基于5416配方施肥的‘赤霞珠’葡萄品質分析與施肥建議

王小龍，王志強，劉暢，張藝燦，王寶亮，冀曉昊，史祥賓，王海波

（中國農業科學院果樹研究所/農業農村部園藝作物種質資源利用重點實驗室/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）

‘赤霞珠’葡萄釀造的葡萄酒色澤濃烈、單寧強勁、香氣醇厚，且適應能力強，在世界各地已廣泛種植[1]。葡萄原料的可溶性固形物、酚類物質、香氣等因素是保障葡萄酒品質的物質基礎[2-3]。酚類物質作為“第七類營養素”，不僅具有促進身體健康的潛能，還對葡萄酒的口感、色澤、營養價值等生理活性功能發揮重要作用。總酚、單寧、黃酮類、花色苷、黃烷醇等作為酚類物質的重要組成部分，主要分布在種子和果皮中。酚類物質含量受葡萄品種、肥水管理、地域特征、氣候條件等影響[4]。因此，通過栽培管理措施提高‘赤霞珠’果實品質一直是重點研究方向。

施肥是維持土壤肥力、保證果樹正常生長發育和獲得優質果品的重要措施之一。在葡萄生長發育過程中，各生育期的營養重點不同，因此結合葡萄生長特性配施個性化肥料是達到優質豐產的重要手段。已有研究發現，配方肥可促進‘陽光玫瑰’葡萄養分吸收，提高果實產量和品質，增加果實香氣物質種類和相對含量[13]。研究表明，設施栽培條件下‘巨玫瑰’葡萄的NPK復合肥的適宜施用水平應為300 kg·hm-2[14]；馬曉麗等[15]通過對‘巨峰’分別補充5、7.5、10 kg三個水平的鎂、鐵、鋅、錳后發現，以上元素均可有效減輕葡萄葉片黃化的發生，并使果實品質有一定程度提高。每公頃施用尿素900 kg+過磷酸鈣600 kg+硫酸鉀1275 kg的‘紅地球’葡萄在產量、果實可溶性固形物和總糖含量均較高[16]。陳麗楠等[17]研究表明，與單施N、P、K肥相比，在施用N 15%、P2O557.5%、K2O 18%的基礎上，增施鈣、硅、硼、鋅肥可提高葡萄產量和品質。因此，科學的肥料施用量和配比是葡萄產業實現可持續發展的重要基礎。目前針對葡萄施肥的研究多集中在N、P、K肥的效果方面，而對Ca和Mg肥同時配施的研究較少。

河北省定州市釀酒葡萄種植區多數果農施肥基本靠經驗，盲目性、隨意性比較大，導致土壤板結，透氣性差，果實品質不高。不同的施肥配方對土壤的結構和微生物活動都有一定的影響，同時也會影響果樹對營養物質的吸收，從而影響釀酒葡萄果實的品質。因此，研究不同N、P、K、Ca和Mg元素配比的配方肥對獲得較高的果實品質有重要意義。試驗于2021年在定州市黃家葡萄酒莊有限公司的葡萄園區內進行，設計了16個施肥配比處理，研究其對‘赤霞珠’果實品質的影響，旨在為當地釀酒葡萄施肥配方提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年進行，選取河北省定州市東亭鎮代表性葡萄園的釀酒葡萄‘赤霞珠’為試材，樹齡12年，砧木為‘貝達’，株行距為2 m×2.5 m。‘赤霞珠’葡萄根系在0～40 cm的土層富集生長，該土層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、可交換性鈣和可交換性鎂的含量分別為86.0、482.6、276.8、310.7、106.7 mg·kg-1。

1.2 施肥處理

選擇16個樹體健康、長勢中庸、產量較穩定的園區作為固定試驗區，進行5416配方肥施試驗[18]。在距離葡萄主干30 cm處，沿行向開15～20 cm深的施肥溝。將5416配方肥充分溶解于水，均勻倒入施肥溝內，隨即覆土灌水。5416配方肥是指5因素（N、P、K、Ca、Mg）、4水平（每公頃各肥料原料的基礎用量的倍數，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍），共計16個處理（表1）。配方肥是基于7500 kg·hm-2的單位目標產量，設定5416試驗每公頃各肥料原料的基礎用量分別為：N 124.5 kg、P2O546.5 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 46.5 kg[19]。各肥料在萌芽期、初花期、末花期、轉色期和成熟期的施用比例參考王小龍等[20]的研究。

