“5416”配方施肥對梅樂葡萄礦質元素和果實酚類物質含量的影響

王小龍，張正文，邵學東，鐘曉敏，王福成，史祥賓，張藝燦，王海波

(1.中國農業科學院 果樹研究所，遼寧 興城 125100；2.農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧 興城 125100；3.遼寧省落葉果樹礦質營養與肥料高效利用重點實驗室，遼寧 興城 125100；4.君頂酒莊有限公司，山東 蓬萊 265600；5.煙臺市蓬萊區葡萄與葡萄酒產業發展服務中心，山東 蓬萊 265600)

釀酒葡萄果實品質決定葡萄酒的品質，釀酒葡萄果實中的花色苷、單寧等酚類物質在其發酵過程中大量浸出，直接影響葡萄酒的顏色、口感、風味等品質[1-3]，還決定葡萄酒的一些生理活性功能[4]。紅葡萄酒的顏色成分主要源于釀酒葡萄果皮組織中的花色苷，其對葡萄酒的色調、澄清度、穩定性等方面影響較大[5]。單寧具有鞣革能力，增強葡萄酒醇厚性[6]。葡萄酒中的酚類物質含量主要取決于葡萄皮和種子，其含量遠超過果肉，使紅葡萄酒具有顏色和特殊的味覺特征[7-8]。

在果樹的生長發育過程中，不斷地從土壤中吸收用以形成果實產量及品質的礦質元素，因此，肥料是植株獲取養分的重要來源。長期以來，我國多因經驗施肥造成肥料施用量大且失衡，并且植物生長受最小養分制約[9]，過量施肥對果樹產量及品質的積極影響已達上限。單一或多個元素的豐缺均會引起樹體營養的失衡，并造成該元素特有的缺素癥，甚至對果實產量、品質、抗性、果園經濟效益產生重大影響[10]。因此，樹體營養診斷作為研究果樹營養狀況的有效手段和指導果園精準施肥的重要依據[11]，已逐漸成為農業發展的新方向和新趨勢。前人采用CND法對馬鈴薯進行營養診斷，克服DRIS方法僅能通過雙元素比例實現的局限，其確診率在87.5%以上[12-13]。近年來，CND法在果樹上的應用較為廣泛，如龍眼[14]、柑橘[15]、蘋果[16]、香蕉[17]、荔枝[18]、87-1葡萄[19]等。由于不同生長發育期，樹體不同組織部位對各礦質元素的需求不同，且采收前樹體營養狀況直接影響果實品質。因此，研究盛花期、轉色期、成熟期的葉片、葉柄、花序/果實營養元素含量的變化與果實品質的關系，可為果樹的標準化施肥管理提供指導依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

于2018—2020年在山東省煙臺市君頂酒莊有限公司，在相同試驗田選擇16個“5416”配方施肥處理的梅樂葡萄園進行調查，共48個。“5416”配方施肥是基于產量目標為7 500 kg/hm2進行設計，N、P2O5、K2O、CaO、MgO的基礎用量分別設定為：124.5，46.5，112.5，112.5，46.5 kg/hm2。“5416”試驗包括N、P、K、Ca、Mg，即5個研究因素；各肥料基礎用量的0，0.5，1，1.5倍，即 4個施用水平；經非完全正交組合，共計16個施肥處理(T)。根據“5416”試驗處理，將表1中1、2、3、4定義為4個施用水平，分別為各肥料基礎用量的0，0.5，1.0，1.5倍。具體施肥管理方式和各生育期的施肥量參照王小龍等[20]的研究。研究對象為紅色釀酒葡萄梅樂，以SO4為砧木，樹齡10～13 a，株行距為2 m×2 m。土壤理化性質分別為：土壤堿解氮0.078 mg/g、速效磷1.097 mg/g、速效鉀0.139 mg/g、交換性鈣6.511 mg/g、交換性鎂0.644 mg/g，pH值7.4。

表1 “5416”試驗處理Tab.1 Treatments of "5416"

