葡萄氮素吸收利用与累积年周期变化规律

马文娟,同延安,高义民

(西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100)

葡萄是一种外观与风味俱佳、营养丰富的果品。目前世界葡萄栽培面积732.6×104hm2,年产量6653×104t(FAO统计资料);据中国农业统计年鉴数据显示,2007年我国葡萄种植面积和产量已达54.5×104hm2和669.7×104t。尽管我国葡萄生产发展迅速,但同世界主要的葡萄生产国相比,我国在葡萄生产方面存在的问题较多,如管理的粗放性、施肥的盲目性、葡萄品质普遍不高等。

大量研究[1-3]表明,科学施肥是葡萄树体正常生长及生产优质果实的基础[4]。葡萄的施肥应按照其生长发育规律,进行平衡施肥或配方施肥。目前针对施肥的研究多集中在施肥比例和施肥数量及其对产量和品质的影响方面[5-6],对葡萄不同发育阶段和年周期需肥规律研究较少。本文试图通过对红地球葡萄生育期内不同器官氮含量和累积动态进行定量研究,初步确定红地球葡萄对氮素的吸收和利用规律,以期为葡萄树合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

葡萄试验设在陕西扶风县揉谷乡新集村,位于暖温带半湿润偏旱气候区,年降水量550～650 mm。供试品种为7年树龄的红地球,栽植密度1 m×2.5 m,果园土壤为土 ,一年灌溉一次,由于果农的精细管理,全园果树长势较一致。试验前取该葡萄园基础土样(0—40 cm),测得全氮1.05 g/kg、速效磷17.8 mg/kg、速效钾为145 mg/kg,有机质9.9 g/kg。上年果实采收后按农民习惯施肥,每株基施纯氮、磷、钾的量分别为 0 .12、0.05、0.06 kg,施入深度为40 cm,施肥方式穴施;开花前7 d每株追施纯氮0.06 kg,全园管理方式相同。试验前在园中选取18株葡萄树挂牌标记,作为试材;选取原则为地面到枝条分叉处高度最相近,主干粗度相同,剪枝后留枝条数及粗度相同,无病虫害、结果正常的葡萄树。

1.2 研究方法

本试验于2006年进行。每次在18株标记试材中选择三株长势基本一致的葡萄树,作为3次重复。取样时间分别为萌芽期(3月30日)、新梢旺长期(5月10日)、幼果期(6月30日)、果实膨大期(8月20日)、果实成熟期(9月30日)及果树休眠期(11月30日)。每次采样方法相同,即按果实、叶片、新梢、枝条(指除新梢外的其他老枝)、主干和根系解析;根系收集距主干半径50 cm范围内,深0～100 cm的坑中的所有根;称量各器官总鲜重,用不锈钢刀分离枝条、主干及根系的皮层和木质部。植株样品剪碎,在100～105℃度下杀酶 15 min,然后在70～80℃烘干至恒重。样品粉碎后,用浓H2SO4-H2O2消解,Tector 5020流动注射分析仪测定氮含量。氮累积量(kg/hm2)=氮含量(g/kg)×植株数器官干重(kg/plant)×种植密度(plant/hm2)。

文中数据为3株树的平均值。数据采用EXCEL和DPS软件处理分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄树生物量与氮累积年周期变化

大量研究表明,不同时期生物量变化与养分状况有密切的关系[7]。由图1生物量变化曲线看出,主要生长期内葡萄树生物量净增加12369 kg/hm2,其中地上部增加了 10539 kg/hm2,占总增加量的85.2%;从萌芽期(3月30日)到新梢旺长期(5月10日),整株生物量累积从5391 kg/hm2增加到5779 kg/hm2,增加7.2%;新梢旺长期至果实膨大期(8月20日),生物量增加到15500 kg/hm2,净增加量9722 kg/hm2,占总增加量的78.6%。葡萄成熟期(9月30日),整株生物量累积达到峰值21233 kg/hm2。果实成熟期之后,由于果实的采收、落叶及越冬前对葡萄进行冬剪,整株生物量呈下降趋势。地上部生物量与整株生物量的变化规律相似。

与地上部生长量相比,根系生物量年周期内变化不大,但总体呈缓慢增加趋势,年周期内根系生物量增加1830 kg/hm2。刘俊等[8]对龙眼葡萄根系分布情况进行了研究,其结果表明,定植后3年内,根系生长速度较快;以后进入结果期,生长速度逐渐变缓。另有研究证明,果树局部自疏与更新贯穿于整个生命周期,吸收根的死亡与更新在生命的初始阶段就已发生,随之须根和低级次根也发生更新现象[9]。王建[10]研究了10年生猕猴桃树,同样发现根系年生长量较小,总量维持在一个平衡状态,休眠期旧的根系会有较多脱落。

图1 葡萄树生物量与氮累积年周期变化Fig.1 Annual changes of biomass and N accumulation in grape tree

