叶面喷施不同浓度镁肥对酿酒葡萄光合特性、产量及浆果品质的影响

古超峰 ，张 丽，闫鹏科，张军翔，刘少泉，王 锐,*

(1. 宁夏大学农学院，银川 750021；2. 中国葡萄酒产业技术研究院，银川 750021)

酿酒葡萄种植业是宁夏贺兰山东麓的支柱产业之一，该区土壤类型为砾质灰钙土，中微量元素在pH ＞ 8.5 的土壤移动性差，多年来的连作模式以及长期注重大量元素肥料的投入而很少施用镁肥，导致土壤中有效镁含量降低，酿酒葡萄出现明显的缺镁失绿症，进而出现早衰干枯的现象，严重影响了酿酒葡萄的品质，从而限制了酿酒葡萄产业的发展[1-3]。土壤镁素是植物获取镁的主要来源，土壤酸度、土壤中的离子组成和土壤阳离子的交换量均会影响土壤中有效镁的含量，进而影响植物对镁的吸收[4]。一直以来，大多数人认为我国西北地区石灰性土壤中镁元素的含量丰富，植物缺镁现象主要发生在南方的酸性土壤。但植物对镁离子的吸收很大程度取决于土壤中阳离子的比例，K+、Ca2+、Al3+、H+对Mg2+的吸收具有拮抗作用，其中K+、Ca2+的拮抗最为显著[5-7]。因此，对于西北地区来说，如何对碱性土壤上的作物合理补充镁肥就显得尤为重要。

镁素是植物必须的元素之一。镁离子作为叶绿素的分子中心，对植物的光合作用有着决定性的作用，同时镁离子还与植物体内酶的催化作用有关，对植物的生长发育至关重要[8]。韩艳婷等[9]关于镁对红地球葡萄叶绿体影响的研究表明，缺镁处理的红地球葡萄叶片中Chl a、Chl b 和Chl（a+b）含量较3 mmol·L-1Mg2+处理分别降低38.31%、45.00%和39.69%，Mg2+缺乏会导致葡萄叶片叶绿体结构发生变异，叶绿素合成以及碳代谢受阻，叶绿素含量及光合作用效率降低。马晓丽等[10]关于镁对葡萄叶片和果实品质影响的研究表明，增施镁肥能够显著提高叶片镁、可溶性糖和可溶性蛋白含量，并促进营养物质转运，减少其在叶片中的积累。土壤中施加150 kg·hm-2硫酸镁（MgSO4·7H2O）的果皮花色素含量较未处理提高143.58%，使果皮显著变红，土壤中施加150 kg·hm-2叶面喷施0.4%硫酸镁果实中的可溶性固形物含量较未处理的提高了25.79%，提升了果实内在和外在品质。Zlámalová 等[11]关于镁对葡萄产量影响的研究表明，叶面施镁与未处理相比，增产11.2%。除此之外，土壤中镁含量与葡萄酒的颜色密切相关，Mg 是影响葡萄浆果品质最重要的元素，合理补充镁肥对提升酿酒葡萄品质尤为重要[12]。叶面施肥为植物补充营养提供了一种新的方式，叶面喷施中微量肥料，可对根系吸收中微量元素提供一定的补充，提高作物的产量和品质[13-14]。叶面施肥可让养料通过叶片的角质层和气孔从质膜进入细胞内，然后再分配到植物的其他部位，减少了肥料在土壤中的固定和浪费[15]。