1.2 試驗方法與項目測定

在盛花期(FBS)、轉色期(VS)和成熟期(MS)均采集不同組織部位樣品，包括葉片(L)、葉柄(P)和花序/果實(F)，各樣品經去離子水沖洗干凈后，于105 ℃條件下進行20 min殺青前處理，85 ℃烘箱烘干至恒定質量，粉碎后過篩，測定葉片、花/果實礦質元素含量。結合H2SO4-H2O2消解法，用全自動流動分析儀測定葉片、葉柄和花序/果實全氮(N)，用電感耦合等離子發射光譜儀(ICP)測定葉片、花序/果實磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、硼(B)、鉬(Mo)全量。成熟期采集果實，每處理隨機采集果穗20～30個，然后從上述果穗的“上、中、下”各部位隨機采集果粒720 粒，用于測定花色苷、果皮單寧和種子單寧含量，其測定方法參照蘇鵬飛[21]的研究方法，進行3次生物學重復。每年3次重復，連續3 a取平均值。

1.3 數據處理

首先，利用SPSS 20.0軟件Topsis評價法計算果實花色苷、果皮單寧和種子單寧的綜合評價得分，即品質指數(CI)，CI值越高表示綜合品質越佳；其次，依據CI和植株礦質元素含量的相關系數，選擇相關性最強的礦質元素作為營養診斷因子；最后，采用CND法[16]對CI進行診斷，確定高優品質指數的果園(即高優園)劃分標準和參比值。利用SAS軟件計算土壤各元素對各品質的影響力排序和最佳理論配比。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對果實酚類物質含量和品質指數的影響

由表2可知，各品質指標極值的施肥處理組在各年份存在相似性和特異性。2018年，皮單寧含量、籽單寧含量、品質指數最小值的施肥處理均為T1，分別為0.65 mg/g、0.08 mg/g、0.09；其最大值的施肥處理均為T13，分別為2.48 mg/g、4.10 mg/g、0.44。2019年，皮花色苷和皮單寧含量最小值施肥處理均為T12，分別為1.79，0.76 mg/g；籽單寧含量和品質指數最小值施肥處理均為T5，分別為0.31 mg/g 和0.23。2020年，皮花色苷含量和品質指數的最小值施肥處理均為T2，分別為1.10 mg/g和0.12；皮花色苷、籽單寧含量和品質指數的最大值施肥處理均為T11，分別為3.55 mg/g、12.26 mg/g和0.88。其他指標的極值處理組表現不同。由此說明，各施肥效果可能還會受當年氣象因子的影響，如降雨量和溫度等。

表2 不同施肥處理對果實酚類物質含量和品質指數的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on fruit phenolic content and CI

2.2 各組織部位礦質元素之間及與品質指數的相關性分析

由表3可知，葉片、葉柄與果實礦質元素含量間存在較為復雜的協同與拮抗作用。葉片、葉柄Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、B與果實N均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄Ca、Mn、Zn、B與果實P均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄N、Ca、Mg與果實K均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Ca、Mn、Zn、Cu與果實Ca均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄Ca、Mg、Fe與果實Fe均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Mn、Zn、Cu與果實Mn均極顯著相關。葉片、葉柄P、Ca、Mg與果實Zn均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Mn、Zn、Cu與果實Cu均極顯著相關(P<0.01)。葉片、葉柄Mn、Zn、B與果實Cu均極顯著相關。由表4可知，轉色期果實N、成熟期果實P、轉色期果實K、轉色期葉片Ca、盛花期花序Mg、轉色期果實Fe、盛花期葉片Mn、成熟期果實Zn、盛花期葉柄Cu、轉色期葉柄B、盛花期葉片Mo與品質指數相關性最強，且均達到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平，其相關系數分別為-0.500，-0.459，0.461，0.523，0.434，-0.534，0.491，-0.440，-0.488，-0.543，-0.345。因此，選擇上述各生育期、組織部位的元素作為植株營養診斷因子。

表4 梅樂葡萄植株礦質元素含量與品質指數的相關系數Tab.4 Correlation coefficient of mineral element content and CI of Merlot plant

