可以直接还田利用^[5]。如图3所示，与发酵前相比，腐熟后，枝条粉碎物外观呈黑褐色，有黏稠感，表面附着一层灰酶物质。

图2. 随时间变化果园废弃物的粉碎物的堆积温度

图3. 枝条粉碎物发酵前后的对比图

本试验简单处理，未加任何物质，因此氮源不足，有机物降解速度变得缓慢，经30多天后第二次发酵完成，时间稍长。因每年果园均有修剪下来的枝条，所以可以每年粉碎，常年堆肥，下一年度利用。作者多次到日本青森、长野及福岛等苹果产区考察，修剪后的枝条基本作为堆肥原料应用，一般堆制1-2年再施到田间。因此，随经济发展，果农结合利用农机补贴等政策购进2万左右小型粉碎机，将枝条就地碎粉，堆肥后再还田更经济适用,符合我国当前果树生产实情。 

3.1果园枝条类废弃物处理的现状以及存在的问题

目前，我国果园主要通过焚烧、填埋等方式对枝条类废弃物进行处理，然而存在一定的弊端与问题。例如，传统的焚烧处理方法完全将含有大量碳素营养的枝条作为废弃物处理，会产生大量的有毒气体污染环境，同时也不利于人体健康，因此近年来已逐渐被禁止；填埋成为处置果园废弃物过程中最常用的手段，但枝条废弃物一般体积大、水分较少、质量轻，如果使用填埋法进行处理是很大一个问题。而运输到园外直接丢弃又涉及增加运输管理成本，增加果园周边环境次生危害等因素，成本也较高^[2]。上述做法不能将修剪后枝条类进行有价值的资源转化利用，导致了每年都有大量有机物料浪费，而每年国家又消耗大量能源去生产化肥，而大量应用化肥，导致果园土壤稳定性变化、供肥供水能力减弱。形成上述局面的主要是由于我国传统果园多为手工操作管理，没有实现小型机械化，没有合适的粉碎机，导致虽然有充足的有机物料来源，但无法充分利用，造成浪费。今后随着社会经济发展，老龄化进一步加剧，果园用工价格会进一步升高，这也倒逼着果园走向小型机械化管理，如利用小型粉碎机就地粉碎修剪后的枝条，堆肥利用，可以实现节本增效。

3.2 果园废弃物处置利用的方法与建议

3.2.1 堆肥转化

枝条还田可以稳定土壤温度、提高土壤含水量及改善土壤微生物群落的功能多样性，有利于土壤生态系统的稳定^[3]。枝条堆肥作为新型有机肥，本身养分释放缓慢，肥效稳定、长久，施入土壤中不仅有利于微生物的大量繁殖，增加了土壤微生物活性，促进了养分的循环，腐解过程中也产生大量的腐殖酸，进一步提高了土壤矿质养分的有效性。枝条堆肥的施用调节了根系的生长及分布，有利于果树对养分和水分的吸收，从而增加果品产量，促进了果品的优质^[4]。在有小型枝条粉碎机的前提下，堆肥转化是枝条还田利用过程中最有效的手段。利用微生物群落的发酵作用，对废弃树枝、落叶的有机物进行一定程度的氧化和分解，生产转化为有机肥料，可以加工成饲料，喂养动物。因为枯枝落叶的碳氮比为60~120:1左右，不易被微生物降解，所以虽有养分，但大多数不能直接被植物体吸收利用。同时体积庞大，有时还含有大量的病菌、虫卵和杂草种子等，影响了使用效果。如果事先采用堆腐处理，既可使其释放养分，杀死病菌、虫卵和杂草种子等，又减小体积，便于运输和使用。一般堆肥需要添加其他的氮源，如尿素、碳铵，发酵温度在70℃左右，可以杀死大部分病菌，7天后翻堆，翻堆后再经几天持续高温，堆温逐步下降，约经15天时间，原料完全腐熟，腐熟后堆肥原料变为褐色或黑褐色^[5]。