目前针对镁素营养对酸性土壤作物的研究较多，但在碱性土壤上追施镁肥对酿酒葡萄的生理等方面的研究鲜有报道。为了提高贺兰山东麓酿酒葡萄的品质，满足西北地区酿酒葡萄的营养需求，作者以宁夏贺兰山东麓主栽的7 年生“赤霞珠”为试验对象，通过田间试验，在常规施肥的基础上，探究叶面喷施不同浓度的镁肥对酿酒葡萄叶片叶绿素含量以及光合特性、果实品质和产量的影响，以期为碱性土壤条件下酿酒葡萄喷施镁肥提供技术支撑和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年4 月在宁夏贺兰山东麓葡萄园-立兰酒庄（东经105°58′20″，北纬38°16′37″）进行。该酒庄地形平缓、水利条件优越，属于温带大陆性季风气候，平均海拔高度1 129 m，年平均气温8.9 ℃，昼夜温差10～15 ℃，年平均降水量190 mm，全年≥10 ℃积温可达3 000 ℃以上，年平均日照2 860 ～3 102 h，无霜期180 d。气候条件优越，适合酿酒葡萄栽培。土壤类型为砾质灰钙土，基本化学性质见表1。

1.2 试验材料

供试品种为7 年生赤霞珠，南北行向定植，树形为“厂”字型，株行距0.6 m×3.5 m，种植密度4 760 棵·hm-2，灌溉方式为滴灌。

1.3 试验设计

本试验采用单因素随机区组设计，以常规施肥为基础，增施镁肥（MgSO4·7H2O），镁元素含量为9.80%，在酿酒葡萄果实膨大期和转色期以叶面喷施的方式分4 次（6 月30 日、7 月15 日、8 月5 日和8 月25日）进行喷施，将肥料充分溶于喷雾器，于晴天16: 00后周密均匀地喷施在果实和叶面上，以叶片滴液为限。共设6 个处理，每个处理设3 个重复，共18 个小区，每个小区面积40 m2。采用滴灌方式进行常规施肥，具体施肥量如表2 所示，常规施肥为：尿素345 kg·hm-2、磷酸二铵225 kg·hm-2、氮磷钾三元复合肥375 kg·hm-2和硫酸钾450 kg·hm-2。

表1 土壤基本化学性质Table 1 Basic chemical properties of soil

表2 试验设计Table 2 Experimental design

1.4 测定项目与方法

1.4.1 叶片叶绿素含量测定 叶绿素含量参照张宪政等[16]的方法，丙酮—乙醇混合液法，测定色素提取液在645 nm、663 nm 波长下的吸光度值，计算叶片的叶绿素含量，用mg·L-1表示。

1.4.2 光合参数测定 于2019 年8 月17 日—8 月20 日，连续3 d 早晨9:30—11:30，采用LI-6400 便携式光合测量仪测定光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度，每个处理测定3 株，每株读取5 个数值，取其平均数。

1.4.3 酿酒葡萄品质测定 将葡萄果实在液氮中速冻，置于-40℃的超低温冰箱中保存备用，采用手持糖量计测定可溶性固形物的含量，福林-丹尼斯法测定单宁的含量，福林-肖卡法测定总酚的含量，pH示差法测定总花色苷的含量，NaOH 滴定法测定可滴定酸含量[17]。

1.4.4 产量测定 于2019年10月上旬葡萄采收期，对每个小区内的全部果穗进行称重测产，根据小区面积折算出单位面积产量。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 21.0 软件处理分析数据，用origin 2018 作图，显著水平为(P＜0.05，n= 5)，表中数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 镁肥处理对赤霞珠葡萄叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，它在光合作用的光吸收中起核心作用，其含量直接影响光合速率，而镁肥的施用可以增加植株叶绿素的含量，进而提高光合速率。由图1 可知，随着镁肥喷施浓度的提高，葡萄叶片中的叶绿素含量呈现出先上升后下降的趋势，叶面喷施0% ～ 0.27%镁肥，葡萄叶片叶绿素的含量随喷施镁肥浓度的提高而提高，其中，F3 处理中的葡萄叶片Chl a、Chl b、Chl（a+b）含量均为最大值，分别较CK 提高了28.26%、42.81%和32.49%。叶面喷施0.27% ～ 0.45%的镁肥，对葡萄叶片叶绿素的合成有抑制作用，说明增施镁肥对叶片叶绿素的合成具有显著影响。Chl a、Chl b是植物光合作用的主要物质，合理的叶绿素比例也影响植物的光合效率。由图1(a)和图1(b)可以看出，葡萄叶片Chl a 和Chl b 的变化趋势基本一致，但Chl b 较Chl a 变化剧烈，其中F3 处理中的Chl a 和Chl b 较F4 处理分别降低了8.12%和24.07%。由图1(d)可以看出，叶绿素a/叶绿素b（Chl a/Chl b）与叶面喷施镁肥显著相关，处理F3 的Chl a/Chl b 的比值最低，较CK 降低了9.91%，而处理F4 和F5的Chl a/Chl b 比值较CK 分别提高了8.43%和7.70%，表明叶面喷施镁肥对Chl a、Chl b 的影响程度存在差异，镁肥对葡萄叶片Chl b 合成的促进作用更为明显。

