施氮量对葡萄叶片生理生化指标及果实品质的影响

2021-02-24贺雅娟卢慧慧郭艳兰贾进李文芳毛娟马宗桓陈佰鸿

甘肃农业大学学报 2021年6期

贺雅娟，卢慧慧，郭艳兰，贾进，李文芳，毛娟，马宗桓，陈佰鸿

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070；2.兰州中检科测试技术有限公司，甘肃兰州 730070；3.武威市林业科学研究院，甘肃武威 733000；4.甘肃红桥庄园葡萄酒有限公司，甘肃张掖 734200)

植物激素能调控植物个体的生长和发育，植物激素之间通过相互作用，对果树花芽分化、萌芽、果实生长发育产生影响[1].氮素是果树生长发育过程中不可或缺的核心元素，适宜时期施氮能够促进葡萄叶片中多种激素含量的积累，并且以萌芽期和新梢旺长期施入氮肥效果最为显著[2].在富士苹果种植过程中施氮量50～200 kg/hm2时，可显著增加春梢旺长期和缓长期茎尖、细根中的IAA和GA含量，同时ZR和ABA含量随施氮量的增加而减少[3].IAA含量与梨树新梢抽发和快速生长存在一定的相关性[4]，GA在控制树体大小上起着至关重要的作用[5].可见，内源激素作为信号分子在时间和空间上调控着植物生长发育的许多过程.

葡萄对氮肥的需求量较大，在生产中，氮肥的合理施用有利于葡萄枝叶数量的增加，增强树势[6]，并且适量的氮肥对树体花芽分化、产量及品质形成具有重要作用[7].关于葡萄氮肥施用量已有大量研究，氮处理下(施N量41 g/株)巨峰葡萄可溶性固形物含量和糖酸比显著高于其他处理[8]，也有研究对不同氮素形态下巨峰葡萄果实品质进行了分析，认为尿素及适当的硝态氮配比能够促进果实的生长，提高了果实的总糖量、糖酸比、维生素C、花青素等品质性状[9].纯氮施用量为480 kg/hm2时，酿酒葡萄叶片净光合速率和蒸腾速率最大，促进了叶片对CO2的吸收[10].葡萄幼苗株施300 mg硫酸铵能够显著提高SPS、AI、NI和α-淀粉酶活性，增加叶片蔗糖和淀粉的积累，促进幼苗生长[11].在马瑟兰葡萄上研究发现，300 kg/hm2的尿素施用量提高了叶片中α-淀粉酶、β-淀粉酶和SPS酶活性，进而有利于叶片中营养物质的运输和利用[12].在对树龄4 a的沙巴拉树葡萄中的研究结果表明，氮肥0.1 kg/株能够增大树葡萄冠幅，比对照提高15.37%，氮肥0.2 kg/株有利于树葡萄株高生长，比对照增加15.51%[13].根据前人研究表明，一定范围内施用氮肥可以促进葡萄果实膨大，显著提高果皮总酚、花色苷和黄酮类物质含量[14-15]；施用氮素还有利于提前花期、增加果实生长期，从而推迟果实成熟期[16].

目前，不同施氮量对葡萄果实品质影响的研究已有较多报道[2,8-10,12,15,17-18]，根据前人研究结果表明施氮量不足不利于树体的生长发育，施氮量过多又会造成葡萄果实品质下降，因此施入适量的氮素是葡萄栽培的关键，故本研究结合武威地区土壤特性及气候条件设置不同氮素施用量，通过测定葡萄叶片的生长发育状况及果实品质指标，探索施氮量对葡萄果实品质及产量的影响.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2016～2018年在武威市黄羊镇莫高葡萄酒原料基地进行，连续3 a在试验区按照试验设计进行水肥管理，于2018年田间取样，在甘肃农业大学园艺学院果树生理与生物技术实验室完成内源激素水平的测定.该地区土壤类型以砾质沙壤土为主，年降水量191 mm，蒸发量2 130.8 mm，年平均日照时数为2 724.8 h，年平均温度6.9 ℃，无霜期约160 d，生产期光照充足，昼夜温差大.土壤有机质为0.62%，pH值7.8，速效氮0.9 g/kg，速效磷22 mg/kg，速效钾123 mg/kg.

1.2 试验材料

试验所用材料为树龄8 a的黑比诺葡萄，单篱架栽培，株行距为1 m×3 m.采用滴灌灌水，尿素随水施入，葡萄植株两侧开沟分别施入过磷酸钙750 kg/hm2，硫酸钾825 kg/hm2，过磷酸钙在出土后第1次灌水前施入，硫酸钾在果实转色期施入.滴灌带为大禹节水有限公司生产，壁厚0.2 mm，滴孔间距30 cm，单孔出水量3 L/h，灌水量及时间参照“武威莫高酿造葡萄滴灌配水定额表”进行，在试验中根据实际情况有所调整.试验共设置15个小区，每小区为一个处理，设置3个生物学重复，各处理随机分布.为提高试验的可信度，小区面积设置为240 m2，每个小区定植40株葡萄.

