连续施用锯末腐熟肥对阿克苏苹果园土壤肥力及重金属的影响

摘 要：为实现对有机果蔬栽培的推广和农业有机废弃物的重复利用，扩大新型有机肥的应用，笔者通过分析连续4 a施用锯末腐熟肥对土壤中的全氮、有效磷、速效钾及多种重金属元素产生的影响和12项指标的相关性，发现连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤中有机质和有效磷的含量会显著增加，土壤中的全氮含量会缓慢增加，而对土壤中重金属含量没有显著影响。试验结果表明，土壤pH值与全氮含量呈极显著的负相关，与有机质含量呈显著负相关，与总砷含量呈显著正相关；总汞含量与总铬含量呈显著正相关。连续施用锯末腐熟肥不仅能有效缓解阿克苏地区苹果园土壤“氮高磷少钾富裕”的问题，还能缓解当地有机种植碱化严重的现象，为该地区实现苹果优质生产提供施肥新选项。

关键词：锯末腐熟肥；阿克苏冰糖心苹果；土壤化学性质；重金属

中图分类号 S661.1 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）5-71-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.05.015

0 引言

苹果（Malus pumila Mill.）为蔷薇科苹果属落叶乔木植物。苹果果实富含矿物质和维生素，是人们经常食用的水果之一［1-3］。新疆维吾尔自治区阿克苏地区属典型的温带大陆性气候区，光照时间长，昼夜温差大，适于苹果糖分积累。阿克苏地区种植的冰糖心苹果被誉为“果中之王”，深受国内外消费者的喜爱［4］。

锯末腐熟肥是将锯末与充分发酵的农家肥按一定比例进行混合，经堆积腐熟发酵而成的一种有机肥料［5］。锯末的主要成分是碳水化合物和含氮化合物，且碳含量在50%以上，氮含量极低，即碳氮比能达到（500～600）∶1［6］。锯末腐烂后会变成腐殖质，对栽培有很大益处［7］。锯末腐熟的速度较快，能使修枝产生的废弃枝得到有效利用，在一定程度上能降低种植户的生产成本［8］。

长期以来，阿克苏地区的苹果园面临着土壤养分分布不均衡、土壤盐碱化严重的问题，导致土壤改良和作物栽培的难度进一步加大［9］。锯末腐熟肥作为一种有机肥料，富含有机质和微生物，能有效改善土壤结构，提高土壤肥力，对促进作物生长和提高农产品品质具有十分重要的意义。笔者通过分析连续4 a施用锯末腐熟肥对阿克苏地区土壤化学性质及土壤N、P、K含量的影响，研究锯末腐熟肥如何对土壤中N、P、K含量产生影响，并据此来调整施肥策略，使土壤中的养分分布更均衡，从而更适合农作物生长。同时，分析锯末腐熟肥对土壤中重金属元素含量的影响，确保施肥过程不会引入新的污染源，保证农产品的安全性。通过上述试验研究，为阿克苏地区有机种植技术的应用与推广提供科学依据和技术支持，以期推动当地农业生产实现可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概述

阿克苏地区红旗坡农场（东经80.282°、北纬41.351°）位于塔里木盆地西北部，属典型的暖温带大陆性气候区。该地年平均太阳总辐射量为135 kcal/m2，年日照时数为 2 855～2967 h，无霜期为205～219 d，年平均气温为10 ℃。

1.2 试验材料

供试苹果品种为长富2号（15 a树龄），株行距为4 m×5 m，小冠疏层形种植。供试肥料为锯末腐熟肥，制作过程如下：将充分暴晒发酵后的畜禽粪与粉碎后的废枝按2∶1的质量比混匀，并加入3% 左右的发酵菌剂，好氧堆肥发酵，进行二次发酵。该肥料的含水率为 50%～60%，有机质含量为450 g/kg。

1.3 试验设计

共设5个试验小区，每小区面积为667 m2，各小区随机排列，每个小区的施肥量均为2 000 kg。小区南北向用田埂隔开，并设有保护林带，田间管理方式参照当地管理方式。试验期为4 a，每年均按相同方法和用量来施肥，并用小型旋耕机将锯末腐熟肥与耕层土壤（0～40 cm）充分混匀后施入。收获后不再种植其他作物，且不采用林下种植方式。以2019年施用锯末腐熟肥的相关数据为对照。

