氮肥對設施‘紅地球’葡萄品質及植株氮含量的影響

李強，史星雲，陳巖輝，葉芳，胡芳，韓登山，何彩*，李春玲，楊憲龍

（1. 武威市林業科學研究院，甘肅武威 733000；2. 湖州市農業科技發展中心，浙江湖州 313000；3. 武威市農業技術推廣中心，甘肅武威 733000；4. 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅蘭州 730020）

氮素是果樹生長發育所必須的礦質營養元素中的核心元素，能夠促進光合作用和營養生長，從而保障植株正常生長發育[1-2]。適宜的氮素供應不僅能提高作物產量、改善作物品質，而且能提高土壤肥力和環境效益，降低氮素淋溶損失和殘留[3-4]。氮肥施用量過低，無法滿足樹體對氮素的吸收，限制了產量和品質的提升[5]；而氮肥施用量過高，造成樹體營養元素吸收失衡，不利于果實品質的改善且對環境造成不利影響[6-7]。Zhou等[8]研究表明，果園長期過量施用氮肥，0～400 cm土層土壤硝態氮累積量高達2155 kg·hm-2，顯著高于菜地、農田氮累積量。殘存在土壤中的硝態氮，會通過地表徑流、淋溶、氨揮發以及反硝化等途徑進入水體和大氣中，對生態環境造成影響[9-10]。氮肥施用深度不合適同樣影響樹體對氮素的吸收，淺施時容易造成作物根系上浮，導致作物根系破壞，不耐旱；深施時作物根系無法吸收，且氮素極易隨灌水或降水淋失到深層[11-12]。既能提高作物單產，同時又能降低因氮肥施用而導致的環境風險是未來農業發展的必然選擇[13]。

葡萄為世界四大果樹之一，對氣候和土壤的適應性強，其果實具有豐富的營養價值[14]。合理的氮肥施用管理是保證果實產量和品質的前提，對促進葡萄產業可持續穩定發展尤為重要[15-16]。武威地處河西走廊東端，具有發展設施葡萄獨特的冷涼氣候條件，設施延后栽培的葡萄果粒大、肉質硬脆、糖分高，而且可以錯峰上市，經濟效益顯著。自2005年引種以來，已成為當地農民致富的支柱產業，但祁連山沿山冷涼區有關設施‘紅地球’葡萄氮肥施用管理的研究相對較少。因此，本研究以祁連山沿山冷涼區設施‘紅地球’葡萄為研究對象，通過兩年田間試驗，調查氮肥不同施用深度和施用量對設施‘紅地球’葡萄產量、果實品質以及成熟期果實、葉片、葉柄氮含量的影響，以期為該區域設施‘紅地球’葡萄氮肥合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗地點位于甘肅省武威市涼州區謝河鎮葉家村葡萄種植基地（102°44′E、37°40′N），海拔1632 m，年平均降雨量160 mm，年均蒸發量2020 mm，平均氣溫7.8 ℃，無霜期154 d，日照時數2873.4 h，溫帶大陸性干旱氣候。設施葡萄大棚為南北行向，長60 m，寬12 m，株行距0.8 m×2.5 m，直立主干水平龍干V形。

1.2 田間試驗設計

試驗于2020年1月—2021年12月期間進行。以4年生‘紅地球’葡萄為試材，設置施肥深度和施氮量兩個因素，施肥深度設20 cm（淺施D1）、40 cm（深施D2）兩個水平；施氮量參照當地施氮水平，設低氮N1（180 kg·hm-2）、中氮N2（240 kg·hm-2）、高氮N3（300 kg·hm-2）3個水平，共6個處理。試驗采用隨機區組設計，每小區長6.4 m，寬2.5 m，面積16 m2，每處理重復3次。具體氮肥施用量、施用時間和施用深度見表1。

表1 氮肥施用量、施用深度和施用時間Table 1 The nitrogen application amounts, depths and times

選取生長中庸、長勢一致且無病蟲害的植株，每小區8株葡萄，前后均設保護株。施肥方法：在距主干30 cm處的兩邊分別開條形溝，溝寬為60 cm，將所施肥料混勻溝施后覆土。磷肥為過磷酸鈣，施肥量225 kg·hm-2P2O5；鉀肥為硫酸鉀，施肥量225 kg·hm-2K2O。試驗用羊糞做基肥（45 m3·hm-2），施肥后進行傳統溝灌，全生育期灌水7 次，每次灌水量750 m3·hm-2。其它整形修剪、病蟲害防治等按常規進行。