1.3 试验设计

在整个生育期分别施入尿素150(N150)、300(N300)、450(N450)和600 kg/hm2(N600)作为不同施氮处理,对照为整个生育期不施氮肥(N0).根据各生育期需肥特点，按以下比例分别施入，萌芽前(4月25日)30%、新梢旺长期(5月15日)30%、开花期(6月5日)10%、果实第1次膨大期(6月25日)20%、果实第2次膨大期(8月25日)10%.分别于5月31日(花前5 d，DBF5)、6月30日(花后25 d，DAF25)、7月31日(花后55 d，DAF55)、8月31日(花后85 d，DAF85)和10月1日(花后116 d，DAF116)进行采样.采样于晴天早上9:00～10:00进行，每个处理选取60片叶子，其中30片用于叶面积、干鲜比及其他指标的测定，另外30片去除叶脉后称取5 g，经液氮速冻后置于超低温冰箱内保存；于果实成熟期在各处理小区内树体上、中、下3个部位各采摘1串葡萄，装入自封袋标记后放入4 ℃冰箱待测，果实品质指标测定时分别从果穗上、中、下3个部位进行取样.

1.4 测定项目与方法

1.4.1 内源激素的提取与测定赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZT)和脱落酸(ABA)含量的测定采用高效液相色谱法[19].

1.4.2 叶片指标的测定叶面积用YMJ-C型叶面积测定仪测定.叶片在取样后立即用电子天平称鲜质量，然后置于80℃烘干48 h，烘干后用电子天平秤干质量.比叶质量和干鲜比通过以下公式计算：

比叶质量(g/cm2)=叶片鲜质量(g)/叶面积(cm2)

干鲜比=干质量(g)/鲜质量(g)

叶片可溶性糖采用蒽酮比色法[20]进行测定；全碳含量采用K2Cr2O7容量法[21]进行测定；全氮含量采用凯氏定氮法[22]进行测定.

1.4.3 果实指标的测定果实可溶性糖及可滴定酸的测定分别采用蒽酮比色法和NaOH滴定法[23]；果皮单宁及花青素的含量测定分别采用香草醛盐酸法[24]和pH示差法[25].

2 结果与分析

2.1 施氮量对葡萄叶片内源激素水平的影响

由图1-A可知，施氮增加了各生育期叶片中ZT的含量，叶片发育过程中ZT含量在DBF5和DAF55最低.在DBF5时，施氮量在N0～N450范围内叶片中ZT含量逐渐增加；DAF25时，N300、N450和N600叶片中ZT含量均显著高于N0和N150，且N450叶片中ZT含量最高，为18.3 μg/g；DAF85时，施氮后叶片ZT含量与对照相比显著增加，且N150处理下叶片ZT含量最高，是N0的2倍；DAF116时，N300和N450处理叶片中ZT含量显著高与其他处理，均为N0的1.8倍.葡萄叶片中IAA含量随叶片发育逐渐升高(图1-B)，DBF5时，叶片中IAA含量最低，且各处理间无显著差异；DAF25时，施氮后叶片中IAA含量显著高于N0，且N450处理下叶片IAA含量最高，为30.3 μg/g，是N0的2倍；DAF55以后，随着施氮量的增加叶片中IAA含量均呈现出先升高后下降的趋势，各时期叶片中IAA含量均在N450处理下显著高于其他处理，且该处理下DAF116时叶片中IAA含量达到最高，为49.3 μg/g，是N0的1.7倍.

由图1-C可知，叶片中ABA含量在整个采样期间表现出先上升后降低的趋势，其中在DAF25时达到最高，且以N600处理叶片中ABA含量最高，为37.3 μg/g，是N0的3倍；DAF55时，叶片中ABA含量显著下降，而施氮处理后叶片ABA含量均显著高于N0；DAF85时，N450和N600处理下叶片ABA含量均显著高于N0；DAF116时，叶片中ABA含量增加，N150、N300和N600处理下叶片ABA含量与对照无显著差异.叶片中GA3含量在叶片发育早期逐渐增加，生育后期下降(图1-D).DBF5时，随施氮量的增加，叶片GA3含量依次升高，且各处理之间差异显著；DAF25时，N300、N450和N600叶片中GA3含量均显著高于N0和N150；DAF55时，叶片中GA3含量持续增加，N300处理叶片中GA3含量最高，为10.5 μg/g；DAF85时，随着施氮量的增加叶片中GA3含量逐渐升高；DAF116时，N300处理下叶片中GA3含量显著高于其他处理.