2.3 基于品質指數的高優園營養診斷

根據植株營養診斷因子元素含量的累積方差函數與品質指數的關系得知(圖1)，各元素高優園的拐點值分別為：YN=0.724 8，YP=0.819 2，YK=0.675 7，

YCa=0.675 4，YMg=0.714 3，YFe=0.674 6，YMn=0.684 4，YZn=0.729 0，YCu=0.628 5，YB=0.643 2，YMo=0.735 5，YR=0.696 7。高優園臨界值選取原則是取研究數據范圍內拐點值最高，且高優群體數量達12%以上[22]。因此，選擇0.735 5作為劃分高優園的臨界值，有7個滿足此條件的果園，占總體采樣園的14.58%。同時，依據高、低優果園的植株礦質元素含量特征分布(表5)，確定高優園礦質元素含量適宜范圍為：N(8.85～11.81)mg/g、P(1.98～4.26)mg/g、K(14.97～20.70)mg/g、Ca(35.57～68.83)mg/g、Mg(3.69～15.51)mg/g、Fe(70.96～103.26)mg/kg、Mn(166.20～277.67)mg/kg、Zn(10.71～20.27)mg/kg、Cu(9.54～14.90)mg/kg、B(11.44～17.07)mg/kg、Mo(0.69～1.60)mg/kg。

由表5可知，高優園和低優園植株礦質元素含量除Zn、Cu和Mo外均存在顯著性差異(P<0.05)。其中，低優園的K、Ca、Mg、Mn含量分別顯著較高優園低24.32%，42.52%，45.75%和25.27%，而低優園的N、P、Fe、B含量分別顯著較高優園高38.74%，72.72%，144.97%和48.11%。低優園除Mg外，其他元素含量的變異系數均高于高優園，說明高優園各礦質營養比較均衡，而低優園礦質營養存在較大差異。由此說明，蓬萊產區梅樂葡萄葉片、葉柄、花序/果實礦質元素為開展營養診斷提供了良好的試驗材料。

2.4 基于品質指數的低優果園需肥順序

圖1 植株礦質元素含量累積方差函數與品質指數之間的關系Fig.1 Relationship between cumulative variance function and CI

表5 不同果園梅樂葡萄各組織礦質元素含量Tab.5 Contents of mineral elements in various tissues of Merlot grapes in different orchards

3 結論與討論

3.1 元素間的相互作用影響果實品質

礦質元素的豐缺狀況與釀酒葡萄品質有著密切關系。然而，礦質元素在植株體內并不是孤立地發揮作用，而是相互間存在著協同與拮抗等復雜聯系[23]。本研究表明，蓬萊產區梅樂葡萄葉片、葉柄與果實各礦質元素間同樣存在顯著的協同與拮抗關系。其中，梅樂葡萄葉片K與果實Fe、葉片B與果實P均極顯著正相關，與馬宗桓等[24]關于黑比諾釀酒葡萄葉片K與果實Fe、葉片B與果實P均顯著負相關的研究結果相似。葡萄葉片是其執行光合作用，并合成營養的重要組織部位[25]，對果實的生長發育和品質形成至關重要。有研究表明，葉片中N、Fe、Mn、Zn元素在促進葉綠素合成、增強光合作用等方面發揮重要作用[26]。梅樂葡萄果實P與葉片N、Mn、Zn顯著負相關，果實中適量的P能促進果實發育和提高果實品質[27]。梅樂葡萄果實K與葉片N、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B顯著或極顯著正相關，K對果實膨大、著色、成熟和改善果實品質等方面影響較大[27]。梅樂葡萄果實Cu與葉片Mg、Fe、Mn、Zn、Cu極顯著負相關，Cu可以催化果實內部蛋白質和碳水化合物的形成[26]。梅樂葡萄果實Ca與葉片、葉柄Ca極顯著負相關，說明葉片、葉柄Ca能夠有效地轉運到果實，供其參與細胞壁的合成[28]。由此可見，在梅樂葡萄生長發育過程中，各組織部位的礦質元素均衡利用非常重要，明確各組織部位、各礦質元素含量的適宜值范圍，對于指導其合理施肥尤為重要。