1.3 試驗方法

1.3.1 采收時間

分別于葡萄成熟期（2020年11月10日和2021年11月13日），每小區隨機采集結果部位一致、穗型相近且無病蟲害的果穗10穗；同時每小區葡萄植株分上、中、下三層隨機采取葡萄葉100片，采后保鮮立即帶回實驗室進行相關處理與指標測定。

1.3.2 產量測定

每小區葡萄單獨采收，用電子秤測定各小區全部葡萄的產量。

1.3.3 采收期果實品質測定

每個小區分別從樣品果穗的上中下隨機選取100粒果實，用電子天平（百分之一）測定總質量，并計算其粒質量；用游標卡尺分別測定果實縱橫徑，然后將60粒果實壓出汁液，用于可溶性固形物與可滴定酸含量的測定，其余40粒用液氮速凍后超低溫冰箱中保存，用于可溶性糖、Vc含量的測定。其中，可溶性固形物含量采用PAL-福型手持糖度計測定，可滴定酸采用NaOH滴定法測定[17]，可溶性糖采用蒽酮試劑比色法測定[17]，Vc采用菲咯啉比色法[17]。

1.3.4 成熟期果實、葉片、葉柄氮含量測定

每個重復隨機從10穗果的上中下部采集果實6粒，共計60粒；同時剪取100片葉的葉柄和葉片，分別將果實、葉片和葉柄烘干粉碎后保存，用H2SO4-H2O2法消解，半微量法測定全氮含量。

1.4 數據分析

數據統計分析和圖表制作采用Microsoft Excel 2007及DPS 7.05軟件（Duncan新復極差法）進行。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥處理對設施‘紅地球’產量的影響

從表2可以看出，氮肥施用深度和施用量對葡萄產量影響顯著，但二者交互作用對葡萄產量影響不顯著。無論氮肥深施或淺施，中氮與高氮處理之間產量差異不顯著，但均顯著高于低氮處理。其中淺施條件下，中氮處理與低氮處理相比，2020年和2021年葡萄產量顯著增加22.62%和43.18%；深施條件下，中氮處理與低氮處理相比，2020年和2021年葡萄產量分別增加36.45%和47.44%。

表2 不同氮肥處理對設施‘紅地球’葡萄產量的影響Table 2 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on yields of 'Red Globe' grapevine in facility cultivatio n kg·hm-2

同一施氮水平下，淺施處理葡萄產量均顯著高于深施處理。2020年，低氮、中氮、高氮條件下，淺施處理較深施處理葡萄產量顯著增加22.19%、9.80%、10.95%；2021年顯著增加15.69%、12.34%、9.75%。由此可以得出，在節約資源的基礎上，淺施、中氮處理較有利于葡萄產量的提高。

2.2 氮肥處理對設施‘紅地球’果實外觀的影響

由表3可以看出，氮肥施用深度和施用量對葡萄果實橫徑影響不顯著，對葡萄果實縱徑和粒質量影響顯著，二者交互作用對果實外觀影響不顯著。

表3 不同氮肥處理對設施‘紅地球’葡萄果實外觀質量的影響Table 3 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit appearance of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

隨著氮肥施用量從低氮處理增加到中氮處理，氮肥施用深度相同時葡萄果實橫徑沒有明顯變化，果實縱徑和粒質量顯著增加；氮肥淺施條件下，2020年葡萄果實縱徑和粒質量顯著增加5.53%、14.31%，2021年顯著增加3.74%、11.97%；氮肥深施條件下，2020年葡萄果實縱徑和粒質量顯著增加5.26%、18.45%，2021年顯著增加3.63%、14.02%。氮肥施用量從中氮處理增加到高氮處理，葡萄果實外觀沒有發生明顯變化。

