不同施氮措施对“巨玫瑰”葡萄生长发育及品质的影响

杨焕焕，杨占平*，吕中伟，和爱玲，杜 君，薛广原

(1.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;2.河南省农业科学院 园艺研究所,河南 郑州 450002)

葡萄由于适应性强、结果早、易栽培、经济效益高而成为农民建果园的首选果树树种。河南省果树种植面积居全国第5位,其中葡萄栽植面积约为3.33万hm2[1],在我国水果生产中占有重要地位。“巨玫瑰”葡萄是我国目前种植面积较大的自主育成品种[2],具有广阔的发展前景。但是近年来果农在利益的驱使下,通过大量施肥浇水来追求葡萄高产,不仅导致养分资源的严重流失,而且还使土壤环境进一步恶化。合理的养分投入水平能优化土壤质量,过量则易给环境带来巨大压力[3-4];目前大量施用氮肥已导致地下水总体上污染严重[5]。此外,氮、磷、钾等养分的不合理施用还会造成枝条徒长、果实品质下降等一系列问题[6-7]。在葡萄生产中,水肥投入情况直接关系到植株的生殖生长与营养生长[8],合理的水肥管理有助于提高葡萄产量,改善果实品质,优化土壤环境。当前农业要求绿色发展,施氮措施的探讨至关重要,鉴于此,我们在河南省焦作市采用大田试验,研究了不同施氮措施对“巨玫瑰”葡萄生长发育及品质的影响,以期为葡萄安全高效生产提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

供试的葡萄品种为“巨玫瑰”,果园种植年限4年。试验肥料为:尿素(N 46%)、控释尿素(N 43.6%)、过磷酸钙(P2 O5 12%)、氧化钾(K2O 50%)。

试验选择在焦作市农科院的葡萄园进行,土壤类型为褐土，其基本理化性状见表1。

表1 田间供试土壤的基本理化性状

1.2 试验设计

试验共设置了8个处理,具体见表2。各处理在秋冬季每公顷施基肥:腐熟的鸡粪30 t、过磷酸钙750 kg、复合肥750 kg。每个处理3次重复,每个小区面积15 m2(长×宽=6.0 m×2.5 m),每小区种植6株葡萄。

表2 试验各处理的施肥量 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

1.3.1 枝条和叶片生长量调查 在每个处理的小区中,选择长势中庸的葡萄植株2～3株,每株选择1个葡萄新梢做标记。在开始处理后，每周测定1次新梢总长度和基部粗度；在距离母枝1～2 cm处测定新梢基部的粗度,用记号笔对测定点和测定方向做标记,以减少测定误差;在开花期、果实膨大期、硬核期、转色期和成熟期测定新梢上每张叶片的长度和宽度,计算新梢的总叶面积。

1.3.2 果实发育及品质的测定 从花后25 d开始,每处理标记3穗葡萄,每穗标记6粒葡萄(果穗上中下各2粒),每周测定1次其横径大小,直至成熟。另外，分别在转色期、成熟期,采果20粒左右(1个果穗做到上中下均有,各1～2粒),将其放入冰盒中带回实验室，保存在-20 ℃冰箱中,用于果实可溶性固形物及可滴定酸等物质含量的测定。

1.3.3 叶片和果实的采集与处理 分别在膨大期、硬核期、转色期、成熟期采集新梢紧挨果穗上面的第1片主叶30片、果实20～30粒,先用自来水清洗，再用去离子水冲至干净,并用滤纸吸干水分；称完鲜重后,在105 ℃条件下杀青15 min,然后在80 ℃条件下烘干至恒重。粉碎并过34目、0.5 mm筛,将粉末样品置于干燥器中，保存在-20 ℃冰柜中，用于测定矿质元素(N、P、K)的含量。

1.3.4 土壤样品的采集与处理 分别在果实膨大期、硬核期、转色期、成熟期及收获期施肥后,在不同处理区按照散开方式采集0～20、20～40、40～60 cm土层的土壤,每个处理选择2～3个取土点。将采集的土样带回实验室过筛,然后用自封袋取鲜土样40～50 g，放入冰柜中，用于测定硝态氮的含量;将其余的土样做好标签，放置在阴凉通风处风干,用于测定矿质元素(N、P、K)的含量。

