施氮時期對葡萄不同生育期葉片及果實(shí)礦質(zhì)元素含量的影響

馬宗桓，吳茂東，李彥彪，毛 娟，王 海，郭艷蘭，李 強(qiáng)，陳佰鴻*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000)

【研究意義】礦質(zhì)元素對果樹的生理代謝和果實(shí)的營養(yǎng)品質(zhì)起著非常重要的作用，無論是大量元素還是微量元素的缺失或過多都將影響果樹生長發(fā)育、品質(zhì)的改善與產(chǎn)量的提高[1]。N是葡萄生長最主要的礦質(zhì)元素之一，不同時期施入氮肥對葡萄的生長和葉片糖代謝具有顯著的影響[2]。合理施氮肥能夠促進(jìn)營養(yǎng)生長、延緩衰老及提高光合效能，對果實(shí)品質(zhì)改善和產(chǎn)量增加具有積極意義[3]。P在植物中與蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分裂與生長關(guān)系密切，同時參與光合磷酸化和碳同化，豐富的磷元素不僅可促進(jìn)根系的生長，提高其吸收能力，還可促進(jìn)根系對氮素的吸收[4]。無核白葡萄隨著樹體生長期的進(jìn)行葉片和葉柄中P的含量有增加趨勢，且葉柄明顯高于葉片[5]。鉀不僅能夠促進(jìn)果樹的生長發(fā)育，在開花結(jié)果過程中更是起著至關(guān)重要的作用，如促進(jìn)果實(shí)生長發(fā)育、提高果實(shí)產(chǎn)量、改善果品品質(zhì)、增加樹體抗性等，在葡萄上的研究表明，鉀肥能夠增加糖酸比、促進(jìn)漿果上色和芳香物質(zhì)的形成，還可以影響釀酒葡萄的出酒率及葡萄酒的酸度[6]。葡萄對于一些元素的含量非常低，由于其專一性強(qiáng)，缺乏或者過量都對植物生長發(fā)育有不利影響，是植物生長發(fā)育必不可少的元素，比如Fe、Mn、B、Zn、Cu等[7]。在葡萄中對這些元素的吸收利用規(guī)律也進(jìn)行了一些研究，B、Zn能夠增加‘巨峰’葡萄的單果重和產(chǎn)量，而且可使果品的質(zhì)量也大大提高[8]。對‘藤稔’、‘巨峰’、‘京亞’、‘雙味早紅堤’、‘紅高’、‘黑香蕉’、‘京秀’、‘87-1’、‘湯姆遜’、‘金星無核’、‘矢富羅莎’、‘維多利亞’等12個品種中Fe含量測定發(fā)現(xiàn)，‘藤稔’中Fe含量最高，‘巨峰’次之，‘維多利亞’Fe含量最低[9]。【前人研究進(jìn)展】目前，葡萄對礦質(zhì)元素吸收利用的研究較為廣泛，在不同的生長發(fā)育關(guān)鍵時期樹體各個器官需求差異使之對不同的營養(yǎng)元素的吸收量具有差異性。N主要在葡萄生長發(fā)育前期吸收，而K主要參與調(diào)控果實(shí)的營養(yǎng)水平[10]。葡萄葉片對于N、K、Zn、Cu的積累主要在萌芽至坐果期，P也主要在春季吸收利用，Ca、Mg、Fe、B和Mn在葡萄整個生育期的積累基本一致[11-13]。從前人的研究來看，葡萄對各種礦質(zhì)元素的吸收和利用特點(diǎn)開展了大量的研究，但營養(yǎng)元素之間往往存在協(xié)同和拮抗的關(guān)系，從而對各種礦質(zhì)元素的吸收、植物體內(nèi)的移動性等產(chǎn)生影響，使得在各功能部位的分配量不一致，最終對果實(shí)品質(zhì)形成產(chǎn)生影響。【本研究切入點(diǎn)】在河西走廊釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)，氮肥的不規(guī)范施用嚴(yán)重影響了釀酒葡萄的品質(zhì)，基于此，課題組在前期研究中，確定了河西走廊釀酒葡萄的適宜施氮量為300 kg·hm-2。本研究擬以該區(qū)適宜的施氮量為標(biāo)準(zhǔn)，研究施氮時期對釀酒葡萄葉片及果實(shí)中礦質(zhì)元素含量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】以期明確以氮素調(diào)控為中心的釀酒葡萄葉片及果實(shí)礦質(zhì)元素的吸收規(guī)律，為該區(qū)釀酒葡萄樹體營養(yǎng)及果實(shí)品質(zhì)改善提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2016—2017年在武威市林業(yè)科學(xué)研究院釀酒葡萄基地進(jìn)行，連續(xù)2年在試驗(yàn)區(qū)按照試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行水肥管理，2018年分別在花后20 d(DAF20)、花后60 d(DAF60)及花后110 d(DAF110)取樣。試驗(yàn)基地土壤為中性到弱堿性的礫質(zhì)沙壤土，土層深厚，透氣好，年降雨量191 mm，蒸發(fā)量2130.8 mm，年平均日照時數(shù)為2724.8 h，≥10 ℃的有效積溫在2800～320 ℃，年平均溫度6.9 ℃，氣候涼爽，無霜期160 d，生產(chǎn)期光照充足，晝夜溫差大。土壤有機(jī)質(zhì)為0.62%，pH 7.8，速效氮0.9 g·kg-1，速效磷22 mg·kg-1，速效鉀123 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)所用材料為5年生釀酒葡萄‘黑比諾’(VitisviniferaL.cvs Pinot Noir)，單籬架，樹形為多主蔓扇形，株行距為1 m×3 m。每株葡萄留5個主蔓，在新梢生長至1 m左右時摘心，及時疏除果穗以下的副梢，頂端2個副梢留4葉摘心，其他副梢均單葉摘心。采用滴管灌溉，尿素隨水施入，葡萄植株兩側(cè)開溝分別施入過磷酸鈣750 kg·hm-2，硫酸鉀825 kg·hm-2，過磷酸鈣在出土后第1次灌水前施入，硫酸鉀在果實(shí)轉(zhuǎn)色期施入。滴灌帶為大禹節(jié)水有限公司生產(chǎn)，壁厚0.2 mm，滴孔間距30 cm，單孔出水量3 L·h-1，灌水量及時間參照“武威莫高釀造葡萄滴灌配水定額表”進(jìn)行，在試驗(yàn)中根據(jù)實(shí)際情況有所調(diào)整。試驗(yàn)共設(shè)置12個小區(qū)，每小區(qū)為1個處理，設(shè)置3個生物學(xué)重復(fù)，各處理隨機(jī)分布。小區(qū)長80 m，寬3 m，面積為240 m2，每個小區(qū)定植80株葡萄。‘黑比諾’葡萄在該地區(qū)的主要物候期見表1。