表1 5416試驗處理施肥總量Table1 The total amount of fertilizer applied in 5416 tests kg·hm-2

1.3 樣品采集及項目測定

于成熟期取樣，每處理隨機選取30穗果，從果穗的上中下各部位隨機采集720粒，用于測定百粒質量、可溶性固形物、皮果比、籽果比、籽粒數、皮/籽總酚、花色苷、皮/籽總黃酮、皮/籽黃烷醇、皮/籽單寧含量。百粒質量的測定是利用電子秤稱重，可溶性固形物的測定采用手持測糖量計；皮果比、籽果比分別是果皮與果實質量比和籽粒與果實質量比，以30粒為1組，剝離果皮和種子并稱重，按照定義進行計算；同時計算每組果實種子數量的平均值，記為籽粒數。葡萄果皮和葡萄籽總酚、花色苷、總黃酮、黃烷醇、單寧物質的提取和含量測定參照蘇鵬飛[21]的方法，以上所有測定指標均進行3次生物學重復。同時，基于上述測定指標進行主成分分析[22]和綜合評價。利用SAS軟件計算N、P、K、Ca和Mg對各品質指標及綜合品質的影響力大小排序和獲得相應最佳品質的理論施肥最佳配比，由此制定施肥建議。SAS分析程序見表2。表中1、2、3、4分別代表5416配方肥方案中的4個施用水平（每公頃各肥料原料的基礎用量的倍數，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍）由此組成16行5列的矩陣，其中各行代表5416配方施肥方案的施肥處理，各列代表5416配方施肥方案的各施肥因素。將待計算的品質數據對應輸入并運行即可。

表2 SAS分析程序Table 2 SAS analysis program

1.4 數據處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對果實基本性狀的影響

由表3可知，果實基本性狀受不同施肥處理影響顯著。各處理的可溶性固形物分布范圍為15.8%～19.9%。T8處理的百粒質量和籽粒數均顯著高于其他處理。與之相似，T8和T16的籽果比顯著高于其他處理，分別為0.0578和0.0594。T1、T2、T3、T4、T7、T12、T15處理的皮果比無顯著差異，其分布范圍為0.1691～0.1849。由此說明，T8處理對百粒質量和籽粒數的提升作用明顯。

表3 不同施肥處理條件下的果實基本性狀Table 3 Basic characters of fruit under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理對果實酚類物質的影響

由表4可知，不同施肥處理對果皮酚類物質含量有顯著影響。皮總酚分布范圍為2.17～3.88 mg·g-1，其中T3、T4、T5、T6皮總酚含量分別為3.81、3.55、3.86、3.88 mg·g-1，顯著高于其他處理。T4籽總酚含量最高，為43.61 mg·g-1；T8籽總酚含量最低，為21.63 mg·g-1。皮黃烷醇含量的分布范圍為10.66～28.26 mg·g-1，其中T3與T5黃烷醇含量無顯著差異且顯著高于其他處理（T4、T6除外）。T1、T2、T4和T13籽黃烷醇含量較高且無顯著差異，其含量分別為723.88、739.18、726.36、684.41 mg·g-1。T5皮總黃酮含量最高（2.97 mg·g-1）顯著高于T6、T7和T15，與其他處理無顯著差異。T1籽總黃酮含量最低，T13含量最高，分別為32.82、71.79 mg·g-1。T5和T6花色苷含量較高，分別為0.089、0.090 mg·g-1，均顯著高于其他處理。T3處理的皮單寧含量顯著高于其他處理，為2.63 mg·g-1。除T2外，T4處理的籽單寧含量顯著高于其他處理，為26.70 mg·g-1。由此說明，T4處理對籽總酚和籽單寧提升作用明顯，T5對皮黃烷醇和皮總黃酮提升作用明顯，T6對皮總酚和花色苷提升作用明顯。

