氮肥对设施‘红地球’葡萄品质及植株氮含量的影响

李强，史星雲，陈岩辉，叶芳，胡芳，韩登山，何彩*，李春玲，杨宪龙

（1. 武威市林业科学研究院，甘肃武威 733000；2. 湖州市农业科技发展中心，浙江湖州 313000；3. 武威市农业技术推广中心，甘肃武威 733000；4. 兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020）

氮素是果树生长发育所必须的矿质营养元素中的核心元素，能够促进光合作用和营养生长，从而保障植株正常生长发育[1-2]。适宜的氮素供应不仅能提高作物产量、改善作物品质，而且能提高土壤肥力和环境效益，降低氮素淋溶损失和残留[3-4]。氮肥施用量过低，无法满足树体对氮素的吸收，限制了产量和品质的提升[5]；而氮肥施用量过高，造成树体营养元素吸收失衡，不利于果实品质的改善且对环境造成不利影响[6-7]。Zhou等[8]研究表明，果园长期过量施用氮肥，0～400 cm土层土壤硝态氮累积量高达2155 kg·hm-2，显著高于菜地、农田氮累积量。残存在土壤中的硝态氮，会通过地表径流、淋溶、氨挥发以及反硝化等途径进入水体和大气中，对生态环境造成影响[9-10]。氮肥施用深度不合适同样影响树体对氮素的吸收，浅施时容易造成作物根系上浮，导致作物根系破坏，不耐旱；深施时作物根系无法吸收，且氮素极易随灌水或降水淋失到深层[11-12]。既能提高作物单产，同时又能降低因氮肥施用而导致的环境风险是未来农业发展的必然选择[13]。

葡萄为世界四大果树之一，对气候和土壤的适应性强，其果实具有丰富的营养价值[14]。合理的氮肥施用管理是保证果实产量和品质的前提，对促进葡萄产业可持续稳定发展尤为重要[15-16]。武威地处河西走廊东端，具有发展设施葡萄独特的冷凉气候条件，设施延后栽培的葡萄果粒大、肉质硬脆、糖分高，而且可以错峰上市，经济效益显著。自2005年引种以来，已成为当地农民致富的支柱产业，但祁连山沿山冷凉区有关设施‘红地球’葡萄氮肥施用管理的研究相对较少。因此，本研究以祁连山沿山冷凉区设施‘红地球’葡萄为研究对象，通过两年田间试验，调查氮肥不同施用深度和施用量对设施‘红地球’葡萄产量、果实品质以及成熟期果实、叶片、叶柄氮含量的影响，以期为该区域设施‘红地球’葡萄氮肥合理施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验地点位于甘肃省武威市凉州区谢河镇叶家村葡萄种植基地（102°44′E、37°40′N），海拔1632 m，年平均降雨量160 mm，年均蒸发量2020 mm，平均气温7.8 ℃，无霜期154 d，日照时数2873.4 h，温带大陆性干旱气候。设施葡萄大棚为南北行向，长60 m，宽12 m，株行距0.8 m×2.5 m，直立主干水平龙干V形。

1.2 田间试验设计

试验于2020年1月—2021年12月期间进行。以4年生‘红地球’葡萄为试材，设置施肥深度和施氮量两个因素，施肥深度设20 cm（浅施D1）、40 cm（深施D2）两个水平；施氮量参照当地施氮水平，设低氮N1（180 kg·hm-2）、中氮N2（240 kg·hm-2）、高氮N3（300 kg·hm-2）3个水平，共6个处理。试验采用随机区组设计，每小区长6.4 m，宽2.5 m，面积16 m2，每处理重复3次。具体氮肥施用量、施用时间和施用深度见表1。

表1 氮肥施用量、施用深度和施用时间Table 1 The nitrogen application amounts, depths and times

选取生长中庸、长势一致且无病虫害的植株，每小区8株葡萄，前后均设保护株。施肥方法：在距主干30 cm处的两边分别开条形沟，沟宽为60 cm，将所施肥料混匀沟施后覆土。磷肥为过磷酸钙，施肥量225 kg·hm-2P2O5；钾肥为硫酸钾，施肥量225 kg·hm-2K2O。试验用羊粪做基肥（45 m3·hm-2），施肥后进行传统沟灌，全生育期灌水7 次，每次灌水量750 m3·hm-2。其它整形修剪、病虫害防治等按常规进行。