不同生育期施入等量氮肥，尿素分別在萌芽前(S1，4月25日)、新梢旺長期(S2，5月15日)、開花期(S3，6月5日)和轉(zhuǎn)色前(S4，8月5日)一次性施入300 kg·hm-2。每個處理每次選擇9株生長狀況基本一致的葡萄進(jìn)行取樣，每3株為一個重復(fù)，取樣時期分別為花后20 d(DAF20)、花后60 d(DAF60)和花后110 d(DAF110)，每株剪取1個結(jié)果枝，將葉片和果實(shí)分離后保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 樣品前處理 稱取不同組織樣品鮮重，然后樣品按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，在105 ℃下殺青30 min，隨后在80 ℃下烘干，稱干重，再用不銹鋼電磨粉碎后過0.25 mm目篩，將過篩樣品上球磨儀進(jìn)行球磨，裝袋備用。

1.3.2 測定方法 樣品中各元素測定參考中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2017—2011和GB/T 13 885—2017并作修改。具體方法為稱取均勻植物樣品0.5 g(精確到0.000 1 g)于150 mL細(xì)口三角瓶中，加1 mL去離子水潤濕，再加5 mL濃硫酸，搖勻，靜置6 h后在三角瓶中加入4 mL過氧化氫，待瓶中激烈反應(yīng)結(jié)束后將其置于消煮爐上加熱消煮，使固體物消失成為溶液，待硫酸發(fā)白煙溶液呈褐色時，停止加熱。稍冷后瓶中加3 mL過氧化氫，繼續(xù)加熱消煮，如此反復(fù)至溶液呈無色后再繼續(xù)加熱30 min，以除盡多余的過氧化氫。冷卻后，使用去離子水將消化液全部轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，定容后待測。

總氮含量采用凱氏定氮儀測定[14]，磷元素測定采用釩鉬黃吸光光度法[15]，硼元素測定采用3-甲氧基-甲亞胺H分光光度法[16]，鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鋅元素測定采用ZEEnit700P型原子吸收光譜儀[17-18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進(jìn)行方差分析，皮爾遜相關(guān)性分析如果r> 0.80則認(rèn)為顯著相關(guān)，Origin9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮時期對葉片和果實(shí)中大量元素含量的影響