葡萄树氮累积年周期变化与生物量累积趋势相似。随生育期的延长,氮累积量逐渐增加。从萌芽期到新梢旺长期,整株氮累积量从30.3 kg/hm2增加到31.1kg/hm2;新稍旺长期以后,由于展叶、春梢萌发及果树开花,氮累积量迅速增加,成熟期达到累积峰值,为128 kg/hm2。成熟期以后,由于葡萄果实的采收、落叶及冬季修剪枝条携走大部分氮素,使氮累积量大幅下降,到休眠期(11月 30日)降到 60.1 kg/hm2。

地上部氮素累积与整株累积相似。根系氮累积年周期内呈先降低后增加的趋势。萌芽期开始,根系贮存的氮素供应葡萄植株地上部器官建造,根系累积量下降;到幼果期(6月30日)累积量最低,为12.98 kg/hm2。幼果期以后累积量开始增加,到休眠期(11月30日)累积量达到22.87 kg/hm2,增加量为9.89 kg/hm2。年周期内根系氮累积总量为 2.64 kg/hm2。

2.2 葡萄树体不同器官氮含量与累积的变化

2.2.1 葡萄树新生器官氮含量与累积量 葡萄树新生器官(果实、叶片和新梢)中氮含量与氮累积变化见表1。叶片中氮含量随叶龄增加而降低,可能是随叶片生长氮素被稀释。新稍旺长期(5月10日)到幼果期(6月30日),叶片氮含量由30.17 g/kg降到22.37 g/kg,降低26%,达到显著差异水平;幼果期(6月30日)以后,叶片氮含量持续降低,到果实膨大期(8月20日)叶片氮含量降为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%。这与秦嗣军等[11]研究结果相似,即葡萄叶氮含量在生长期内趋于下降,落叶前降到最低值。孙权[12]认为,葡萄由营养生长转入生殖生长,叶片氮含量下降。年周期内果实中氮含量总趋势表现为前期高后期低;幼果期到果实膨大期,果实氮含量由12.23 g/kg降为7.94 g/kg,降低幅度35%;到成熟期,果实氮含量降至6.63 g/kg。新梢中氮含量也呈下降趋势,幼果期到果实膨大期,新梢氮含量降低了16%;成熟期至休眠期,氮含量降为3.76 kg/hm2,下降幅度9%。新生器官中氮累积量随果树生长而不断增加,葡萄树年周期不同生育阶段以叶片氮累积量较多,年周期内叶片氮累积量为35.09 kg/hm2,其中有两个快速增长阶段,即新梢旺长期和花期,氮累积量分别增加了17.88 kg/hm2和11.37 kg/hm2;占总累积量的51%和32.4%。年周期内果实氮累积量为32.27 kg/hm2,幼果期(6月30日)到果实膨大期(8月20日)累积幅度最大,累积量为14.12 kg/hm2,占总累积量的44%,其余56%的氮素在果实膨大期至成熟期吸收;收获期新梢氮累积量最高,为28.11 kg/hm2,秋季修剪枝条带走氮素5.11 kg/hm2,最终新梢氮累积量为23 kg/hm2。

表1 叶片、果实及新梢中氮含量与累积的变化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变化 全生育期内葡萄树不同器官中氮含量可分三个阶段(见图2)。第一阶段:萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),枝条、主干、根系中氮含量呈下降趋势,枝条、主干及根系氮含量降低幅度分别为27.6%、32.9%、41%,说明此段物候期内枝条、主干、根系吸收补充的氮素量小于向外输出,而且根系输出的氮素大于主干和枝条的。第二阶段:幼果期(6月30日)到果实膨大期(8月20日),枝条与主干中氮含量均有所增加,增加幅度分别为14.6%、17.7%,根系氮含量继续降低。第三阶段:果实膨大期(8月20日)到休眠期(11月30日),枝条与主干的氮含量下降,分别降低了0.41 g/kg和1.17 g/kg;根系氮含量开始增加,增加量为2.41 g/kg。年周期内氮含量顺序为根系＞枝条＞主干。

图2 葡萄树不同器官中氮含量周年变化Fig.2 Annual changes of N content in different organs of grape tree

2.2.3 不同器官氮累积年周期变化 生育期内枝条、主干、根系的氮累积量变化如表2,可以看出,枝条与主干氮累积量随着生育期的延长而增加,虽然生育期内氮含量呈降低趋势,但生物量不断增加,故累积量亦增加,枝条与主干年吸氮量分别为2.57 kg/hm2和1.56 kg/hm2;根系氮累积量生育期内表现为先降低再升高的趋势。萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),根系氮累积量从20.23 kg/hm2降为12.98 kg/hm2,降低了35.8%;幼果期以后根系氮累积量开始增加;果实膨大期至成熟期(8月20日到 9月 30日),根系氮累积量增加 5.65 kg/hm2,增加幅度最大,为 40%;到休眠期(11月30日),根系氮累积量达到22.87 kg/hm2,年周期根系净吸氮量为2.64 kg/hm2。