2.2 镁肥处理对赤霞珠葡萄叶片光合参数的影响

如图2 所示，叶面喷施镁肥后植物净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均呈现先增高后降低的趋势，而胞间CO2浓度则呈现出先降低后升高的趋势。叶面喷施镁肥与植株净光合速率的关系（图2(a)）显示，叶面喷施镁肥与葡萄叶片净光合速率显著相关，在处理F3 下，植株净光合速率最高，较CK 提高了4.55 μmol·m-2·s-1(CO2)，增幅36.72%。气孔影响植物叶片与外界进行气体交换和水分的散失，气孔导度的大小是衡量气体通过气孔的难易程度。由图2(b)与图2(c)可以看出，镁肥对葡萄叶片的蒸腾速率和气孔导度显著相关，叶面喷施镁肥对酿酒葡萄叶片的蒸腾速率和气孔导度具有相似的效果，处理F3叶片的蒸腾速率最快，较 CK 提高了 2.55 mmol·m-2·s-1(H2O)，增幅65.58%；叶片的气孔导度最大，较CK 提高了168.80 mmol·m-2·s-1(H2O)，增幅100.82%。图2(d)展示了叶面喷施镁肥对葡萄叶片胞间CO2浓度的影响，处理F1、F2、F3 和F4 的胞间CO2浓度均低于CK，其中处理F3 的胞间CO2浓度显著降低，较CK 降低了16.26%。气孔导度与蒸腾速率和净光合速率的变化一致，说明光合速率的升高是由气孔导度的变化引起的，叶面喷施一定浓度的镁肥显著增加了叶片的气孔导度，进而提高了葡萄叶片的净光合速率。

图1 叶面喷施不同浓度镁肥对葡萄叶片叶绿素含量的影响Figure 1 Effects of foliar application of different magnesium concentrations on chlorophyll content of grape leaves

图2 叶面喷施不同浓度镁肥对葡萄叶片光合参数的影响Figure 2 Effects of foliar application of different magnesium concentrations on photosynthetic parameters of grape leaves

2.3 镁肥处理对赤霞珠果实品质的影响

由表3 可知，酿酒葡萄产量随喷施镁肥浓度的增加出现先升高后降低的趋势，相比CK，处理F1—F5产量变化在616.90 ～-81.80 kg·hm-2，处理F3 的产量最高，为8 165.40 kg·hm-2，较CK 提高8.17%。叶面喷施镁肥对酿酒葡萄浆果品质有着重要影响，可溶性固形物主要是指可溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等，是评价酿酒葡萄浆果品质的重要指标，叶面喷施镁肥各处理葡萄浆果中可溶性固形物的含量均有不同程度的降低，但与CK 之间的差异不显著。酚类物质的含量决定葡萄酒的风味和质地，镁肥喷施浓度与总酚含量显著相关，并随着镁肥施用量的增加总酚的含量先升高后降低，处理F3 的含量最高，为16.45 mg·g-1，较CK 提高了11.22%，单宁的含量决定葡萄酒的口感，未施镁肥的CK 酿酒葡萄浆果中的含量最低，仅为12.29 mg·g-1，与处理F5 差异不显著，但与处理F1、F2、F3 和F4 具有明显差异。处理F4 的含量最高，达到13.99 mg·g-1，较CK 提高了13.78%。花色苷含量决定葡萄酒的色度，可滴定酸的含量与酿酒葡萄浆果的成熟度有关，喷施镁肥的各处理，葡萄浆果中花色苷和可滴定酸的含量均高于CK，其中处理F3 的含量均最高，分别较CK 提高了29.60%和11.69%，但喷施镁肥处理与CK 浆果中花色苷和可滴定酸含量差异不显著。糖酸比是衡量葡萄果实成熟的重要标志，同时也对葡萄酒的酒精度起关键作用，叶面喷施镁肥对葡萄浆果糖酸的平衡也有一定的作用，在叶面喷施镁肥处理下，浆果的糖酸比均有一定程度的降低，其大小顺序依次为：CK ＞ F1 ＞ F5 ＞ F2 ＞ F4 ＞ F3。