1.3 试验方法

1.3.1 采收时间

分别于葡萄成熟期（2020年11月10日和2021年11月13日），每小区随机采集结果部位一致、穗型相近且无病虫害的果穗10穗；同时每小区葡萄植株分上、中、下三层随机采取葡萄叶100片，采后保鲜立即带回实验室进行相关处理与指标测定。

1.3.2 产量测定

每小区葡萄单独采收，用电子秤测定各小区全部葡萄的产量。

1.3.3 采收期果实品质测定

每个小区分别从样品果穗的上中下随机选取100粒果实，用电子天平（百分之一）测定总质量，并计算其粒质量；用游标卡尺分别测定果实纵横径，然后将60粒果实压出汁液，用于可溶性固形物与可滴定酸含量的测定，其余40粒用液氮速冻后超低温冰箱中保存，用于可溶性糖、Vc含量的测定。其中，可溶性固形物含量采用PAL-福型手持糖度计测定，可滴定酸采用NaOH滴定法测定[17]，可溶性糖采用蒽酮试剂比色法测定[17]，Vc采用菲咯啉比色法[17]。

1.3.4 成熟期果实、叶片、叶柄氮含量测定

每个重复随机从10穗果的上中下部采集果实6粒，共计60粒；同时剪取100片叶的叶柄和叶片，分别将果实、叶片和叶柄烘干粉碎后保存，用H2SO4-H2O2法消解，半微量法测定全氮含量。

1.4 数据分析

数据统计分析和图表制作采用Microsoft Excel 2007及DPS 7.05软件（Duncan新复极差法）进行。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对设施‘红地球’产量的影响

从表2可以看出，氮肥施用深度和施用量对葡萄产量影响显著，但二者交互作用对葡萄产量影响不显著。无论氮肥深施或浅施，中氮与高氮处理之间产量差异不显著，但均显著高于低氮处理。其中浅施条件下，中氮处理与低氮处理相比，2020年和2021年葡萄产量显著增加22.62%和43.18%；深施条件下，中氮处理与低氮处理相比，2020年和2021年葡萄产量分别增加36.45%和47.44%。

表2 不同氮肥处理对设施‘红地球’葡萄产量的影响Table 2 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on yields of 'Red Globe' grapevine in facility cultivatio n kg·hm-2

同一施氮水平下，浅施处理葡萄产量均显著高于深施处理。2020年，低氮、中氮、高氮条件下，浅施处理较深施处理葡萄产量显著增加22.19%、9.80%、10.95%；2021年显著增加15.69%、12.34%、9.75%。由此可以得出，在节约资源的基础上，浅施、中氮处理较有利于葡萄产量的提高。

2.2 氮肥处理对设施‘红地球’果实外观的影响

由表3可以看出，氮肥施用深度和施用量对葡萄果实横径影响不显著，对葡萄果实纵径和粒质量影响显著，二者交互作用对果实外观影响不显著。

表3 不同氮肥处理对设施‘红地球’葡萄果实外观质量的影响Table 3 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit appearance of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

随着氮肥施用量从低氮处理增加到中氮处理，氮肥施用深度相同时葡萄果实横径没有明显变化，果实纵径和粒质量显著增加；氮肥浅施条件下，2020年葡萄果实纵径和粒质量显著增加5.53%、14.31%，2021年显著增加3.74%、11.97%；氮肥深施条件下，2020年葡萄果实纵径和粒质量显著增加5.26%、18.45%，2021年显著增加3.63%、14.02%。氮肥施用量从中氮处理增加到高氮处理，葡萄果实外观没有发生明显变化。