1.4 样品采集

连续4 a在采收果实后（11月25日）用“S”形采样法来获取土样，每个小区取5个样点，每个样点取0～40 cm混合土样，并将各小区采集到的5份土样混合为1份土壤样品，共计20份样品。土样在经自然风干、研磨后过100目筛，并装入密封袋中保存，且采集后直接测出所需数据。

1.5 测定方法

用酸度计来测定土壤pH值，用容量法来测定土壤全氮含量和阳离子交换量，用分光光度计法来测定有效磷含量，用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法来测定有机质含量，用电感耦合等离子体原子发射光谱法来测定速效钾含量，用原子吸收光谱法来测定土壤中的总镉、总铅、总铬、总铜含量（先用硝酸来消解土壤样品，再将重金属元素转化为可溶态，并用相应的仪器分析法来测定），用原子荧光光谱法来测定土壤中的总汞、总砷含量。

1.6 数据分析

用WPS Office 2023对所有数据、图表进行处理，并用DPS数据处理系统LSD法来进行统计及差异显著性分析。其中，P<0.05时差异显著，P<0.01时差异极显著。

2 结果与分析

2.1 锯末腐熟肥连续施用对土壤化学性质的影响

连续施用锯末腐熟肥对土壤有机质含量的影响如图1所示。由图1可知，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤有机质含量总体呈上升趋势。连续施用2 a锯末腐熟肥后的土壤有机质含量减少1.79 %；施用1 a和连续施用2 a锯末腐熟肥后的土壤有机质含量基本没有差异，都在5.9 g/kg左右。连续施用3 a锯末腐熟肥后，土壤有机质含量有所增加，但没有显著差异。连续施用4 a锯末腐熟肥后，土壤有机质含量比前3年的含量增加显著，较施用1 a锯末腐熟肥后的有机质含量增加了104.36 %，较连续施用3 a锯末腐熟肥后的有机质含量增加了42.97 %。

连续施用锯末腐熟肥对土壤pH值的影响如图2所示。由图2可知，连续施用锯末腐熟肥后，土壤pH值呈下降趋势，但连续4 a施用锯末腐熟肥对土壤pH值没有显著影响，土壤均呈弱碱性。施用1 a锯末腐熟肥的土壤pH值和连续施用2 a锯末腐熟肥的土壤pH值都在7.8左右，但在连续施用锯末腐熟肥的第3年和第4年，土壤pH值均较上年减少0.1。

连续施用锯末腐熟肥对土壤阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）的影响如图3所示。由图3可知，在连续施用锯末腐熟肥后，土壤阳离子交换量呈先增加后减少再增加的趋势，连续施用锯末腐熟肥的第3年和第4年，土壤阳离子交换量均在4 cmol（+）/kg左右。

连续施用锯末腐熟肥对土壤全氮含量的影响如图4所示。由图4可知，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤全氮含量并未出现显著差异。尽管土壤全氮含量呈增长趋势，但增长量却可以忽略不计。

连续施用锯末腐熟肥后的土壤有效磷含量如图5所示。由图5可知，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤有效磷含量一直在增加。与只施用了1 a锯末腐熟肥相比，连续施用2 a锯末腐熟肥后，土壤有效磷含量显著增加，较前一年增加148.76%。连续施用锯末腐熟肥的第3年和第4年，土壤有效磷含量较第2年的增长虽不显著，但却在缓慢增长，分别较第2年增加了10%和22.83%，且第4年较第3年增长了11.67%。由此可推测出，施用锯末腐熟肥可使土壤中有效磷含量以每年10%的比例在增加。

连续施用锯末腐熟肥后的土壤速效钾含量如图6所示。由图6可知，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤中的速效钾含量没有显著差异（均在105 mg/kg左右），这说明施用锯末腐熟肥对土壤中的速效钾含量基本没有影响。

2.2 锯末腐熟肥连续施用对土壤中重金属含量的影响

连续施用锯末腐熟肥对土壤中重金属含量的影响见表1。由表1可知，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤中的总镉、总铅含量均呈先增加再降低再增加的趋势，且不同年份土壤中的总镉、总铅含量没有显著变化；土壤中的总汞、总铬含量均呈先降低再增加再降低的趋势，且不同年份土壤中的总汞、总铬含量没有显著变化；土壤中的总砷含量一直下降，但不同年份土壤中的总砷含量变化不显著，只减少了0.1 mg/kg；土壤中的总铜含量呈先增加后降低的趋势，且不同年份的土壤中总铜含量无显著差异。由此可知，连续施用锯末腐熟肥对土壤中重金属含量的影响不显著。