在采集土壤样品时应避开施肥带或施肥穴。在离开葡萄定植带或施肥带一定距离处(距定植行30～50 cm或距离施肥带5～10 cm)取样。

1.3.5 测产 在葡萄进入成熟期时,对全小区计产。

1.4 数据分析

数据及方差分析采用IBM SPSS Statistics 22和Excel 2007,作图采用Sigmaplot 10.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同施氮措施对葡萄生长动态的影响

2.1.1 不同施氮措施对葡萄新梢生长长度动态的影响 新梢的长势会影响果树对水分和养分的吸收。新梢的生长从4月初开始直至打顶。由图1可知,在不同施氮肥处理下葡萄新梢长度的变化不同,但趋势基本一致,随着生育期的推进,干物质量不断积累,以营养生长为主,最终直至打顶,新梢长度在87.67～109.00 cm。与对照T8(0-6-0)相比，各施肥处理能够促进新梢的生长。对T1～T4(N0、N6、N12、N18)进行比较,发现随着氮肥施用量的增加,新梢长度先增加后降低,当施氮量为180 kg/hm2时,葡萄新梢生长较好。对T5与T6这两个施肥方式一致的处理进行比较,发现控释肥一次性施入对于新梢生长有较好的促进作用。对施氮量均为180 kg/hm2的T3、T5、T6处理进行比较,发现分次施肥(T3)在促进葡萄新梢生长长度方面效果较好。

2.1.2 不同施氮措施对葡萄新梢基粗度的影响 新梢基粗度也是判断果树是否正常生长发育的重要指标。从图2可以看出：在生长前期，各处理的新梢基粗度变化不大；到6月初,新梢基粗度猛然增加且在各处理间出现差异,其中T5(L12-6-12,控释尿素一次性施入)处理的新梢基粗度处于最大值。通过对T3、T5、T6三个施肥量相同处理之间的比较可知：当不用控释肥时,在肥料分次施入和一次性施入处理之间新梢基粗度相差不大；当氮肥用控释肥时,一次性施入的效果最好。通过对T1～T4氮梯度处理间进行比较，发现在整个生育期间,随着氮用量的增加,新梢基粗度没有表现出一定的规律,但在生长后期,T4(18-6-12)处理处于较高值,说明施氮肥可以增加新梢基粗度。

2.1.3 不同施氮措施对葡萄果实横径的影响 由表3可知,随着生育期的推进,各处理间果粒横径具有相同的增长趋势；后期略有下降，是由果实成熟后发软导致。与T1(0-6-12)和T8(无氮无钾)处理相比，施用氮肥和钾肥可以明显地增加葡萄果粒的横径。通过T1～T4之间的比较,发现施用氮肥可以明显地增加果粒的横径,但并不是氮肥用量越多越好,其中T3(12-6-12)、T5(L12-6-12,控释尿素)、T6(12-6-12,普通尿素)和T7处理在生长的各个阶段表现优异,其中表现最优的为T5处理,其在成熟期的果粒横径较T7(习惯施肥)增加了20.87%,说明在增加葡萄果粒横径方面,施氮量180 kg/hm2较为合适,且控释尿素增加葡萄果粒横径的效果要优于普通尿素。

表3 不同施氮措施对葡萄果粒横径的影响 mm

2.1.4 不同施氮措施对葡萄叶片面积变化动态的影响 叶面积的大小可以反映果树的生长状况、果树的叶片数及植株生长的繁茂程度。叶面积的大小对果树的光合作用有重要影响,因此叶面积会影响果树干物质的累积,从而影响最终的葡萄产量；但当叶面积过大时,光合作用会因光照不足而受到限制,产量也会因此而下降。由图3可见：随着生育期的推进,不同处理下叶面积均呈增加趋势,后期慢慢趋于稳定,数值有所下降也是因为后期叶片掉落所致。在测定初期,各处理的叶面积相差不大,但随着生育的进行,差别慢慢变大,其中T8(无氮无钾)处理、T6(12-6-12)处理和T2(6-6-12)处理在后期叶面积处于较低值,而T1(0-6-12)处理和T7(习惯施肥)处理的叶面积处于较高值，其次是T3(12-6-12,分次施肥)处理和T5(L12-6-12,控释尿素一次性施入)处理且效果相当。通过对氮梯度(T1、T2、T3、T4)处理间的比较,发现叶面积与施氮量之间没有线性关系。通过对施肥量、施肥方式相同而氮肥品种不同的T5和T6处理间比较,发现控释尿素在增加叶面积大小方面要优于普通尿素。