同一施氮水平下，随着氮肥施用深度的增加，葡萄果实横径没有明显变化，果实纵径显著降低，果实粒质量降低。2020年，与深施处理相比，浅施处理在低氮水平下，果实纵径、粒质量显著提高1.56%、10.39%；在中氮水平下，果实纵径、粒质量显著提高1.82%、6.53%；在高氮水平下，果实纵径显著提高1.12%。2021年，与深施处理相比，浅施处理在低氮水平下，果实纵径、粒质量显著提高1.74%、10.57%；在中氮水平下，果实纵径、粒质量显著提高1.85%、8.59%；在高氮水平下，果实纵径、粒质量显著提高1.51%、12.22%。可见，在该研究条件下，浅施中氮处理可以明显促进葡萄果实纵横径的增加，并提升果实的粒质量。

2.3 不同氮肥处理对果实理化指标的影响

由表4可知，氮肥施用深度对葡萄果实可滴定酸含量影响不显著，对葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影响显著。氮肥施用量对果实各理化指标均影响显著，二者交互作用对可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影响显著，只在2021年对可滴定酸含量影响不显著。

表4 不同氮肥处理对设施‘红地球’葡萄果实品质的影响Table 4 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit quality of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

氮肥浅施条件下，与低氮处理相比，中氮处理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量显著增加16.62%、5.64%、15.18%，2021年显著增加13.43%、11.92%、14.55%；随着氮肥施用量从中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量显著增加25.53%和24.49%，从2020年到2021年，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量变化不明显。氮肥深施条件下，与低氮处理相比，中氮处理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量显著增加19.03%、6.01%、13.89%，2021年显著增加14.04%、13.70%、14.02%；随着氮肥施用量从中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量显著增加26.67%和28.89%，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量差异不显著。同一施氮水平下，随着氮肥施用深度的增加，葡萄可滴定酸含量两年变化趋势不一致，但葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量均显著降低。可见，氮肥施用量过低或者过深均不利于葡萄果实品质的提升，而氮肥施用量过高，虽然保证了葡萄果实可溶性固形物、可溶性糖含量和Vc含量，同样也增加了果实可滴定酸含量，但导致果实品质总体下降。

2.4 不同氮肥处理对植株氮含量的影响

从表5可以看出，氮肥施用深度对葡萄成熟期果实和叶片氮含量影响显著，对叶柄氮含量影响不显著，氮肥施用量对葡萄成熟期果实、叶片、叶柄氮含量均影响显著，施氮量和施氮深度交互作用对葡萄成熟期果实和叶柄氮含量影响不显著，2020年对叶片氮含量影响显著。

表5 不同氮肥处理对设施‘红地球’葡萄成熟期果实、叶片和叶柄氮含量的影响Table 5 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on the N content in fruits, leaves and leafstalks of 'Red Globe' grapevine at maturity in facility cultivation g·kg-1

氮肥浅施条件下，与低氮处理相比，中氮处理2020年葡萄成熟期果实、叶片、叶柄氮含量显著增加41.50%、23.06%、21.85%，2021年显著增加49.46%、46.88%、36.13%；氮肥深施条件下，与低氮处理相比，中氮处理2020年葡萄成熟期果实、叶片、叶柄氮含量显著增加50.30%、20.26%、23.18%，2021年显著增加52.00%、39.85%、40.67%。无论是氮肥浅施还是深施，中氮与高氮处理之间，植株氮含量差异不显著。氮肥施用量相同时，随着氮肥施用深度的增加，成熟期果实和叶片氮含量总体呈降低趋势，叶柄氮含量变化不明显。可见，浅施中氮处理更有利于促进氮素在叶片和果实中的累积。

3 讨论与结论

氮是作物生长发育过程中最活跃的营养元素。作物缺氮时，蛋白质、叶绿素形成受阻，细胞分裂减少，影响产量的提高和品质的提升；氮素供应过多时，作物吸收大量氮素，用于叶绿素、氨基酸及蛋白质的形成，作物体内的碳水化合物大量消耗，细胞壁变薄，机械支持力减弱，同时由于体内氮素过多，非蛋白质态氮增加，糖和淀粉含量减少，另外细胞内氨基酸增多，促进细胞分裂素形成，使作物延迟成熟[18-19]。