表6 土壤肥力因子對品質指數的影響力與最佳施肥配比Tab.6 The influence of soil fertility factors on CI and the theoretical optimum fertilization ratio

3.2 各礦質元素含量適宜值范圍的確定

目前，釀酒葡萄植株營養診斷標準多依靠經驗或年平均高產園礦質元素含量進行制定，鮮見涉及基于果實品質綜合評價的診斷標準[29-30]。花期作為果樹生長發育的關鍵階段，直接影響果實產量及品質，與葉片營養診斷相比，花器官診斷具有一定的前瞻性[31-32]。另有研究表明，葉柄可作為馬哈密地區葡萄[33]、山葡萄[34]、葡萄[35]、赤霞珠[36]等營養診斷的取樣部位。因此，與過去憑借單一品質、單一器官或單一生育期的營養診斷研究相比，本研究通過不同生育期、不同組織部位各礦質元素含量的累積方差函數與品質指數建立關系，由此獲得的診斷結果對實際生產的指導意義更強。相關性分析結果表明，轉色期果實N、成熟期果實P、轉色期果實K、轉色期葉片Ca、盛花期花序Mg、轉色期果實Fe、盛花期葉片Mn、成熟期果實Zn、盛花期葉柄Cu、轉色期葉柄B、盛花期葉片Mo與品質指數相關性最強，所以將其定義為蓬萊產區梅樂葡萄基于品質指數的營養診斷因子。

選擇使用CND多元分析法，計算出本研究是針對蓬萊產區梅樂葡萄植株營養元素含量開展的，利用單一產區的標準參比值針對性更強[16]，誤差小、確診率高。根據CND多元分析法[16]，確定高低優果園品質指數的臨界值為0.735 5，其中高優果園共有7個，占總體采樣園的14.58%。依據高優果園礦質元素特征，確定各營養診斷因子的適宜范圍分別為：N(8.85～11.81)mg/g、P(1.98～4.26)mg/g、K(14.97～20.70)mg/g、Ca(35.57～68.83)mg/g、Mg(3.69～15.51)mg/g、Fe(70.96～103.26)mg/kg、Mn(166.2～277.67)mg/kg、Zn(10.71～20.27)mg/kg、Cu(9.54～14.90)mg/kg、B(11.44～17.07)mg/kg、Mo(0.69～1.60)mg/kg。與鄭永強等[37]研究結果相似，本研究中，低優果園除Mg外，其他元素的變異系數均高于高優果園。由于植株營養元素含量隨砧木、樹齡、品種、采樣時期、氣候條件等因素的不同而存在很大差別[38-39]。因此，為保證營養診斷的確診率，應針對性地進行試驗論證，以期提高其在我國主產區釀酒葡萄營養診斷中使用的可靠性。

3.3 低優園樹體營養狀況及施肥建議

本研究表明，蓬萊產區梅樂葡萄低優園植株K、Ca、Mn、Mg表現偏低。由“5416”試驗的研究因素的限制，目前只能研究N、P、K、Ca、Mg共5個因素，以獲得最高的果實品質指數為目標，其肥力因子最佳配比為N2P3K1Ca2Mg3，建議減施N、Ca肥，平衡施用P、Mg肥，不施K肥。Ca和Mg營養診斷結果與正交試驗方差分析結果一致，所以植株Ca和Mg元素缺乏可能是由肥料施用不足或土壤保肥能力較弱造成的，因此Ca和Mg肥施用原則應少量多次，合理控制施用時間，以避開雨量較大的生育期。K元素植株營養診斷結果與正交試驗方差分析結果不一致，土壤中K、含量表現為豐富，說明植株K元素的缺乏可能是蓬萊產區的灌溉條件較差，水肥得不到合理的配合施用，影響了樹體營養的吸收，造成了營養缺乏。由于土壤酸化趨勢日益嚴重，多種植物所需微量元素難以從土壤中吸收[40]。因此，在今后的果園管理中應對水肥進行科學管理，通過葉面噴施適當補充Mn元素。