表2 葡萄树不同器官氮累积变化(kg/hm2)Table 2 N accumulation in different organs of grape tree

2.2.4 不同器官皮层与木质部的氮含量 由图3可知,葡萄树枝条、主干和根系皮层(左)与木质部(右)中氮含量的动态变化,枝条与主干皮层氮含量均在萌芽期最高,以后随着生育期的延长而逐渐降低,枝条皮层氮含量在花前与果实采收后下降幅度较大,分别降低了28.5%和41.6%;主干皮层氮含量在花期降幅较大,由 4.89 g/kg降为4.17 g/kg,降低了14.7%;根系皮层氮含量从萌芽期的8.94 g/kg降低至果实膨大期(8月20日)的4.83 g/kg,降低幅度为46%,此后根系皮层氮含量呈增加趋势,到休眠期(11月30日)达到5.65 g/kg。生育期内根系皮层氮含量为根系＞枝条＞主干。

图3 葡萄树不同器官皮层与木质部氮含量动态变化Fig.3 Dynamic changes of N content in cortex and xylem of grape tree

葡萄树主干木质部氮含量整个生育期内呈逐渐降低的趋势;枝条木质部氮含量前期稍有升高后期降低;根系木质部含量变化与枝条相反。根系木质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,氮含量开始增加,休眠期(11月30日)氮含量达到2.83 g/kg。主干氮含量生育期内变化范围为2.67～1.54 g/kg;萌芽期到果实膨大期(3月30日到8月20日),枝条木质部氮含量由2.07 g/kg增加至2.8 g/kg,增加35%,果实膨大期以后开始降低,到休眠期降为1.47 g/kg。

从图3还可看出,葡萄树各器官皮层氮含量在不同生育阶段均高于对应器官木质部氮含量。

2.3 不同器官氮素贮存变化

由表3可知,7年生红地球葡萄树生育期内(葡萄产量18 t/hm2)果实与叶片年带走65.36 kg/hm2的氮。新梢最终吸氮量为23 kg/hm2,修剪带走5.11 kg/hm2;而枝条、主干、根系年吸氮量则分别为2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2;葡萄树休眠期(11月30日)植株氮累积量为60.1 kg/hm2,不包括果实与叶片带走的氮素,以及修剪枝条带走的那一部分,事实上将葡萄植株各器官吸氮量累加可知,年周期内葡萄树从土壤中吸收氮素总量为97.13 kg/hm2。新梢旺长期和果实膨大期吸收量显著,分别吸收氮素38 kg/hm2和29.6 kg/hm2,占吸收总量的39%和30.5%。

表3 葡萄树各器官氮累积量变化(kg/hm2)Table 3 N accumulation in different organs of grape tree

本研究表明,每生产1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg。张志勇[13]对酿酒葡萄“赤霞珠”养分累积动态进行研究后认为,每生产1000 kg赤霞珠葡萄需要氮素量为5.95 kg。因此,建议在花期之前即新梢旺长期(这时花芽正继续分化,新梢即将开始旺盛生长,需要大量氮素养分)和落花后果实膨大期(这次追肥不但能促进幼果膨大,而且有利于花芽分化,这一阶段是葡萄生长的旺盛期,也是决定第二年产量的关键时期)补施氮肥。

3 讨论

植物生长发育过程中要连续不断地从外界吸收养分,以满足生命活动的需要,但各生育期需肥特点却有所差异,因此肥料在不同时期施用,其所产生的效果不同,其中某一时期施肥的效果最好,这个时期即为植物营养的最大效率期。本试验葡萄树新梢旺长期和果实膨大期吸氮量大,分别吸收氮素38 kg/hm2和 29.6 kg/hm2,占吸收总量的 39%和30.5%,因此葡萄树氮素营养的最大效率期在新梢旺长期到果实膨大期。

生长季节内葡萄树从土壤中吸收氮素总量为97.13 kg/hm2,其中果实与叶片年携走氮65.36 kg/hm2,新梢最终吸氮量为23 kg/hm2,而枝、主干、根系年吸氮量则分别为2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2。本研究结果表明,每形成1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg,低于张志勇等[13]对“赤霞珠”的研究结果5.95 kg和秦嗣军[11]对12年生双优山葡萄的研究结果8.44 kg,但高于葡萄研究协作网[14]对6年生巨峰的研究结果3.91 kg。按照果树合理施肥量=(果树吸收量-土壤供应量)/肥料利用率,土壤供应量按吸收量的1/3计,肥料利用率为50%[15],本研究推荐合理施氮量为129.5 kg/hm2(产量18 t/hm2),其中秋季果实采收后基施 39.4 kg/hm2,新梢旺长期和浆果膨大期分别施50.7 kg/hm2和 39.4 kg/hm2。

合理的养分施用量,不仅可以提高产量,还能有效提高肥料利用率。不同地区由于土壤、气候、品种等条件的差异,其适宜的肥料用量、配比也不同。因此,葡萄生产中,要根据葡萄品种、树龄和土壤条件等多种因素制定施肥方案。

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