由表2可知，DAF20時，S2處理葉片及果實(shí)中N含量顯著高于S1，S2分別比S1高48.68%和4.62%。DAF60時，S2處理葉片和果實(shí)中均顯著低于S1和S3。DAF110時，S2處理葉片中的N含量為3.31 mg·g-1，顯著高于其他處理；S3處理果實(shí)中N含量最高，為0.87 mg·g-1，S1和S3處理后果實(shí)中N含量無顯著差異；S4處理葉片中N含量最低，為S2處理N含量的60.01%。

表2 不同施氮時期對葉片和果實(shí)中氮元素含量的影響

由表3可知，DAF20時，S1、S2處理下果實(shí)中P含量無顯著差異，S2處理葉片P含量比S1處理高18.18%。S2與S3處理葉片與果實(shí)中P含量在DAF60時均表現(xiàn)為S3>S2>S1，S1處理葉片及果實(shí)中P含量分別為S3處理的20.69%和24.00%。DAF110時，S1、S2和S3處理葉片中P含量無顯著差異，均顯著高于S4，S3處理顯著增加了果實(shí)中P的含量，分別比S1、S2和S4高80.00%、38.46%和20.00%。

表3 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中磷元素含量的影響

由表4可知，DAF20時，S2處理葉片中K含量顯著高于S1，果實(shí)中K含量2個處理間無顯著差異。DAF60時，S1和S2處理葉和果實(shí)中的K含量無顯著差異，均顯著高于S3。DAF110時，S2和S3處理葉和果實(shí)中K含量無顯著差異，S4處理果實(shí)中K含量最低，為8007.33 mg·kg-1，是S2處理的74.67%。

表4 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中鉀元素含量的影響

由表5可知，S1處理果實(shí)中Ca含量顯著高于S2，而S2處理葉中Ca含量顯著高于S1。DAF60時，S2處理葉及果實(shí)中Ca含量顯著高于其他處理，且S2分別比S3處理高72.93%和201.99%。DAF110時，S2處理顯著增加了葉中Ca含量，至少比其他處理高93.81%。S1處理果實(shí)中Ca含量為3490.00 mg·kg-1，顯著高于S2、S3和S4，且S2、S3和S4間無顯著差異。

表5 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中鈣元素含量的影響

由表6可知，DAF20時，S1和S2處理葉片中Mg含量無顯著差異，而果實(shí)中S1顯著高于S2。DAF60時，S2處理果實(shí)中Mg含量顯著高于其他處理，S3處理果實(shí)中Mg含量最低，僅為S2處理的38.12%。DAF110時，S3處理葉片中Mg含量為11 219.67 mg·kg-1，顯著高于其他處理，S4處理葉片Mg含量最低，為6546.67 mg·kg-1；S2處理顯著增加了果實(shí)中的Mg含量，分別比S1、S3和S4高101.67%、393.00%和41.10%。

表6 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中鎂元素含量的影響

2.2 施氮時期對器官微量元素含量的影響

由表7可知，DAF20時，S1和S2處理葉片和果實(shí)中Mn含量無顯著差異。DAF60時，施氮時期對葉和果實(shí)的影響一致，S3處理葉和果實(shí)中Mn含量分別為92.32和23.11 mg·kg-1，顯著高于S1和S2，且S1和S2無顯著差異。S3處理顯著的促進(jìn)了DAF110時果實(shí)中Mn的含量，比S1處理高487.52%，S2和S4處理果實(shí)中Mn含量差異不顯著。

表7 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中錳元素含量的影響

從表8可知，DAF20時，S2處理顯著增加了葉片及果實(shí)中Fe的含量。DAF60時，S2處理果實(shí)中Fe含量顯著增加，分別為S1和S3處理的1.13和1.31倍；S3處理顯著增加了葉片中Fe的含量，并且葉片中Fe含量隨施氮時期后移而增加。DAF110時，S3處理葉片中的Fe含量為363.12 mg·kg-1，分別比S1、S2和S4高23.25%、52.73%和54.90%；不同時期施氮對果實(shí)中Fe含量無顯著影響。

表8 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中鐵元素含量的影響

由表9可知，DAF20時，S1處理葉片及果實(shí)中Cu含量顯著高于S1。DAF60時，葉片中Cu含量隨施氮時期后移而增加，果實(shí)中S1和S2處理無顯著差異，S3處理果實(shí)中Cu含量為42.44 mg·kg-1，顯著高于S1及S2。DAF110時，S4處理果實(shí)中Cu含量達(dá)56.37 mg·kg-1，顯著高于其他3個處理，分別比S1、S2和S3處理高3 423.13%、29.56%和45.02%；施氮時期后移增加了果實(shí)中Cu的含量，S3和S4處理果實(shí)中Cu含量無顯著差異，均顯著高于S1和S2處理。

