葡萄氮素吸收利用與累積年周期變化規律

馬文娟,同延安,高義民

(西北農林科技大學資源環境學院,陜西楊凌712100)

葡萄是一種外觀與風味俱佳、營養豐富的果品。目前世界葡萄栽培面積732.6×104hm2,年產量6653×104t(FAO統計資料);據中國農業統計年鑒數據顯示,2007年我國葡萄種植面積和產量已達54.5×104hm2和669.7×104t。盡管我國葡萄生產發展迅速,但同世界主要的葡萄生產國相比,我國在葡萄生產方面存在的問題較多,如管理的粗放性、施肥的盲目性、葡萄品質普遍不高等。

大量研究[1-3]表明,科學施肥是葡萄樹體正常生長及生產優質果實的基礎[4]。葡萄的施肥應按照其生長發育規律,進行平衡施肥或配方施肥。目前針對施肥的研究多集中在施肥比例和施肥數量及其對產量和品質的影響方面[5-6],對葡萄不同發育階段和年周期需肥規律研究較少。本文試圖通過對紅地球葡萄生育期內不同器官氮含量和累積動態進行定量研究,初步確定紅地球葡萄對氮素的吸收和利用規律,以期為葡萄樹合理施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

葡萄試驗設在陜西扶風縣揉谷鄉新集村,位于暖溫帶半濕潤偏旱氣候區,年降水量550～650 mm。供試品種為7年樹齡的紅地球,栽植密度1 m×2.5 m,果園土壤為土 ,一年灌溉一次,由于果農的精細管理,全園果樹長勢較一致。試驗前取該葡萄園基礎土樣(0—40 cm),測得全氮1.05 g/kg、速效磷17.8 mg/kg、速效鉀為145 mg/kg,有機質9.9 g/kg。上年果實采收后按農民習慣施肥,每株基施純氮、磷、鉀的量分別為 0 .12、0.05、0.06 kg,施入深度為40 cm,施肥方式穴施;開花前7 d每株追施純氮0.06 kg,全園管理方式相同。試驗前在園中選取18株葡萄樹掛牌標記,作為試材;選取原則為地面到枝條分叉處高度最相近,主干粗度相同,剪枝后留枝條數及粗度相同,無病蟲害、結果正常的葡萄樹。

1.2 研究方法

本試驗于2006年進行。每次在18株標記試材中選擇三株長勢基本一致的葡萄樹,作為3次重復。取樣時間分別為萌芽期(3月30日)、新梢旺長期(5月10日)、幼果期(6月30日)、果實膨大期(8月20日)、果實成熟期(9月30日)及果樹休眠期(11月30日)。每次采樣方法相同,即按果實、葉片、新梢、枝條(指除新梢外的其他老枝)、主干和根系解析;根系收集距主干半徑50 cm范圍內,深0～100 cm的坑中的所有根;稱量各器官總鮮重,用不銹鋼刀分離枝條、主干及根系的皮層和木質部。植株樣品剪碎,在100～105℃度下殺酶 15 min,然后在70～80℃烘干至恒重。樣品粉碎后,用濃H2SO4-H2O2消解,Tector 5020流動注射分析儀測定氮含量。氮累積量(kg/hm2)=氮含量(g/kg)×植株數器官干重(kg/plant)×種植密度(plant/hm2)。

文中數據為3株樹的平均值。數據采用EXCEL和DPS軟件處理分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄樹生物量與氮累積年周期變化

大量研究表明,不同時期生物量變化與養分狀況有密切的關系[7]。由圖1生物量變化曲線看出,主要生長期內葡萄樹生物量凈增加12369 kg/hm2,其中地上部增加了 10539 kg/hm2,占總增加量的85.2%;從萌芽期(3月30日)到新梢旺長期(5月10日),整株生物量累積從5391 kg/hm2增加到5779 kg/hm2,增加7.2%;新梢旺長期至果實膨大期(8月20日),生物量增加到15500 kg/hm2,凈增加量9722 kg/hm2,占總增加量的78.6%。葡萄成熟期(9月30日),整株生物量累積達到峰值21233 kg/hm2。果實成熟期之后,由于果實的采收、落葉及越冬前對葡萄進行冬剪,整株生物量呈下降趨勢。地上部生物量與整株生物量的變化規律相似。