2.3 锯末腐熟肥连续施用对土壤中重金属含量和土壤化学性质的相关性

连续施用锯末腐熟肥后，土壤中重金属含量和化学性质的相关性分析见表2。由表2可知，土壤中的总镉、总铅、总铜、阳离子交换量、有效磷及速效钾与其他指标有一定相关性，但均未达到显著水平，表明这些指标相对较为独立，受其他指标的影响较小。其中，土壤pH值与全氮含量呈极显著负相关，与有机质呈显著负相关，与总砷呈显著正相关；总汞含量与总铬含量呈显著正相关；总砷与全氮含量呈显著负相关。由此可知，土壤pH值对土壤影响很大，不仅能影响土壤中总砷含量，还能影响土壤有机质和全氮含量。

3 讨论

3.1 连续施用锯末腐熟肥对土壤肥力的影响

有机肥富含多种矿物质营养元素及活性物质，能有效提高土壤中有机质和基础养分的含量，改善土壤结构，增强土壤保肥、供应养分的能力［10-12］。畜禽粪便作为有机肥的重要来源之一，对提高土壤有机质含量、农产品品质具有显著作用［13］。郭慧婷等［14］研究发现，在碱性土壤中（pH值>7），粪肥对土壤pH值的降幅比生物有机肥高约3.60倍。有机肥中所含的腐殖酸、富里酸等会与土壤中的碱性物质发生反应，能起到一定的酸化作用［15］。邓继宝［16］研究发现，施用腐熟的鸡粪能有效降低菜园土壤pH值。而笔者研究发现，连续施用锯末腐熟肥对土壤pH值没有显著影响，但在连续施用的第3年和第4年，土壤pH值持续降低。阿克苏地区土壤盐碱化严重，施用锯末腐熟肥能缓解土壤盐碱化问题。这是因为锯末呈酸性［17］，能有效中和土壤碱性。

氮是苹果生长所必需的营养元素之一，但过量氮素会导致苹果树生长过旺，影响苹果产量和品质。研究发现，连续4 a施用锯末腐熟肥后，土壤中全氮量只是在缓慢增加。这可能与锯末腐熟肥的发酵方法有关，研究发现，在鸡粪堆肥发酵过程中，氮素会损失严重［18］。这种发酵方式不仅能确保农家肥充分发酵，还能在发酵过程中逐步释放氮元素，能有效减少施肥时氮元素的添加量，避免土壤中氮元素的进一步积累，提高果实的产量和品质。邓仁菊等［19］研究发现，施用有机肥能显著增加土壤中有效磷的含量。张建军等［20］研究发现，长期施用有机肥能使土壤中的速效磷富集在0～20 cm土层，且锯末腐熟后含有较高的磷元素［21］，这与该研究的研究结果相似。

3.2 连续施用锯末腐熟肥对土壤中重金属含量的影响

重金属污染具有不易察觉、长期累积和难以逆转的特性，会对生态系统造成严重威胁［22］。目前，市场上广泛使用的畜禽粪肥往往未经充分腐熟和消毒处理，连续施用畜禽粪肥可能会导致土壤中重金属的累积［23］。这些重金属通过食物链进入人体后，将严重危害人体健康。因此，必须要严格控制畜禽粪肥的施用，以确保其安全性和环保性。李杰等［24］在15 a长期有机种植试验中发现，土壤中重金属 Cd 的积累速度最快，若仍只施用大量干鸡粪，5 a后土壤中Cd的生态危害将达到轻微生态水平。在畜禽生长发育和繁殖过程中，饲料中会加入Cu、Cd、Cr、Pb等重金属元素，但畜禽对饲料中重金属元素的吸收率极低，绝大部分重金属元素会随畜禽粪便排出体外［25］。畜禽对无机Cd的吸收率仅为 1%～3%［26］，且只有极少部分的Cu会在畜禽体内被消化和吸收，大部分会被排出体外，从而造成畜禽粪便中重金属含量比饲料要高出数倍［27］。在水稻田和赤红壤中施入含Cu、As的鸡粪和猪粪，土壤中有效态Cu、As的含量会在一定程度上增加［28］。该研究所使用的锯末腐熟肥是将锯末掺入畜禽农家肥中，所以也含有未被吸收的重金属元素，这与连续4 a施用锯末腐熟肥时重金属含量都有一定增加的结果一致。虽然连续施加锯末腐熟肥会使土壤中重金属（Cu、As、Pb、Cr、Hg）含量有所增加，但并未出现超标的现象，也未对土壤安全产生影响。