表3 叶面喷施不同浓度镁肥对葡萄果实品质的影响Table 3 Effects of foliar application of different magnesium concentrations on the quality of grape fruit

表4 产量与品质的相关性分析Table 4 Correlation analysis between yield and quality

表5 主成分得分与综合得分Table 5 Principal component score and comprehensive score

2.4 赤霞珠产量与品质相关性分析和主成分分析

在探讨喷施镁肥对酿酒葡萄果实品质和产量的影响中，仅通过单一的指标无法进行准确评价，因此，本试验采用主成分分析法，选取葡萄叶片叶绿素含量、光合参数、酿酒葡萄产量及品质指标共13项数据为评价指标，进行综合分析，科学准确筛选出最佳的处理方案。产量与品质的相关性分析结果（表4）表明，酿酒葡萄产量与Chl b、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度呈极显著正相关，与Chl a、花色苷呈显著正相关，与胞间CO2浓度呈显著负相关。由表5 可以看出，第一主成分和第二主成分的贡献率分别为79.41%和13.52%，累计贡献率为92.93%＞85%，表明主成分分析结果基本涵盖浆果产量和品质全部信息，施镁处理F1、F2、F3 和F4 的综合得分均高于CK 处理，F3 处理综合得分最高，为1.263 38，故叶面喷施0.27%镁肥（MgSO4）效果最佳。

3 讨论与结论

3.1 镁处理对葡萄叶片叶绿素和光合能力的影响

叶绿素是维持植物生命活动必不可少的物质，对植物养分的合成、积累转运具用重要意义[18]。本试验发现，叶面喷施一定浓度的镁肥可以显著提高酿酒葡萄叶片叶绿素的含量，Chl a/Chl b 的比值与镁肥的施用量有关，这与韩艳婷等[9]在镁肥对红地球葡萄叶绿素结构及光合响应的研究和王芳等[19]在镁对大豆叶片叶绿素含量的研究结果一致。可能是因为Mg2+是叶绿素分子的中心，是叶绿素正常结构所必须的，占叶绿素分子的2.7%，植物缺镁从而导致相关蛋白合成受阻[20]，但过量的Mg2+对葡萄有盐害作用，与Chl a 相比，Chl b 对盐害更敏感[21]。

镁除了参与合成叶绿素外，Mg2+对光合电子传递效率、PSⅡ活性和光合碳代谢等活动都有明显影响[22]。本试验发现，叶面喷施镁肥浓度低于0.27%，叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均随喷镁浓度的提高逐渐增加。在黄瓜[23]、辣椒[24]、蜜柑[25]、葡萄[26]等均证实增施镁肥可以提高光合速率，这与本试验的研究结果类似。可能是镁肥促进叶绿素的合成，同时提高了PSⅡ电子传递效率以及Fv和Fv/Fm的比值，促使植物将更多的光能转化为电能，并且气孔导度的增大也促进H2O 和CO2进入细胞，进而提高植株的光合速率。本试验发现，随着镁肥施用量的增加，叶片气孔导度、蒸腾速率降低时，植物光合速率也随之下降，这与韩艳婷等[27]认为镁用量大时会抑制葡萄的光合特性的结果一致。原因可能在于当镁肥施用量过大，使植物处于逆境条件，气孔开度降低，影响植物叶片与外界进行气体交换导致植物光合速率下降[28-29]。