與地上部生長量相比,根系生物量年周期內變化不大,但總體呈緩慢增加趨勢,年周期內根系生物量增加1830 kg/hm2。劉俊等[8]對龍眼葡萄根系分布情況進行了研究,其結果表明,定植后3年內,根系生長速度較快;以后進入結果期,生長速度逐漸變緩。另有研究證明,果樹局部自疏與更新貫穿于整個生命周期,吸收根的死亡與更新在生命的初始階段就已發生,隨之須根和低級次根也發生更新現象[9]。王建[10]研究了10年生獼猴桃樹,同樣發現根系年生長量較小,總量維持在一個平衡狀態,休眠期舊的根系會有較多脫落。

圖1 葡萄樹生物量與氮累積年周期變化Fig.1 Annual changes of biomass and N accumulation in grape tree

葡萄樹氮累積年周期變化與生物量累積趨勢相似。隨生育期的延長,氮累積量逐漸增加。從萌芽期到新梢旺長期,整株氮累積量從30.3 kg/hm2增加到31.1kg/hm2;新稍旺長期以后,由于展葉、春梢萌發及果樹開花,氮累積量迅速增加,成熟期達到累積峰值,為128 kg/hm2。成熟期以后,由于葡萄果實的采收、落葉及冬季修剪枝條攜走大部分氮素,使氮累積量大幅下降,到休眠期(11月 30日)降到 60.1 kg/hm2。

地上部氮素累積與整株累積相似。根系氮累積年周期內呈先降低后增加的趨勢。萌芽期開始,根系貯存的氮素供應葡萄植株地上部器官建造,根系累積量下降;到幼果期(6月30日)累積量最低,為12.98 kg/hm2。幼果期以后累積量開始增加,到休眠期(11月30日)累積量達到22.87 kg/hm2,增加量為9.89 kg/hm2。年周期內根系氮累積總量為 2.64 kg/hm2。

2.2 葡萄樹體不同器官氮含量與累積的變化

2.2.1 葡萄樹新生器官氮含量與累積量 葡萄樹新生器官(果實、葉片和新梢)中氮含量與氮累積變化見表1。葉片中氮含量隨葉齡增加而降低,可能是隨葉片生長氮素被稀釋。新稍旺長期(5月10日)到幼果期(6月30日),葉片氮含量由30.17 g/kg降到22.37 g/kg,降低26%,達到顯著差異水平;幼果期(6月30日)以后,葉片氮含量持續降低,到果實膨大期(8月20日)葉片氮含量降為20.04 g/kg,至成熟期(9月30日),氮含量降低5.16 g/kg,降低幅度25.7%。這與秦嗣軍等[11]研究結果相似,即葡萄葉氮含量在生長期內趨于下降,落葉前降到最低值。孫權[12]認為,葡萄由營養生長轉入生殖生長,葉片氮含量下降。年周期內果實中氮含量總趨勢表現為前期高后期低;幼果期到果實膨大期,果實氮含量由12.23 g/kg降為7.94 g/kg,降低幅度35%;到成熟期,果實氮含量降至6.63 g/kg。新梢中氮含量也呈下降趨勢,幼果期到果實膨大期,新梢氮含量降低了16%;成熟期至休眠期,氮含量降為3.76 kg/hm2,下降幅度9%。新生器官中氮累積量隨果樹生長而不斷增加,葡萄樹年周期不同生育階段以葉片氮累積量較多,年周期內葉片氮累積量為35.09 kg/hm2,其中有兩個快速增長階段,即新梢旺長期和花期,氮累積量分別增加了17.88 kg/hm2和11.37 kg/hm2;占總累積量的51%和32.4%。年周期內果實氮累積量為32.27 kg/hm2,幼果期(6月30日)到果實膨大期(8月20日)累積幅度最大,累積量為14.12 kg/hm2,占總累積量的44%,其余56%的氮素在果實膨大期至成熟期吸收;收獲期新梢氮累積量最高,為28.11 kg/hm2,秋季修剪枝條帶走氮素5.11 kg/hm2,最終新梢氮累積量為23 kg/hm2。

