减量施肥对葡萄产量、养分吸收及土壤养分残留的影响

吕中伟，郭战玲，张 柯，吴文莹，娄玉穗，杨占平

(1.河南省农业科学院 园艺研究所，河南 郑州 450002；2.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002)

为实现国家化肥使用量零增长，促进农业绿色可持续发展，需要在不同作物上开展减肥增效工作[1]。葡萄具有丰富的营养价值和很高的医药价值[2-3]。随着国民经济的发展，乡村振兴战略的大力实施，国家土地政策的调整和栽培技术的提高，葡萄产业因具见效快、收益高、适应性强等突出优点，逐渐成为农业产业结构调整中的主导产业，各地均掀起了葡萄种植热。2018年，我国葡萄产量达1 366.7万t，居世界第1位，其中河南省葡萄产量达77万t[4]。与此同时，葡萄产业化生产潜在问题日益凸显，其中过量施用化肥的问题尤为突出和普遍[5-7]，不仅增加了用工用肥成本，而且超过植株的吸收及土壤固持能力，不仅达不到增产效果，还使得养分大量残留在土壤中，尤其是盈余的氮素绝大部分以硝态氮的形态在土壤剖面中积累，在灌溉和强降雨时很容易引起淋洗损失，进入地下水，威胁人类健康[8-10]。因此，科学合理施肥是葡萄产业绿色发展的关键问题。前人研究多关注葡萄的产量及品质，对于养分的投入与土壤残留的研究报道较少[11-12]。鉴于此，通过田间试验，探讨减量及简化施肥对阳光玫瑰葡萄果实发育、产量、养分吸收及土壤养分残留的影响，以期筛选最佳的施肥量及施肥次数，为阳光玫瑰葡萄的高效生态栽培提供一定的科学施肥依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于郑州市高新技术开发区，属暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.2 ℃，无霜期220 d，全年日照时间约2 400 h，年均降水量649.9 mm。土壤类型为轻质潮土，有机质含量12.9 g/kg，全氮含量0.94 g/kg，速效养分含量见表1。土壤容重：0～20 cm，1.43 g/cm3；20～40 cm，1.52 g/cm3；40～60 cm，1.49 g/cm3；60～80 cm，1.43 g/cm3；80～100 cm，1.38 g/cm3。灌排条件良好。

表1 土壤基础肥力Tab.1 Soil fertility mg/kg

1.2 试验设计

试验共设置4个处理，每个处理重复3次，小区面积6 m×9 m，随机区组排列。处理1(CF)：常规施肥，通过实地调查获得的当地农民习惯施肥，复合肥1 350 kg/hm2，分3次施入；处理2(RF)：常规施肥减量30%，复合肥945 kg/hm2，分3次施入；处理3(SF)：简化施肥，复合肥900 kg/hm2，硫酸钾450 kg/hm2，分2次施入；处理4(RSF)：简化施肥减量30%，复合肥630 kg/hm2，硫酸钾315 kg/hm2，分2次施入。具体施肥时间及施肥量见表2。4个处理基肥全部用有机肥20 000 kg/hm2、复合肥(N-P2O5-K2O，14-16-15)、硫酸钾(K2O，54%)。试验选用葡萄品种为阳光玫瑰，种植密度为2 250株/hm2，株距1.5 m、行距3.0 m，高宽垂架型，生育期内各小区田间管理一致。

表2 不同处理施肥时间和施肥量Tab.2 Fertilization frequency and amount of different treatments kg/hm2

1.3 测定项目及方法

1.3.1 果实发育、产量及养分吸收量 在果实膨大期,转色前、中、后期,成熟期采集各小区大小均一的3个果穗，随机采下20颗果粒，测定单粒质量；在成熟期，每小区采集大小均一的上、中、下部位的果穗及叶片[13]，测定单株葡萄果实及叶片产量，折算出果实产量。采摘20颗果粒和15片叶片测定含水率及N、P、K含量[14]。

1.3.2 土壤养分含量 在成熟期采集1 m深土壤样品，每20 cm一层，测定每层土壤硝态氮、速效磷、速效钾含量[14]。计算0～100 cm土体硝态氮残留量，0～60 cm土体速效磷、速效钾残留量。土体硝态氮(速效磷、速效钾)残留量(kg/hm2)=土壤硝态氮(速效磷、速效钾)含量(mg/kg)×土壤容重(g/cm3)×土层厚度(cm)/10。

1.4 数据处理

运用SPSS Statistics 21 和Excel 2007对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理对葡萄果实发育和产量的影响

由图1可以看出，阳光玫瑰的果实单粒质量表现为慢-快-慢-失重的变化趋势[15-17]，果实发育前期各处理间无明显差别，转色中期—成熟期，RF处理单粒质量增速相对平稳，SF处理增速相对较快，CF、RSF处理先增加，后期快速降低。

从表3可以看出，阳光玫瑰果实鲜质量在14 386～14 829 kg/hm2，果实干质量在3 035～3 279 kg/hm2，果实含水率在77.9%～78.9%。CF处理果实鲜质量及果实干质量相对较低，与RF、SF处理差异显著，可见减量及简化施肥不仅能不同程度提高葡萄果实鲜质量及干质量，还能降低葡萄水分含量，其中RF处理果实含水率最低，为77.9%。

图1 不同处理对葡萄果实发育的影响Fig.1 Effects of different treatments on grape fruit development

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同。
Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 5% level,the same below.