表9 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中銅元素含量的影響

從表10可以看出，DAF20時，S1處理葉片及果實(shí)中Zn含量均顯著高于S2處理。DAF60時，葉片及果實(shí)中Zn的積累對施氮時期的響應(yīng)一致，S1處理葉片和果實(shí)中Zn含量分別為130.24和127.67 mg·kg-1，顯著高于S2和S3。DAF110時，S1處理葉片中Zn含量最高，為124.86 mg·kg-1，而S4處理果實(shí)中Zn含量最高，為112.93 mg·kg-1，S2處理葉片和果實(shí)中Zn含量均最低。

表10 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中鋅元素含量的影響

由表11可知，DAF20時，S2處理顯著促進(jìn)了果實(shí)中B含量的增加，為S1處理B含量的2.75倍，S1促進(jìn)了葉片中B的積累。DAF60時，S3處理葉片中B含量為347.66 mg·kg-1，顯著高于S1和S2處理，且S1和S2間差異不顯著；S1增加了果實(shí)中B的含量，S2處理在該時期果實(shí)中B含量最少，為166.40 mg·kg-1。DAF110時，S1處理顯著增加了葉片及果實(shí)中B的含量，葉片和果實(shí)中B含量分別達(dá)到了254.51和298.78 mg·kg-1，S3處理不利于葉片和果實(shí)中B的積累，S2和S3處理對果實(shí)中B含量的影響無顯著差異。

表11 不同施氮時期對葡萄葉片以及果實(shí)中硼元素含量的影響

2.3 成熟期果實(shí)和葉片中礦質(zhì)元素含量相關(guān)性分析

由表12可知，葉片N含量和果實(shí)中N及Zn含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.809～-0.926)，P含量和果實(shí)中Ca含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.816)。葉片K含量和果實(shí)Cu含量顯著正相關(guān)(r=0.903)，而與Fe和B含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.880～-0.998)。葉片中Ca含量和果實(shí)中Ca及Zn含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.836～-0.999)，Mg含量和果實(shí)中K含量顯著正相關(guān)(r=0.981)而和Ca、Fe含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.890～-0.949)。葉片Zn含量和果實(shí)Cu含量顯著正相關(guān)(r=0.925)，與其他元素含量無顯著相關(guān)性。葉片Mn含量和果實(shí)Mg含量顯著正相關(guān)(r=0.862)，而和N、Mn含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.854～-0.952)。葉片F(xiàn)e含量與果實(shí)中Mg含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.923)，和其他元素?zé)o顯著相關(guān)性。葉片B含量和果實(shí)中P、Cu及Mn含量相顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.855～-0.988)。