2.2 不同施氮措施对葡萄产量及品质的影响

2.2.1 不同施氮措施对葡萄产量及品质的影响 由表4可知,不同施肥处理对葡萄产量的影响无显著性差异,其中T5(L12-6-12,控释尿素一次性施入)处理的产量达到最高,各处理较T1(0-6-12)处理的增产幅度为3.12%～17.17%;处理T5较T7(习惯施肥)增产3.62%。处理T3(12-6-12,分次施肥)、T5和T6(12-6-12)比较,当施氮量为180 kg/hm2时,控释尿素一次性施入的效果最好；当施用的氮肥为普通尿素时,分次施入的效果好。

表4 不同施氮措施对葡萄产量及品质的影响

随着成熟期的推进,葡萄的可溶性固形物含量增加,而可滴定酸含量降低,固酸比增加。不同的施肥处理对巨玫瑰葡萄的营养品质具有一定的影响。在转色期,处理间可溶性固形物含量达到显著性差异,其中T5处理的含量最高,较T7处理提高了0.23个百分点;在成熟期,T5处理的含量最高，与T1～T4和T8达到显著性差异，但与T6、T7处理间的差异未达到显著水平,T5处理较T7处理提高了1.34个百分点。在转色期,只有T3和T7处理的可滴定酸含量较低并与其他处理间达到了显著性差异;在成熟期,各处理的可滴定酸含量均有不同程度的降低,除了T4处理仍然处于较高值且与其他处理达到显著性差异外,在其他处理间的差异未达到显著性水平,其中T5处理的含量最低,其次为T7处理,T5处理较T7处理降低了0.19个百分点。在转色期,T2、T3、T5和T7处理的固酸比均较T8处理有所增加,其中处理T7的增加幅度最大,增加了21.97%；其次为T3处理，增加了10.40%。在成熟期,T5～T7处理的固酸比分别比T8处理增加了14.41%、5.03%和1.91%,说明在增加固酸比方面,习惯施肥前期效果较好,但到了成熟采摘期效果较差,而T5处理与之相反。

综上所述,T5处理在提高葡萄产量和可溶性固形物含量、降低可滴定酸含量、增加固酸比,从而提高果实风味方面的效果较好。

2.2.2 不同施氮措施对不同时期葡萄叶片和果实养分含量的影响 由图4可知,随着生育进程的推移,葡萄果粒的氮磷钾含量除T6和T7处理在成熟期磷含量有所降低外,其他处理均呈现上升的趋势,其中T5处理在成熟期的氮含量为1.03 g/粒,仅次于达到最高值的T4处理；磷含量为0.45 g/粒,仅次于达到最高值的T3处理；钾含量达到最大值,为1.08 g/粒,较T7分别增加了36.20%、77.93%和56.43%。在不同施氮措施下，叶片氮含量和钾含量随着生育的推进而明显上升,而叶片磷含量没有太大变化。T1处理在3个时期的氮含量方面处于较高值,体现了氮肥施用过量的问题。总体上T5处理在成熟期的氮、磷、钾含量分别达到了7.62、1.04和5.78 g/片,分别较T7增加了36.20%、77.93%和56.43%。

2.3 不同施氮措施对土壤硝态氮含量的影响

由图5可知,随着土壤深度的增加,硝态氮的含量逐渐降低,各个施肥处理的变化趋势不同,其中不施氮肥处理(T1和T8),土壤表层硝态氮含量在3个时期保持较高的水平,这与前期施肥过量有关；而在深层土壤，其硝态氮含量与其他处理相比处在低水平。氮梯度处理间相比,在果实膨大期,各个土层硝态氮含量的趋势为T4(N18)>T2(N6)>T3(N12)处理;在转色期, 0～20 cm土层氮含量的趋势为T2(N6)>T3(N12)>T4(N18),20～40 cm和40～60 cm土层氮含量的趋势为T2(N6)>T4(N18)>T3(N12);成熟期均为T2(N6)>T3(N12)>T4(N18),说明当施氮量为90 kg/hm2时,土壤硝态氮含量在各个时期均保持在较高的水平，这有利于植株对氮素的吸收；但在转色期和成熟期,土壤表层硝态氮含量远高于其他处理。对施氮量均为180 kg/hm2的T3、T5和T6处理进行比较,发现T3处理的土壤表层硝态氮含量随着生育期的推进呈逐渐增加的趋势,而T6处理的土壤表层硝态氮含量随着生育期的推进呈降低的趋势,说明对于普通氮肥而言,分次施入的效果优于一次性施入的效果;T5处理在3个时期的表层土壤都能保持适宜的硝态氮含量,向下淋溶少,从而能保证植株对氮素的吸收。