表1 葉片、果實及新梢中氮含量與累積的變化Table 1 N content and accumulation in leaves,fruits and shoots of grape tree

2.2.2 不同器官氮含量年周期變化 全生育期內葡萄樹不同器官中氮含量可分三個階段(見圖2)。第一階段:萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),枝條、主干、根系中氮含量呈下降趨勢,枝條、主干及根系氮含量降低幅度分別為27.6%、32.9%、41%,說明此段物候期內枝條、主干、根系吸收補充的氮素量小于向外輸出,而且根系輸出的氮素大于主干和枝條的。第二階段:幼果期(6月30日)到果實膨大期(8月20日),枝條與主干中氮含量均有所增加,增加幅度分別為14.6%、17.7%,根系氮含量繼續降低。第三階段:果實膨大期(8月20日)到休眠期(11月30日),枝條與主干的氮含量下降,分別降低了0.41 g/kg和1.17 g/kg;根系氮含量開始增加,增加量為2.41 g/kg。年周期內氮含量順序為根系＞枝條＞主干。

圖2 葡萄樹不同器官中氮含量周年變化Fig.2 Annual changes of N content in different organs of grape tree

2.2.3 不同器官氮累積年周期變化 生育期內枝條、主干、根系的氮累積量變化如表2,可以看出,枝條與主干氮累積量隨著生育期的延長而增加,雖然生育期內氮含量呈降低趨勢,但生物量不斷增加,故累積量亦增加,枝條與主干年吸氮量分別為2.57 kg/hm2和1.56 kg/hm2;根系氮累積量生育期內表現為先降低再升高的趨勢。萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),根系氮累積量從20.23 kg/hm2降為12.98 kg/hm2,降低了35.8%;幼果期以后根系氮累積量開始增加;果實膨大期至成熟期(8月20日到 9月 30日),根系氮累積量增加 5.65 kg/hm2,增加幅度最大,為 40%;到休眠期(11月30日),根系氮累積量達到22.87 kg/hm2,年周期根系凈吸氮量為2.64 kg/hm2。

表2 葡萄樹不同器官氮累積變化(kg/hm2)Table 2 N accumulation in different organs of grape tree

2.2.4 不同器官皮層與木質部的氮含量 由圖3可知,葡萄樹枝條、主干和根系皮層(左)與木質部(右)中氮含量的動態變化,枝條與主干皮層氮含量均在萌芽期最高,以后隨著生育期的延長而逐漸降低,枝條皮層氮含量在花前與果實采收后下降幅度較大,分別降低了28.5%和41.6%;主干皮層氮含量在花期降幅較大,由 4.89 g/kg降為4.17 g/kg,降低了14.7%;根系皮層氮含量從萌芽期的8.94 g/kg降低至果實膨大期(8月20日)的4.83 g/kg,降低幅度為46%,此后根系皮層氮含量呈增加趨勢,到休眠期(11月30日)達到5.65 g/kg。生育期內根系皮層氮含量為根系＞枝條＞主干。

圖3 葡萄樹不同器官皮層與木質部氮含量動態變化Fig.3 Dynamic changes of N content in cortex and xylem of grape tree

葡萄樹主干木質部氮含量整個生育期內呈逐漸降低的趨勢;枝條木質部氮含量前期稍有升高后期降低;根系木質部含量變化與枝條相反。根系木質部氮含量由萌芽期的4.58 g/kg降至幼果期(6月30日)的2.27 g/kg,降幅 50.4%,幼果期后,氮含量開始增加,休眠期(11月30日)氮含量達到2.83 g/kg。主干氮含量生育期內變化范圍為2.67～1.54 g/kg;萌芽期到果實膨大期(3月30日到8月20日),枝條木質部氮含量由2.07 g/kg增加至2.8 g/kg,增加35%,果實膨大期以后開始降低,到休眠期降為1.47 g/kg。