表4 不同施肥處理條件下的果實酚類物質含量Table 4 Contents of phenolic substances in fruit under different treatments mg·g-1

2.3 不同處理對果實品質影響的評價

對‘赤霞珠’葡萄可溶性固形物、百粒質量、皮果比、籽果比、籽粒數和皮/籽酚類物質等14個指標的數據進行標準化處理，再利用主成分分析法對果實基本性狀和酚類物質等指標進行降維，最后提取主成分。由表5可知，共提取4個主成分，各主成分Y1、Y2、Y3和Y4的貢獻率分別為44.602%、25.585%、9.839%和7.301%，其累計貢獻率達87.327%，符合主成分分析法的要求。因此，Y1、Y2、Y3和Y4可以表現出不同處理對‘赤霞珠’果實基本性狀和酚類物質的影響效果，與Y1相關較強的為籽果比、籽粒數、籽總酚、籽黃烷醇；與Y2相關較強的為皮總酚、花色苷；與Y3相關較強的為籽總黃酮；與Y4相關較強的為可溶性固形物。

表5 提取的主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 5 Extracted principal component eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate

以各主成分對應的特征值在所有主成分特征值總和中所占比例為權重，可構建‘赤霞珠’果實品質綜合評價方程：Y=0.5108Y1+0.2930Y2+0.1127Y3+0.0836Y4。通過各主成分得分（表6）可知，Y1中T4處理得分最高，說明T4對籽果比、籽粒數、籽總酚、籽黃烷醇的提高作用較強；Y2中T5處理得分最高，說明T5對皮總酚、花色苷的提高作用較強；Y3中T13處理得分最高，說明T13對籽總黃酮的提高作用較強；Y4中T7處理得分最高，說明T7對可溶性固形物的提高作用較強。在綜合評分中，T4處理得分最高，說明T4處理對果實基本性狀的改善和品質的提升等方面具有較好的綜合效果。

表6 不同施肥處理果實各項指標的主成分得分Table 6 Principal component score of various indicators under different treatments

2.4 各礦質元素對不同品質指標的影響力排序及最佳理論配比

由表7可知，K元素對籽果比和籽總酚影響較大，P和K元素對籽總黃酮和籽黃烷醇影響較大，N和Ca元素對百粒質量、籽粒數、皮總酚、皮黃烷醇、籽單寧、皮單寧影響較大，N和Mg元素對花色苷、皮總黃酮、可溶性固形物、綜合品質影響較大。各元素對百粒質量和籽粒數影響力排序均為N＞Ca＞K＞Mg＞P，各元素對皮總酚、皮黃烷醇、籽單寧影響力排序均為N＞Ca＞Mg＞K＞P，各元素對花色苷和綜合品質影響力排序均為N＞Mg＞Ca＞K＞P。SAS分析結果表明，當花色苷和皮總酚達到最佳時，各元素最佳理論配比均為N2P2K2Ca3Mg3；當百粒質量和籽粒數達到最佳時，各元素最佳理論配比均為N2P4K3Ca2Mg2；當籽黃烷醇和綜合品質達到最佳時，各元素最佳理論配比均為N1P2K2Ca4Mg4，即N、P2O5、K2O、CaO、MgO建議施肥量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。

表7 品質指標最佳時的元素影響力和理論配比Table 7 Element influence and theoretical ratio at the best quality kg·hm-2