图1 不同施氮量对葡萄叶片内源激素水平的影响Figure 1 Effect of different nitrogen application on endogenous hormone level in grape leaves

2.2 施氮量对叶片生长发育的影响

由表1可知，适量的氮素对叶片面积的增加具有积极作用.DBF5时，N300和N450叶面积显著大于N0及其他处理，N300叶面积最大，为184.85 cm2，是N0的1.52倍.DAF25时，N300、N450和N600叶面积显著大于N0及N150，且前三者之间无显著差异.DAF55和DAF85时叶面积对不同氮素施用量的响应基本一致，N150及以下叶面积无显著差异，N300叶面积达到最大值，分别为213.19 cm2和220.62 cm2.在DAF116时，N300叶面积显著高于其他处理，为224.90 cm2，而其他处理间无显著差异.

不同施氮量对叶片干鲜比的影响较小，不同施氮量处理对DAF25之前叶片的干鲜比无显著影响.DAF55时，N300叶片干鲜比显著低于N0，而N150、N300、N450、N600之间叶片干鲜比无显著差异.DAF85时，与N0相比，N150、N300和N450显著降低了叶片干鲜比，N600和N0无显著差异.DAF116时，所有施氮处理和N0干鲜比均无显著差异.

不同氮素施用量对各时期叶片比叶质量的影响存在差异，氮素施用量对DAF25叶片比叶质量无显著性影响.在DBF5时N300比叶质量显著高于其他处理；在DAF55时N150和N450之间比叶质量无显著差异，分别为20.05和20.29 mg/cm2，但二者均显著高于其他处理；在DAF85时N150比叶质量显著高于其他处理，为20.02 mg/cm2，而其他施氮处理下无显著性差异；DAF116时，各施氮处理比叶质量均高于N0，且不同施氮量叶片比叶质量无显著差异.

表1 不同施氮量对叶片发育的影响

2.3 施氮量对葡萄叶片可溶性糖、总碳及总氮含量的影响

随着施氮量的增加，黑比诺叶片中可溶性糖含量呈现出先升高后下降的趋势，且在不同施氮量处理后，各采样时期叶片中可溶性糖含量的最小值为最大值的71.19%～80.75%.在N300处理下叶片可溶性糖含量在各取样时期均达到最高值；DBF5、DAF25、DAF85和DAF116时在N0处理下可溶性糖含量均为最小；DAF55时N600处理下叶片中可溶性糖含量显著低于其他施氮处理，为126.12 mg/g，与N0无显著性差异.

由表2可知，随着花后天数的增加，黑比诺叶片中全碳含量呈现出逐渐增加的趋势，且在不同采样时期施氮量对叶片全碳含量影响有所不同.在DAF85之前，叶片中全碳含量在N450处理下达到最高，分别为312.63、296.69和333.04 mg/g，而在N600处理下全碳含量有所下降，DAF25和DAF55时在N0处理下全碳含量最低，分别为270.53和284.94 mg/g.DAF85和DAF116时叶片全碳含量在N150处理下达到最高，分别为336.00和331.44 mg/g.随着施氮量的增加，全碳含量逐渐下降，分别在N450和N600处理下降到最低.

由表2可知，黑比诺叶片中全氮含量在开花前显著高于开花后，且随着开花天数的增加，叶片全氮含量在不同施氮量处理后表现出不同程度的降低.N0处理下全氮含量在各采样时期均为最小，随着施氮量的增加叶片中全氮含量呈现出不断增加的趋势，DBF5和DAF55时叶片全氮含量在N450处理下均达到最大值，分别为11.21和6.57 mg/g，而在N600处理下其含量较N450显著降低；DAF25、DAF85和DAF116时叶片全氮含量在N600处理下达到最大，分别为7.52、6.65和6.72 mg/g，且显著高于N0，分别是N0处理的1.25倍、1.62倍和1.33倍.

随着采样时期的推迟，叶片C/N表现出逐渐增加的趋势.随着施氮量的增加，在采样前期叶片C/N缓慢减小，在采样后期叶片C/N显著降低.DBF5、DAF25、DAF85和DAF116时，叶片C/N在高水平施氮量下显著低于N0，而DAF55时叶片C/N值介于49.77～52.30之间，且在不同处理间无显著性差异.