從圖3還可看出,葡萄樹各器官皮層氮含量在不同生育階段均高于對應器官木質部氮含量。

2.3 不同器官氮素貯存變化

由表3可知,7年生紅地球葡萄樹生育期內(葡萄產量18 t/hm2)果實與葉片年帶走65.36 kg/hm2的氮。新梢最終吸氮量為23 kg/hm2,修剪帶走5.11 kg/hm2;而枝條、主干、根系年吸氮量則分別為2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2;葡萄樹休眠期(11月30日)植株氮累積量為60.1 kg/hm2,不包括果實與葉片帶走的氮素,以及修剪枝條帶走的那一部分,事實上將葡萄植株各器官吸氮量累加可知,年周期內葡萄樹從土壤中吸收氮素總量為97.13 kg/hm2。新梢旺長期和果實膨大期吸收量顯著,分別吸收氮素38 kg/hm2和29.6 kg/hm2,占吸收總量的39%和30.5%。

表3 葡萄樹各器官氮累積量變化(kg/hm2)Table 3 N accumulation in different organs of grape tree

本研究表明,每生產1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg。張志勇[13]對釀酒葡萄“赤霞珠”養分累積動態進行研究后認為,每生產1000 kg赤霞珠葡萄需要氮素量為5.95 kg。因此,建議在花期之前即新梢旺長期(這時花芽正繼續分化,新梢即將開始旺盛生長,需要大量氮素養分)和落花后果實膨大期(這次追肥不但能促進幼果膨大,而且有利于花芽分化,這一階段是葡萄生長的旺盛期,也是決定第二年產量的關鍵時期)補施氮肥。

3 討論

植物生長發育過程中要連續不斷地從外界吸收養分,以滿足生命活動的需要,但各生育期需肥特點卻有所差異,因此肥料在不同時期施用,其所產生的效果不同,其中某一時期施肥的效果最好,這個時期即為植物營養的最大效率期。本試驗葡萄樹新梢旺長期和果實膨大期吸氮量大,分別吸收氮素38 kg/hm2和 29.6 kg/hm2,占吸收總量的 39%和30.5%,因此葡萄樹氮素營養的最大效率期在新梢旺長期到果實膨大期。

生長季節內葡萄樹從土壤中吸收氮素總量為97.13 kg/hm2,其中果實與葉片年攜走氮65.36 kg/hm2,新梢最終吸氮量為23 kg/hm2,而枝、主干、根系年吸氮量則分別為2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2。本研究結果表明,每形成1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg,低于張志勇等[13]對“赤霞珠”的研究結果5.95 kg和秦嗣軍[11]對12年生雙優山葡萄的研究結果8.44 kg,但高于葡萄研究協作網[14]對6年生巨峰的研究結果3.91 kg。按照果樹合理施肥量=(果樹吸收量-土壤供應量)/肥料利用率,土壤供應量按吸收量的1/3計,肥料利用率為50%[15],本研究推薦合理施氮量為129.5 kg/hm2(產量18 t/hm2),其中秋季果實采收后基施 39.4 kg/hm2,新梢旺長期和漿果膨大期分別施50.7 kg/hm2和 39.4 kg/hm2。

合理的養分施用量,不僅可以提高產量,還能有效提高肥料利用率。不同地區由于土壤、氣候、品種等條件的差異,其適宜的肥料用量、配比也不同。因此,葡萄生產中,要根據葡萄品種、樹齡和土壤條件等多種因素制定施肥方案。

[1] 李建和,劉淑欣,陳克文,林允欽.氮鉀營養與葡萄植株生長、產量及品質的關系[J].福建農業大學學報,1995,24(1):58-62.Li J H,Liu S X,Chen K W,Lin Y Q.Relationship betweennitrogen and potassiumnutrition and the yield,quality and growthof grape[J].J.Fujian Agric.Univ,1995,24(1):58-62

[2] 周顯驥.巨峰葡萄施氮技術研究[J].湖南農業大學學報,1999,25(3):187-190.Zhou X J.Studies on application of nitrogen to Jufeng Grape[J].J.Hunan Agric.Univ.,1999,25(3):187-190.

[3] 謝海霞,陳冰,文啟凱,廖康.氮、磷、鉀肥對“全球紅葡萄”產量與品質的影響[J].北方園藝,2005,(4):73-74.Xie H X,Chen B,Wen Q K,Liao K.Effect of NPK fertilizer on yield and quality of Red Globe Grape[J].North Hort.,2005,(4):73-74.