2.2 不同处理对葡萄养分吸收量的影响

从表4可以看出，葡萄果实对氮、磷、钾养分的吸收主要以钾素为主，其次是氮，对磷的吸收相对较低。葡萄果实对氮素的吸收量在13.9～15.2 kg/hm2，CF最高，与其他3个处理差异显著，其他3个处理间差异不显著；磷吸收量在3.0～3.2 kg/hm2，处理间差异不显著；果实钾吸收量在27.8～29.1 kg/hm2，RSF处理最低，与RF、SF处理差异显著，与CF处理差异不显著。叶片对养分的吸收以氮为主，其次是钾，磷吸收量相对较低。叶片氮吸收量在22.3～25.5 kg/hm2，CF处理较低，与RF及SF处理差异显著，与RSF处理差异不显著；磷吸收量在2.2～2.7 kg/hm2，CF处理与RF及SF处理差异显著，与RSF差异不显著；钾吸收量在5.7～6.7 kg/hm2，CF处理最低，与其他3个处理差异显著。所以综合果实和叶片对养分的吸收，4个施肥模式中，RF处理养分总投入量少，吸收量相对较高，为最优处理。

表4 不同处理对葡萄果实和叶片养分吸收量的影响Tab.4 Effects of different treatments on nutrient absorption of grape fruit and leaf kg/hm2

2.3 不同处理对土壤养分残留量的影响

2.3.1 硝态氮 从图2可以看出，阳光玫瑰葡萄收获期，不同土层硝态氮含量在34.8～109.9 mg/kg，各处理间差异明显，其中20～40 cm含量比较高，在60～100 cm的土层中也积累了大量的硝态氮。由表5可以看出，0～100 cm土体中硝态氮残留量在791.3～1 005.1 kg/hm2，其中CF和SF处理较高，与其他处理差异显著。对氮肥投入总量与硝态氮残留量做相关性分析发现，两者呈正相关关系，相关系数为0.611，所以控制氮肥投入总量是减少土壤中硝态氮残留量的有效措施。RF及RSF处理氮肥投入总量相对较低，硝态氮残留量较少，对环境相对安全。

2.3.2 速效磷、速效钾 从图3可以看出，葡萄收获期，土层中速效磷主要集中在0～40 cm，其中0～20 cm其含量在27.6～44.7 mg/kg，20～40 cm其含量在35.7～53.5 mg/kg，40～60 cm其含量在0.4～5.2 mg/kg。从表6可以看出，0～60 cm土体中速效磷残留量表现为CF>RF>SF>RSF，RF和SF差异不显著，与其他处理差异显著。从图4可以看出，土层中速效钾含量在106.2～560.2 mg/kg，其中0～20 cm最高，在212.4～560.2 mg/kg；20～40 cm相对较低，在129.3～151.4 mg/kg；40～60 cm最低，在106.2～129.4 mg/kg。说明少量钾肥可迁移到更深土层，而更多一部分则积累在土壤表层[18]。0～60 cm土体中速效钾残留量表现为SF>RSF>CF>RF(表6)，SF和RSF处理施肥模式中钾肥的用量过大。

图2 不同深度土层硝态氮含量Fig.2 Nitrate N content in different soil depths

表5 不同处理土壤硝态氮残留量Tab.5 Soil nitrate N residue of different treatments kg/hm2

图3 不同深度土层速效磷含量Fig.3 Available P content in different soil depths

表6 不同处理土壤速效磷、速效钾残留量Tab.6 Soil available P and available K amount of different treatments kg/hm2

图4 不同深度土层速效钾含量Fig.4 Available K content in different soil depths

3 结论与讨论

过量施肥不仅能降低肥料利用率，增加生产成本，而且会降低葡萄的产量[11]，导致土壤中养分大量残留，易发生挥发、淋溶、径流等流失[19]。在满足葡萄正常生长发育对养分的需求下，合理减量施肥，减少肥料投入，不仅不会造成葡萄产量的下降，而且能提高葡萄产量，降低养分流失造成面源污染的风险[20-21]。

本研究结果表明，与CF相比，RF、SF、RSF处理均能提高葡萄果实鲜质量，降低含水率，提高叶片对氮、磷、钾的吸收量，降低0～100 cm土体硝态氮的残留量；SF、RSF处理明显增加0～60 cm土体速效钾残留量。其中，RF处理果实鲜质量增加3.1%，含水率降低1.0个百分点，叶片氮、磷、钾吸收量提高13.9%、22.7%、14.0%，果实钾吸收量提高2.5%，0～100 cm土体硝态氮残留量降低16.4%，0～60 cm速效磷及速效钾残留量分别降低16.6%和12.7%，为最优施肥模式。对比我国北方葡萄丰产稳产园施纯N 187.5～225 kg/hm2、P2O5150～187.5 kg/hm2、K2O 150～225 kg/hm2[7]，RF处理施肥模式养分总投入量少，降低了生产成本，增加了葡萄产量，提高了经济效益，而且降低了土壤中速效养分的残留，保护了生态环境[20]，可在生产上推广应用。