表12 DAF110時葉片和果實(shí)中礦質(zhì)元素含量相關(guān)性分析

3 討 論

氮元素作為“生命元素”，不僅影響植物的營養(yǎng)生長和生殖生長，還影響作物產(chǎn)量[19]。高等綠色植物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、利用可根據(jù)需求量的多寡劃分為大量營養(yǎng)元素N、P、K，中量營養(yǎng)元素Ca、Mg、S，微量營養(yǎng)元素Fe、Mn、Zn、Cu、B等[20]，這些是植物生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)提高的基礎(chǔ)和保證。本研究表明，各施N時期處理對DAF20時葉片和果實(shí)中礦質(zhì)元素含量的影響較明顯，新梢生長旺期施N顯著增加了該時期葉片中N、K和Fe的含量，萌芽期施N對葉片、果實(shí)中的Cu、Zn的含量有顯著的促進(jìn)作用。葉片中N的積累，可改善葉片氮代謝水平，有利于營養(yǎng)生長迅速。葉片中Fe含量的積累，有利于葉綠素合成，提高光合同化能力，改善樹體營養(yǎng)水平。史祥賓等[11]在‘巨峰’葡萄中研究認(rèn)為，種子發(fā)育期至轉(zhuǎn)色期大量元素中的P需求量達(dá)到27.88%，在各元素中占比最高，微量元素Cu和Mo的需求比率分別達(dá)到35.03%和31.16%，轉(zhuǎn)色期至采收期對K、Mn和B的需求量較大，而P、Mg、Ca、Zn，N、Fe、Cu和Mo的需求比率均低于10%。各元素通過參與植物體的一些代謝活動，比如光合作用、呼吸作用、滲透調(diào)節(jié)、酶的活化、次生代謝物合成等，在樹體或果實(shí)發(fā)育的不同階段所發(fā)揮的功能不同[21-22]。本研究中新梢生長旺期施N降低了果實(shí)中N、Mn、B、Cu和Zn含量，果實(shí)膨大期施氮肥促進(jìn)葉片中N、P、Mn、B、Cu及果實(shí)P含量的顯著增加，轉(zhuǎn)色期施氮肥對果實(shí)Ca、Zn元素含量的增加最顯著。因此，根據(jù)樹體各關(guān)鍵生育期對礦質(zhì)營養(yǎng)的需求，通過改變施肥時期在滿足樹體營養(yǎng)元素需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善樹體營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高果實(shí)品質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)不同礦質(zhì)元素含量的比例對果實(shí)品質(zhì)的影響比單一元素的影響更明顯，元素間的相互關(guān)系、果實(shí)中礦質(zhì)營養(yǎng)的積累影響果實(shí)品質(zhì)的形成[23-25]。樹體對礦質(zhì)元素吸收往往表現(xiàn)出顯著的協(xié)同或者拮抗作用，藍(lán)莓葉片中Ca與P、Mg、Fe、Mn、B之間，P與Mg之間，Mg與Fe、Zn、B、Mn之間，F(xiàn)e與Mn、B之間，以及Mn與B之間均表現(xiàn)出顯著協(xié)同作用，而K與B之間表現(xiàn)出顯著拮抗作用[26]；蘋果葉片中的P與Mn含量、Ca與Cu 含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而Mn與B、K與Mg、Ca 與 Fe均呈顯著負(fù)相關(guān)[27]；枇杷中研究發(fā)現(xiàn)，花中K含量和葉片中Cu、Zn含量顯著負(fù)相關(guān)，而花中Zn含量和葉片中N、Cu、Zn含量顯著正相關(guān)，果實(shí)中K含量和葉片中K含量顯著正相關(guān)[28]。本研究在葡萄中發(fā)現(xiàn)葉片和果實(shí)中不同礦質(zhì)元素同樣具有顯著的相關(guān)關(guān)系。葉片中K和果實(shí)中Cu含量顯著正相關(guān)，與果實(shí)Fe和B含量顯著負(fù)相關(guān)，葉片B與果實(shí)中P、Cu和Mn含量顯著負(fù)相關(guān)。因此，葉片中礦質(zhì)元素含量的積累對果實(shí)中元素的積累能夠產(chǎn)生影響，可能葉片中元素通過運(yùn)移，致使果實(shí)中的元素分配和積累產(chǎn)生差異。這種協(xié)同和拮抗作用既可能與礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的移動性有關(guān)，也可能與土壤及不同果樹種類組織器官的特異性等因素有關(guān)。果樹在生長發(fā)育進(jìn)程中，礦質(zhì)元素的均衡利用非常重要，明確不同器官礦質(zhì)元素的吸收利用特征，對于指導(dǎo)果樹合理施肥尤為重要[29]。器官中礦質(zhì)元素的含量被認(rèn)為和果實(shí)的產(chǎn)量和質(zhì)量顯著相關(guān)，在蘋果中，葉片N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Fe含量直接影響果實(shí)的產(chǎn)量，N、P、Ca和Fe含量和果實(shí)產(chǎn)量呈正相關(guān)，葉片K 含量和果實(shí)產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[30]。在一些研究中，將葉片含 N 量作為評價樹體營養(yǎng)水平和果實(shí)產(chǎn)量的一個重要指標(biāo)[31]。可見，通過調(diào)控器官中礦質(zhì)元素分配及含量對于果實(shí)增產(chǎn)和品質(zhì)改善等方面具有積極意義。

4 結(jié) 論

本研究在適宜施氮量的基礎(chǔ)上，分析了不同施氮時期對各生育期葉片和果實(shí)中礦質(zhì)元素的含量，發(fā)現(xiàn)新梢生長旺期施氮有利于各生育期葉片和果實(shí)中大量元素的積累，而萌芽期施氮肥更有利于促進(jìn)微量元素的吸收。相關(guān)性分析表明，葉片和果實(shí)中元素含量存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，說明葉片和果實(shí)中元素之間存在相互的協(xié)同或者拮抗作用。因此，可以通過調(diào)節(jié)施肥時期以調(diào)控器官中礦質(zhì)元素分配及含量，進(jìn)而影響果實(shí)中元素的含量，對于果實(shí)品質(zhì)改善具有重要意義。