3 讨论

氮是植物体内众多有机化合物例如蛋白质、核酸、叶绿素、酶等的重要组分,氮素在植物需求的众多营养元素中尤为重要,它不仅影响植物的生长,而且对产量及品质也有明显的作用[9-10 ]。葡萄的生长发育离不开氮肥,合理的氮肥施用不仅能促进葡萄的营养生长和生殖生长,而且能够保护土壤环境[11-12]。

王贵芳等[13]研究表明适宜浓度的尿素叶面肥能促进樱桃的叶片及新梢生长。金方伦等[14]研究表明合理的施肥措施可以增加新梢的生长量。在本研究中，增施氮肥可以促进葡萄新梢长度和新梢基粗度的增加,氮肥施用过多或过少对葡萄植株的生长都会造成不好的效果,180 kg/hm2是较为合适的氮肥施用量；在施肥方式上，分次施肥在增加葡萄新梢长度方面效果最好,控释尿素一次性施入在增加新梢基粗度方面效果最好。施肥可以增加葡萄的叶面积。宋阳等[15]的研究表明随着施氮量的增加,葡萄果树的叶片长与宽都明显增加，从而有效地扩大叶面积。叶面积的大小会影响植物光合作用的强弱,光合作用是植物体累积养分、储存能量的基础[16-18]。本研究发现，在不施氮肥处理下葡萄叶面积达到最高值,其次是农民习惯施肥处理,而无氮无钾处理下叶面积处于最低值,一方面说明往年氮肥的过量施用造成土壤中储存了较多的氮素,另一方面也验证了钾离子能够促进氮素向地上部转移[19-20]。在正常情况下,光合作用越强,作物的产量越高,但是在本研究的各处理下葡萄的产量未达到显著性差异,分析其原因：一方面可能是长期习惯施肥造成土壤本身储存的氮素处在一个较为丰富的状态,致使各处理在产量方面的差异不明显；另一方面葡萄的生长阶段分为营养生长和生殖生长,两者相互依存又互相制约,本试验中农民习惯施肥处理的叶面积过大，致使葡萄叶片重叠,能够进行光合作用的有效叶面积减少,当营养生长过剩时就会对葡萄的产量以及品质造成一定的影响[21-23]。施肥可以提高果实的品质。有关研究表明合理施肥可以使葡萄糖度、可滴定酸含量、固酸比等品质指标均有所改善[24-26]。但并不是施肥量越高越好,过量施肥可能导致葡萄着色差、口味不佳[27-28]。本研究结果表明：当施氮量为180 kg/hm2时,控释肥一次性施入处理可以显著增加葡萄果粒的横径,提高果实中可溶性固形物含量，降低可滴定酸含量,增加固酸比,有效地改善葡萄的果实品质,效果最佳。过量施肥不仅会造成农业资源的浪费,而且还会对土壤环境造成一定的负担,最终给农业生产带来不利的结果[29-31]。本研究发现所有处理在0～60 cm土层的硝态氮含量处在一个较高的水平,说明农明长期习惯施肥造成土体里面的氮残留过多,除了被植物体吸收利用外,其他的氮素进入地下水从而造成水体污染。控释尿素可以贴近葡萄的生长规律释放氮素供植物体吸收利用,从而有效地避免氮肥损失。

4 结论

在本试验条件下,180 kg/hm2是较为合适的氮肥施入量；控释尿素一次性施入在促进新梢生长、增加新梢基粗度和葡萄果粒横径、提高果实中可溶性固形物含量、降低可滴定酸含量、增加固酸比方面效果最佳。