3.2.2 树行下覆盖

有研究报道，可将果树枝条木屑用杀虫剂及杀菌剂喷涂后堆放数天，然后用其覆盖于果树行内，沿树行铺盖于土壤表面，一般厚度在 10～15 cm，宽度为40～60 cm，对于杂草危害严重的树行土壤需要覆盖厚度达20 cm。木屑覆盖太薄，不利于保墒、控制杂草及虫害。木屑覆盖距离树主干约10 cm，避免木屑直接接触树干，防止分解木屑真菌侵染树干。木屑覆盖物在变薄后需要重新加盖木屑，以保持保墒及抑制杂草的效果。木屑覆盖树冠下土壤可以改善土壤结构，增强气体交换，增强水分入渗及水分保持，最终土壤含水量增大，减轻侵蚀和土壤压实，调节温度，为果树提供一些养分。接触土壤的木屑会与土壤作用逐渐分解转化，一部分会转化为土壤有机质。木屑覆盖可以抑制果园病虫害，促进有益生物活动，增加生物多样性，消除污染物^[6]。美国等果园多用树皮进行树行下覆盖，本团队前期研究未经发酵大段枝条、秸秆等直接覆盖树行下，有增加病害传染，导致树势衰弱或致病的风险。因此，建议应经初步发酵后再利用为宜，而枝条碎碎后堆积可加速发酵进程，缩短可利用的时间。

3.2.3 生物质炭

近年来，除了考虑将果树枝条直接还田利用外，部分研究者尝试果树枝条加工成生物炭利用。一般木屑慢速热裂解可获得约30%的生物质炭，而果树枝条木屑炭化后除了氮素比原材料有所下降外，其余矿物质养分大多比原材料中增高，而且生物质炭中所含顽固性碳量达70%以上。生物质炭在土壤中的作用与土壤有机质具有许多相同的功能或效果，对土壤的物理、化学性质及生物种群及活性改良有益作用是多方面的。生物质炭比未炭化有机物在土壤中保持更长久，可达数百至千年以上，可增加土壤碳汇。此外，生物质炭施用量可比常规有机肥施用量大，提高土壤有机碳的速度比常规有机肥要快，其土壤培肥效果会随着生物质炭与土壤互作时间延长而增强。生物质炭可单独施入土壤，也可配以适量肥料施用，如配合有机肥、化肥施入土壤，和肥料配施主要是解决生物质炭矿质养分含量低，有机碳含量高，施入土壤易发生与植物争夺土壤有效氮素而导致植物短期缺乏养分的问题。生物质炭的施用量变化很大，常用量可在每公顷15～45吨，取决于土壤质地、肥力与生物质炭的品质及经济成本。可撒施后翻入土壤，也可开沟条施，配合化肥可在全年任何季节施用^[7]。较常规堆肥还田及树行下覆盖等方法，将枝条转化为生物炭后对土壤培肥、稳定环境似乎更有利。然而我国现阶段果园多分布在偏远地区，果农分散经营，修剪枝条时间不固定，决定定期收集枝条、外运、加工生物炭、再利用等环节难以实现。 

3.2.4 其它方法

对于果树连片集中生产的地区，或企业投资建设几千亩的大果园可以考虑购进大型枝条粉碎机，也可以考虑发电、加工成其他板材，或生产生物能源。部分果园废弃物还可以用于发酵沼气、制作花坛栅栏、扦插育苗、食用菌培养。

结合北方地区果园立地条件及果农经济条件、文化水平等，以上果园枝条类废弃物的处置利用方法有些并不符合他们的实际条件，所以本文采取了一种操作简单、方便的方法处理果园废弃枝条。

参考文献

[1]周江涛,吕德国.有机物料覆盖对果园土壤环境的影响[J].北方果树,2013(06):1-4.

[2]赵鹏. 秸秆还田和枝条堆肥对梨园土壤性状及梨果品质的影响研究[D].南京农业大学,2015.

[3]吕三三. 苹果枝条降解对土壤及砧木根系呼吸代谢影响的研究[D].沈阳农业大学,2017.

[4]范学山,康亚龙,姜海波,伍从成,宋瑞娟,谢昶琰,董彩霞,徐阳春.连续施用枝条堆肥对梨树根系生长及分布的影响[J].果树学报,2017,34(10):1274-1285.

[5]王慧.果树枝条粉碎物快速发酵堆肥技术[J].西北园艺(果树),2016(02):42-43.

[6]何绪生,宛甜,王安柱,张永翊,蔡宇良.果树修剪枝条土肥资源化利用[J].北方园艺,2018(09):199-203.

[7]孔丝纺,姚兴成,张江勇,姚晓东,曾辉.生物质炭的特性及其应用的研究进展[J].生态环境学报,2015,24(04):716-723.