表2 不同施氮量对叶片可溶性糖、总碳及总氮含量的影响

2.4 施氮量对葡萄果实品质及产量的影响

由表3可知，黑比诺葡萄果实可溶性糖含量、糖酸比及花青素含量随着施氮量的增加呈现出先升高后降低的趋势，均在N300处理下达到最大值，且显著高于其他处理.N600处理下果实中可溶性糖含量降到最低，为230.15 mg/g；果实中糖酸比和花青素含量在N300处理下达到最大，分别是N0处理的1.43倍和1.30倍.黑比诺葡萄果实中可滴定酸和单宁含量随着施氮量的增加呈现出先降低后升高的趋势，可滴定酸含量在N0处理下显著高于其他处理，为8.11 mg/mL，在N300处理下降到最低，为6.71 mg/mL；单宁含量在N450处理下显著低于其他处理，为34.96 μg/g，在N600处理下最高，为68.32 μg/g，是前者的1.95倍.不同施氮量对黑比诺葡萄的产量影响较大，N0处理下果实产量显著低于其他处理，为11.14 t/hm2，随着施氮量的增加果实产量逐渐升高，在N600处理下均达到最大值，为15.99 t/hm2，是最小值的1.44倍.

表3 不同施氮量对黑比诺果实品质及产量的影响

3 讨论

现代农业生产中，肥料是作物养分的主要来源，通过施肥改善土壤养分条件，促进作物良好生长，提高产量与品质是农业生产中的重要栽培技术措施[26-28].激素是果树生长的重要调节物质，外界因素对植物生长发育的影响要通过影响内源激素对植物发挥作用[3].激素能够影响果树的生长[5]、枝梢形成[29]以及开花结果[30-31].前人研究表明，根系中ZT水平较高时能够通过树液的流动运送至地上器官，进而激发和诱导枝条中生长型激素的多种变化[32].以春茶优良品种乌牛早为材料，研究不同施氮量对嫩芽内源激素水平的影响，发现中氮处理下，嫩芽中ZT和GA3含量显著高于对照[33].本研究中施氮能够提高叶片中ZT含量，且在DAF116时N300和N450处理叶片ZT含量均达对照的1.8倍，且此时该处理下叶片比叶质量显著高于对照，可见，氮肥可调控内源ZT水平，促进叶片干物质的积累，增加叶片比叶质量.在苹果中发现，随施氮量的增加，在春梢旺长期和缓长期茎尖中IAA和GA3含量有所增加，ABA含量则降低[3]，而IAA及GA3的含量较高时有利于调动植株内营养物质的运输，从而促进叶片的生长[4].本研究中，施氮处理增加了DAF25以后叶片IAA含量，并且N450处理最为显著，N300处理下DAF25、DAF55及DAF116时GA3含量较高，且各处理在对应时期叶面积均显著高于对照，表明合理的氮肥施用量可能改变内源IAA和GA3水平，进而促进叶片的生长.

叶片是植物光合作用的主要部位，氮素水平对叶片生长的影响直接关系到植物光合作用面积，从而对碳水化合物的积累产生影响[34-35].在核桃上研究发现，单株施入氮素分别为0.37、0.74及1.47 kg时，中氮(0.74 kg/株)处理显著增加了整个生育期的叶面积，且在果实膨大期施入对叶片叶绿素相对含量值增加最显著，有利于叶片光合同化能力的改善[36].本研究中氮素施用量为300 kg/hm2时促进了叶面积的增大，且该处理下叶片可溶性糖含量显著高于其他处理，表明在该处理下叶片光合面积的增加促进了叶片中碳水化合物的积累.

氮素施用直接影响了果树对氮素的吸收[37]，进而影响了叶片的光合作用以及光合产物的积累，为果实的生长发育、产量和品质的形成提供物质基础[38]，避免植株由于库源关系的失衡而出现徒长现象.C/N可反应叶片碳代谢与氮代谢的相对强度[38]，研究表明，过量的氮肥施用可加快树体营养生长，营养消耗增加，减少了叶片中糖含量.本研究中N600处理减少了叶片中总碳的积累，有利于总氮含量的增加，降低了叶片中C/N，可能与过量施氮有关.李磊等[39]认为纯氮施用量为360 kg/hm2时能显著提高赤霞珠葡萄果实中可溶性糖与花色苷含量，降低可滴定酸含量，均衡糖酸比，改善酿酒葡萄口味.本研究结果表明，N300处理可显著提高果实中可溶性糖、花青素含量及糖酸比，显著降低果实中酸含量.N600处理显著提高果实产量，这与前人在蛇龙珠葡萄品种的研究结果相一致[18]，但N600处理不利于果实中糖、酸积累，进而使果实糖酸比显著低于N300处理，影响果实口感.李建和等[40]也认为高水平施入氮素会降低果实糖酸比.因此，本研究综合考虑果实品质与产量因素，认为N300处理更有利于果实品质与产量的提高.