同一施氮水平下，隨著氮肥施用深度的增加，葡萄果實橫徑沒有明顯變化，果實縱徑顯著降低，果實粒質量降低。2020年，與深施處理相比，淺施處理在低氮水平下，果實縱徑、粒質量顯著提高1.56%、10.39%；在中氮水平下，果實縱徑、粒質量顯著提高1.82%、6.53%；在高氮水平下，果實縱徑顯著提高1.12%。2021年，與深施處理相比，淺施處理在低氮水平下，果實縱徑、粒質量顯著提高1.74%、10.57%；在中氮水平下，果實縱徑、粒質量顯著提高1.85%、8.59%；在高氮水平下，果實縱徑、粒質量顯著提高1.51%、12.22%。可見，在該研究條件下，淺施中氮處理可以明顯促進葡萄果實縱橫徑的增加，并提升果實的粒質量。

2.3 不同氮肥處理對果實理化指標的影響

由表4可知，氮肥施用深度對葡萄果實可滴定酸含量影響不顯著，對葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影響顯著。氮肥施用量對果實各理化指標均影響顯著，二者交互作用對可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影響顯著，只在2021年對可滴定酸含量影響不顯著。

表4 不同氮肥處理對設施‘紅地球’葡萄果實品質的影響Table 4 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit quality of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

氮肥淺施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量顯著增加16.62%、5.64%、15.18%，2021年顯著增加13.43%、11.92%、14.55%；隨著氮肥施用量從中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量顯著增加25.53%和24.49%，從2020年到2021年，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量變化不明顯。氮肥深施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量顯著增加19.03%、6.01%、13.89%，2021年顯著增加14.04%、13.70%、14.02%；隨著氮肥施用量從中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量顯著增加26.67%和28.89%，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量差異不顯著。同一施氮水平下，隨著氮肥施用深度的增加，葡萄可滴定酸含量兩年變化趨勢不一致，但葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量均顯著降低。可見，氮肥施用量過低或者過深均不利于葡萄果實品質的提升，而氮肥施用量過高，雖然保證了葡萄果實可溶性固形物、可溶性糖含量和Vc含量，同樣也增加了果實可滴定酸含量，但導致果實品質總體下降。

2.4 不同氮肥處理對植株氮含量的影響

從表5可以看出，氮肥施用深度對葡萄成熟期果實和葉片氮含量影響顯著，對葉柄氮含量影響不顯著，氮肥施用量對葡萄成熟期果實、葉片、葉柄氮含量均影響顯著，施氮量和施氮深度交互作用對葡萄成熟期果實和葉柄氮含量影響不顯著，2020年對葉片氮含量影響顯著。

表5 不同氮肥處理對設施‘紅地球’葡萄成熟期果實、葉片和葉柄氮含量的影響Table 5 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on the N content in fruits, leaves and leafstalks of 'Red Globe' grapevine at maturity in facility cultivation g·kg-1

氮肥淺施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄成熟期果實、葉片、葉柄氮含量顯著增加41.50%、23.06%、21.85%，2021年顯著增加49.46%、46.88%、36.13%；氮肥深施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄成熟期果實、葉片、葉柄氮含量顯著增加50.30%、20.26%、23.18%，2021年顯著增加52.00%、39.85%、40.67%。無論是氮肥淺施還是深施，中氮與高氮處理之間，植株氮含量差異不顯著。氮肥施用量相同時，隨著氮肥施用深度的增加，成熟期果實和葉片氮含量總體呈降低趨勢，葉柄氮含量變化不明顯。可見，淺施中氮處理更有利于促進氮素在葉片和果實中的累積。

3 討論與結論

氮是作物生長發育過程中最活躍的營養元素。作物缺氮時，蛋白質、葉綠素形成受阻，細胞分裂減少，影響產量的提高和品質的提升；氮素供應過多時，作物吸收大量氮素，用于葉綠素、氨基酸及蛋白質的形成，作物體內的碳水化合物大量消耗，細胞壁變薄，機械支持力減弱，同時由于體內氮素過多，非蛋白質態氮增加，糖和淀粉含量減少，另外細胞內氨基酸增多，促進細胞分裂素形成，使作物延遲成熟[18-19]。