[4] 蔣萬峰,崔永峰,張衛東,等.無核白葡萄葉內礦質元素含量年生長季內的變化[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2005,23(8):91-95.Jiang W F,Cui Y F,Zhang W D et al.Annual changes of mineral elements in foliar of Thompsons seedless[J].J.Northwest Sci-Tech Univ.Agri.For.(Nat.Sci.Ed.),2005,23(8):91-95.

[5] 杜會英,薛世川,孫忠富.不同用量腐殖酸復合肥對葡萄葉片養分累積及其生理指標的影響[J].中國生態農業學報,2007,15(1):49-51.Du H Y,Xue S C,Sun Z F.Effects of different application rates of humic acid compound fertilizer on leave nutrient accumulation and physiological mechanism of grape[J].Chin.J.Eco-Agric.,2007,15(1):49-51.

[6] 劉新兵.氮、磷、鉀肥不同配比在無核白葡萄上的應用[M].新疆農墾科技,2007,(4):61-62.Liu X B.The application of NPK fertilizer on Thompsons seedless[M].Xinjiang Agric.Recl.Techn.,2007,(4):61-62.

[7] 薛進軍,楊青琴,王秀茹,等.鐵及其他礦質元素在蘋果樹不同器官中的分布[J].廣西農業生物科學,2003,22(1):16-20.Xue J J,Yang Q Q,Wang X R et al.Distribution of iron and other mineral elements in different organs of apple tree[J].J.Guangxi A-gric.Biol.Sci.,2003,22(1):16-20.

[8] 劉俊,劉崇懷.龍眼葡萄棚架栽培條件下的根系分布[J].果樹學報,2006,23(3):379-383.Liu J,Liu C H.Studies on the root distribution of Longyan grape cultivar in pergola training system[J].J.Fruit Sci.,2006,23(3):379-383.

[9] 武維華.植物生理學[M].北京:科學出版社,2003.Wu W H.Plant physiology[M].Beijing:Science Press,2003.

[10] 王建,同延安.獼猴桃樹對氮素吸收、利用和貯存的定量研究[J].植物營養與肥料學報,2008,14(6):1170-1177.Wang J,Tong Y A.Study on absorption,utilization and storage of nitrogen of kiwifruit tree[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2008,14(6):1170-1177.

[11] 秦嗣軍,王銘,郭太君,等.雙優山葡萄葉柄內礦質營養動態變化的研究[J].吉林農業大學學報,2001,23(4):47-50.Qin S J,Wang M,Guo T J et al.The research on the dynamic variations of the mineral elements in the leafstalks of Shuangyou Vitis amurensis Rupr[J].J.Jilin Agric.Univ.,2001,23(4):47-50.

[12] 孫權,王靜芳,王素芳,等.不同施肥深度對釀酒葡萄葉片養分和產量及品質的影響[J].果樹學報,2007,24(4):455-459.Sun Q,Wang J F,Wang S F et al.Influence of fertilization depth on NPK content in leaves,yield and fruit quality of grapevine[J].J.Fruit Sci.,2007,24(4):455-459.

[13] 張志勇,馬文奇.釀酒葡萄“赤霞珠”養分累積動態及養分需求量的研究[J].園藝學報,2006,33(3):466-470.Zhang Z Y,Ma W Q.Studies on the requirement and accumulative trend of nutrients in wine grape“Cabernet Sauvignon” [J].Acta Hort.Sin.,2006,33(3):466-470.

[14] 葡萄研究協作網.葡萄營養特性與施肥技術研究[J].遼寧農業科學,1993,(5):4-8.The Web of Investigation and Cooperation of Grape.Studies on nutrition characteristics and fertilization technique of grape[J].Liaoning Agric.Sci.,1993,(5):4-8.

[15] 姜遠茂,張宏彥,張福鎖.北方落葉果樹養分資源綜合管理理論與實踐[M].北京:中國農業大學出版社,2007.Jiang Y M,Zhang H Y,Zhang F S.Concepts&practice of integrate nutrient resource management in northern deciduous fruit[M].Beijing:China Agricultural Press,2007.