3.2 镁对葡萄浆果品质和产量的影响

增施镁肥可以提高酿酒葡萄的品质和产量，镁元素虽说对植物无害，但过量的镁肥带来的化学残留会影响浆果质量以及葡萄酒的品质[30]。本研究发现，增施镁肥后，酿酒葡萄果实中的可溶性固形物有一定的降低，这与王锐等[31]关于中微量元素对酿酒葡萄品质影响的研究结果一致，可能是因为叶面喷施镁肥促进了葡萄浆果糖酸的转换，但与马晓丽等[10]关于镁对葡萄可溶性固形物影响的研究结果相反，可能是研究的葡萄品种差异所引起的。酚类物质是葡萄酒存在差异的主要原因之一，同时也决定葡萄酒的口感、色泽和贮藏寿命，酚类物质可分为：类黄酮酚和非类黄酮酚。在我国西北地区，由于夏季干旱少雨，昼夜温差大，导致酿酒葡萄浆果中糖分快速积累达到采收要求，但此时酚类物质含量低，对葡萄酒的品质带来影响。本研究发现，施镁与酿酒葡萄浆果中总酚、单宁的含量显著相关，施镁处理酿酒葡萄浆果中单宁的含量较CK 均有提高，其中处理F4 酿酒葡萄浆果中单宁的含量最高，为13.99 mg·g-1，较CK 处理提高了13.78%。Sinilal等[33]关于镁对红葡萄细胞花青素影响的结果表明，镁处理可以增加红葡萄细胞花青素的积累，降低花青素的分解代谢，这与本试验的研究结果一致。这与葡萄浆果中大部分的单宁由黄酮类化合物转化而来有关，单宁含量的增加可能是因为增施镁肥促使黄酮类化合物的合成，进而增加了葡萄浆果中单宁的含量。本试验还发现，增施镁肥对提高果实总花色苷含量有一定影响，所有处理较CK 均有所提高，这与周开兵等[34]对镁肥促进妃子笑荔枝果皮着色的研究、马晓丽等[10]关于镁肥对葡萄果实品质影响的结果一致。可能是因为几乎所有的磷酸化酶和激酶都需要Mg2+来活化，这些酶促进了呼吸和光合中间代谢产物的合成，这些中间代谢产物是合成花色苷的原料。酿酒葡萄浆果中酚类物质主要是花色苷和单宁，总酚含量的提高可能是因为Mg 促进单宁、花色苷含量的增加[35]，这与Rupp 等[30]在关于叶面喷施镁肥对葡萄酒品质影响的研究中发现叶面施镁可以提高酚类物质含量的结果一致。本试验发现，增施镁肥赤霞珠浆果中可滴定酸的含量无明显升高或降低，这与王锐等[31]对酿酒葡萄增施微量元素对果实品质的影响的研究结果一致。但Zlámalová 等[11]在红乳葡萄增施镁肥对葡萄浆果品质的试验中发现，葡萄浆果可滴定酸的含量有一定的降低，可能是由于酿酒葡萄品种以及风土条件不同引起的，因此还需要长期的定位实验来揭示更为普遍的规律。

本试验发现，叶面喷施镁肥浓度与产量显著相关，增施镁肥可以提高酿酒葡萄的产量，这与Zlámalová 等[11]的研究结果相一致，但镁肥施用量增大，会造成产量降低，可能是因为过量的镁会对植物产生毒害作用从而影响了产量。

在西北砾质灰钙土上，叶面喷施镁肥可以调节酿酒葡萄叶片叶绿素含量以及光合特性，增加果实酚类物质的含量，改善浆果品质，提高酿酒葡萄的产量，但过度增施镁肥不利于酿酒葡萄的生产。综合分析得出在酿酒葡萄果实膨大期和转色期4 次喷施0.27%镁肥，叶片叶绿素含量、净光合速率，葡萄浆果可溶性固形物、可滴定酸、总花色苷、总酚以及产量均维持在较高水平，是该土壤环境下叶面喷施镁肥的最佳浓度。