本研究表明，氮肥施用量對‘紅地球’葡萄產量和果實縱徑、粒質量、可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量以及成熟期果實和葉片氮含量影響顯著。中氮處理（240 kg·hm-2）相對于低氮處理（180 kg·hm-2），在顯著提升葡萄產量、果實外觀質量及內在品質的同時，促進了果實和葉片對氮素的吸收；中氮處理相對于高氮處理（300 kg·hm-2），在降低氮肥施用量的同時，保證了葡萄的產量、品質及氮素的累積吸收。一方面是低氮處理氮肥投入量過低，無法滿足樹體對氮素的吸收，進而影響了葡萄產量的增加和品質的提升；另一方面是高氮處理氮肥投入量過高，不僅會影響作物根系的生長[20-21]，還會導致樹體營養生長過旺，生殖生長降低，產量下降[22]；同樣氮素投入過高，造成葡萄體內碳水化合物的大量消耗以及非蛋白質態氮、氨基酸的增加和細胞分裂素的形成，葡萄延遲成熟，影響了產量的增加和品質的提高。這與同一區域‘紅地球’和‘馬瑟蘭’的研究結果類似[23-25]，且在蘋果、梨上也有類似的研究結果[26-27]。

氮肥的最佳用量，必須根據土壤類型、氣候條件、品種、產量水平、養分配比、施肥技術以及其他農藝技術措施等綜合考慮。馬蕾[28]的研究表明，賀蘭山東麓7年生‘紅地球’葡萄全生育期需氮360 kg·hm-2。史祥賓等[29]的研究表明，中國農業科學院果樹研究所葡萄試驗示范園8年生‘紅地球’葡萄每生產1000 kg果實需要氮4.72 kg。本研究中氮處理240 kg·hm-2的氮肥施用量與各研究推薦氮肥施用量有所不同，主要是品種、區域、產量水平、管理措施等條件的不同所致。

有研究表明，不同生長期葡萄根系在土壤中分布變化不大，主要集中在0～40 cm土層，而細根則多分布在5～15 cm土層[30-31]，在作物根系集中分布的區域進行施肥，能夠顯著提高肥料的利用率[32-33]。賀蘭山東麓不同施肥深度對釀酒葡萄葉片養分和產量及品質的影響的研究表明，與20、60 cm施肥深度相比，40 cm施肥深度更有利于提高肥料的利用率，并顯著增加葉片中氮素含量，從而促進葡萄的營養生長，提高產量且改善品質[34]。懷涿盆地施肥深度對葡萄氮素營養特征及土體硝態氮遷移的影響研究表明，與表層撒施和40 cm施肥深度相比，20 cm施肥深度能夠保證‘紅地球’葡萄根系對氮素的吸收利用，提高樹體和果實的吸氮量，更有利于果樹的生長和生殖，并有效降低土壤剖面的硝態氮含量[35]。中國農業科學研究院砬山葡萄試驗示范基地有機無機肥配施對葡萄果實品質和主要礦質營養元素影響的研究表明，與0～20 cm和41～60 cm施肥深度相比，21～40 cm施肥深度有利于葡萄樹體對氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素的吸收，葡萄綜合品質最佳[36]，各研究所得最佳施肥深度的結論不一，主要原因還是各研究試材、土壤和灌水條件、施肥、樹齡等因素不同所致。本研究表明，與40 cm氮肥施用深度相比，20 cm施肥深度能夠顯著增加果實縱徑、粒質量，促進葉片和果實對氮素的吸收，從而提高了果實產量并提升了果實品質，這是因為40 cm的施肥深度層葡萄的根系分布較少，對氮素的吸收能力較弱，加之受當地大水漫灌的影響，氮素更容易淋溶損失，不利于樹體對氮素的吸收，進而影響了葡萄產量的增加和果實品質的提升。

綜合考慮‘紅地球’葡萄產量、果實外觀、果實品質和植株氮含量，本試驗條件下，淺施中氮處理即20 cm的施肥深度和240 kg·hm-2的氮肥施用量，在促進設施‘紅地球’葡萄樹體氮素吸收，保證葡萄產量的同時，提升了‘紅地球’葡萄果實的品質，為祁連山沿山冷涼區葡萄較適宜的氮肥施用方式。