本研究表明，氮肥施用量对‘红地球’葡萄产量和果实纵径、粒质量、可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量以及成熟期果实和叶片氮含量影响显著。中氮处理（240 kg·hm-2）相对于低氮处理（180 kg·hm-2），在显著提升葡萄产量、果实外观质量及内在品质的同时，促进了果实和叶片对氮素的吸收；中氮处理相对于高氮处理（300 kg·hm-2），在降低氮肥施用量的同时，保证了葡萄的产量、品质及氮素的累积吸收。一方面是低氮处理氮肥投入量过低，无法满足树体对氮素的吸收，进而影响了葡萄产量的增加和品质的提升；另一方面是高氮处理氮肥投入量过高，不仅会影响作物根系的生长[20-21]，还会导致树体营养生长过旺，生殖生长降低，产量下降[22]；同样氮素投入过高，造成葡萄体内碳水化合物的大量消耗以及非蛋白质态氮、氨基酸的增加和细胞分裂素的形成，葡萄延迟成熟，影响了产量的增加和品质的提高。这与同一区域‘红地球’和‘马瑟兰’的研究结果类似[23-25]，且在苹果、梨上也有类似的研究结果[26-27]。

氮肥的最佳用量，必须根据土壤类型、气候条件、品种、产量水平、养分配比、施肥技术以及其他农艺技术措施等综合考虑。马蕾[28]的研究表明，贺兰山东麓7年生‘红地球’葡萄全生育期需氮360 kg·hm-2。史祥宾等[29]的研究表明，中国农业科学院果树研究所葡萄试验示范园8年生‘红地球’葡萄每生产1000 kg果实需要氮4.72 kg。本研究中氮处理240 kg·hm-2的氮肥施用量与各研究推荐氮肥施用量有所不同，主要是品种、区域、产量水平、管理措施等条件的不同所致。

有研究表明，不同生长期葡萄根系在土壤中分布变化不大，主要集中在0～40 cm土层，而细根则多分布在5～15 cm土层[30-31]，在作物根系集中分布的区域进行施肥，能够显著提高肥料的利用率[32-33]。贺兰山东麓不同施肥深度对酿酒葡萄叶片养分和产量及品质的影响的研究表明，与20、60 cm施肥深度相比，40 cm施肥深度更有利于提高肥料的利用率，并显著增加叶片中氮素含量，从而促进葡萄的营养生长，提高产量且改善品质[34]。怀涿盆地施肥深度对葡萄氮素营养特征及土体硝态氮迁移的影响研究表明，与表层撒施和40 cm施肥深度相比，20 cm施肥深度能够保证‘红地球’葡萄根系对氮素的吸收利用，提高树体和果实的吸氮量，更有利于果树的生长和生殖，并有效降低土壤剖面的硝态氮含量[35]。中国农业科学研究院砬山葡萄试验示范基地有机无机肥配施对葡萄果实品质和主要矿质营养元素影响的研究表明，与0～20 cm和41～60 cm施肥深度相比，21～40 cm施肥深度有利于葡萄树体对氮、磷、钾、钙、镁等元素的吸收，葡萄综合品质最佳[36]，各研究所得最佳施肥深度的结论不一，主要原因还是各研究试材、土壤和灌水条件、施肥、树龄等因素不同所致。本研究表明，与40 cm氮肥施用深度相比，20 cm施肥深度能够显著增加果实纵径、粒质量，促进叶片和果实对氮素的吸收，从而提高了果实产量并提升了果实品质，这是因为40 cm的施肥深度层葡萄的根系分布较少，对氮素的吸收能力较弱，加之受当地大水漫灌的影响，氮素更容易淋溶损失，不利于树体对氮素的吸收，进而影响了葡萄产量的增加和果实品质的提升。

综合考虑‘红地球’葡萄产量、果实外观、果实品质和植株氮含量，本试验条件下，浅施中氮处理即20 cm的施肥深度和240 kg·hm-2的氮肥施用量，在促进设施‘红地球’葡萄树体氮素吸收，保证葡萄产量的同时，提升了‘红地球’葡萄果实的品质，为祁连山沿山冷凉区葡萄较适宜的氮肥施用方式。