3 討論

在果樹生長過程中，盲目施肥不僅不能提高果實品質，而且容易造成土壤板結，微生物活力降低，因此合理施肥有著重要的作用[23]。王小龍等[24]研究指出，山東蓬萊地區‘赤霞珠’葡萄每公頃施肥量N 186.8 kg、P2O570.0 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 0 kg時，綜合品質理論最佳。馬曉麗等[25]研究NPK施肥配比對‘赤霞珠’葡萄生長和結果影響時發現，萌芽期株施尿素27 g，膨果期株施尿素33 g、磷酸一銨33 g和硫酸鉀32 g，轉色期株施磷酸一銨27 g和硫酸鉀58 g對新梢生長和果實品質的改善有更好的作用。朱小平等[26]研究了NPK施用比例對‘赤霞珠’葡萄產量和品質的影響，結果表明施用N∶P2O5∶K2O為1∶1∶1.5的混配肥料最有利于可溶性固形物、可溶性總糖和花青素含量的提高。上述研究均表明，合理的施肥配比可以改善果實品質。主成分分析結果表明，T4（即每公頃施用P2O569.8 kg、K2O 168.8 kg、CaO 168.8 kg、MgO 69.8 kg）是5416配方施肥中對提高‘赤霞珠’綜合品質效果最佳的處理，該處理的果皮酚類物質（總酚、黃烷醇、總黃酮、花色苷、單寧）和種子酚類物質（總酚、黃烷醇、總黃酮、單寧）含量分別比對照提高了19.20%～65.85%和0.34%～92.87%。T4處理的N、P2O5、K2O、CaO、MgO施用比例為0.0∶1.0∶2.4∶2.4∶1.0。T4作為高K和高Ca型肥料處理，能夠促進植株對K的有效吸收；同時，K能促進CO2的同化及葉片與果實間糖的轉移，有利于果實中酚類物質的積累[27]，能夠有效促進果皮細胞積累大量可溶性Ca，有利于果皮后期延伸，促進營養物質的積累[28]。由此可見，該處理肥料配比在提高果實綜合品質方面更為合理。

‘赤霞珠’果實品質是保證葡萄酒品質的重要物質基礎，酚類物質是‘赤霞珠’葡萄酒最重要的感官品質之一，包括總酚、總黃酮、黃烷醇、花色苷和單寧等[29]。花色苷對紅葡萄酒的酒體顏色、澄清度、穩定性等方面有重要作用[30]。黃烷醇賦予酒澀味和苦味，也可與花色苷結合使葡萄酒顏色更加穩定[31]。單寧的鞣革特性使葡萄酒更具醇厚的口感[32]。釀酒葡萄果肉中的酚類物質含量遠低于果皮和種子，其中果皮和種子中酚類物質分別占果實總酚含量的60%和30%[33]。有研究表明，葡萄籽多酚物質含量高達825.8～3313.5 mg·g-1，顯著高于葡萄皮的64.5～352.0 mg·g-1[34]。本試驗表明，各施肥處理的籽總酚、籽黃烷醇、籽總黃酮、籽單寧平均含量為36.05、592.48、56.24、12.80 mg·g-1，顯著高于皮總酚（2.84 mg·g-1）、皮黃烷醇（18.81 mg·g-1）、皮總黃酮（2.08 mg·g-1）、皮單寧（1.23 mg·g-1），這與上述結果基本一致。由SAS分析結果可知，N元素對皮果比、皮總酚、皮黃烷醇、花色苷、皮總黃酮、皮單寧影響力最大，這可能是因為N有利于蛋白質及葉綠素的合成，促進葉面積增大和光合作用的進行，進而加快葡萄果皮同化合成自身產物的進程[35]。主成分分析結果表明，T4處理的綜合評分最高，說明N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2組合是當年本試驗條件下提高‘赤霞珠’果實綜合品質的最佳施用量。根據SAS分析結果，為繼續獲得該地區‘赤霞珠’的最佳綜合品質，N、P2O5、K2O、CaO和MgO理論上最佳的施用量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。由此說明，2021年P肥和K肥施用量高于樹體生長需要，造成土壤中P和K營養冗余，因此在下一年度建議減量施用。

4 結論

在本試驗條件下，T4處理（N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2）對‘赤霞珠’果實基本性狀和酚類物質含量的提升綜合效果最佳。為繼續獲得該地區‘赤霞珠’的最佳綜合品質，N、P2O5、K2O、CaO和MgO建議施用量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。施肥效果與土壤基礎肥力有密切關系，因此在其他土壤條件下的施肥建議有待進一步試驗。從果實基本性狀和酚類物質含量來看，N、P、K、Ca、Mg對各品質指標的交互作用表現明顯差異。因此，在‘赤霞珠’葡萄施肥管理中應注重肥料的配比和均衡。