李強(qiáng)，史星雲(yún)，陳巖輝，葉芳，胡芳，韓登山，何彩*，李春玲，楊憲龍

（1. 武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅武威 733000；2. 湖州市農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中心，浙江湖州 313000；3. 武威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅武威 733000；4. 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅蘭州 730020）

氮素是果樹生長發(fā)育所必須的礦質(zhì)營養(yǎng)元素中的核心元素，能夠促進(jìn)光合作用和營養(yǎng)生長，從而保障植株正常生長發(fā)育[1-2]。適宜的氮素供應(yīng)不僅能提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)，而且能提高土壤肥力和環(huán)境效益，降低氮素淋溶損失和殘留[3-4]。氮肥施用量過低，無法滿足樹體對氮素的吸收，限制了產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[5]；而氮肥施用量過高，造成樹體營養(yǎng)元素吸收失衡，不利于果實(shí)品質(zhì)的改善且對環(huán)境造成不利影響[6-7]。Zhou等[8]研究表明，果園長期過量施用氮肥，0～400 cm土層土壤硝態(tài)氮累積量高達(dá)2155 kg·hm-2，顯著高于菜地、農(nóng)田氮累積量。殘存在土壤中的硝態(tài)氮，會(huì)通過地表徑流、淋溶、氨揮發(fā)以及反硝化等途徑進(jìn)入水體和大氣中，對生態(tài)環(huán)境造成影響[9-10]。氮肥施用深度不合適同樣影響樹體對氮素的吸收，淺施時(shí)容易造成作物根系上浮，導(dǎo)致作物根系破壞，不耐旱；深施時(shí)作物根系無法吸收，且氮素極易隨灌水或降水淋失到深層[11-12]。既能提高作物單產(chǎn)，同時(shí)又能降低因氮肥施用而導(dǎo)致的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇[13]。

葡萄為世界四大果樹之一，對氣候和土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，其果實(shí)具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值[14]。合理的氮肥施用管理是保證果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的前提，對促進(jìn)葡萄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展尤為重要[15-16]。武威地處河西走廊東端，具有發(fā)展設(shè)施葡萄獨(dú)特的冷涼氣候條件，設(shè)施延后栽培的葡萄果粒大、肉質(zhì)硬脆、糖分高，而且可以錯(cuò)峰上市，經(jīng)濟(jì)效益顯著。自2005年引種以來，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)，但祁連山沿山冷涼區(qū)有關(guān)設(shè)施‘紅地球’葡萄氮肥施用管理的研究相對較少。因此，本研究以祁連山沿山冷涼區(qū)設(shè)施‘紅地球’葡萄為研究對象，通過兩年田間試驗(yàn)，調(diào)查氮肥不同施用深度和施用量對設(shè)施‘紅地球’葡萄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)以及成熟期果實(shí)、葉片、葉柄氮含量的影響，以期為該區(qū)域設(shè)施‘紅地球’葡萄氮肥合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于甘肅省武威市涼州區(qū)謝河鎮(zhèn)葉家村葡萄種植基地（102°44′E、37°40′N），海拔1632 m，年平均降雨量160 mm，年均蒸發(fā)量2020 mm，平均氣溫7.8 ℃，無霜期154 d，日照時(shí)數(shù)2873.4 h，溫帶大陸性干旱氣候。設(shè)施葡萄大棚為南北行向，長60 m，寬12 m，株行距0.8 m×2.5 m，直立主干水平龍干V形。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年1月—2021年12月期間進(jìn)行。以4年生‘紅地球’葡萄為試材，設(shè)置施肥深度和施氮量兩個(gè)因素，施肥深度設(shè)20 cm（淺施D1）、40 cm（深施D2）兩個(gè)水平；施氮量參照當(dāng)?shù)厥┑?，設(shè)低氮N1（180 kg·hm-2）、中氮N2（240 kg·hm-2）、高氮N3（300 kg·hm-2）3個(gè)水平，共6個(gè)處理。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每小區(qū)長6.4 m，寬2.5 m，面積16 m2，每處理重復(fù)3次。具體氮肥施用量、施用時(shí)間和施用深度見表1。

表1 氮肥施用量、施用深度和施用時(shí)間Table 1 The nitrogen application amounts, depths and times

選取生長中庸、長勢一致且無病蟲害的植株，每小區(qū)8株葡萄，前后均設(shè)保護(hù)株。施肥方法：在距主干30 cm處的兩邊分別開條形溝，溝寬為60 cm，將所施肥料混勻溝施后覆土。磷肥為過磷酸鈣，施肥量225 kg·hm-2P2O5；鉀肥為硫酸鉀，施肥量225 kg·hm-2K2O。試驗(yàn)用羊糞做基肥（45 m3·hm-2），施肥后進(jìn)行傳統(tǒng)溝灌，全生育期灌水7 次，每次灌水量750 m3·hm-2。其它整形修剪、病蟲害防治等按常規(guī)進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 采收時(shí)間

分別于葡萄成熟期（2020年11月10日和2021年11月13日），每小區(qū)隨機(jī)采集結(jié)果部位一致、穗型相近且無病蟲害的果穗10穗；同時(shí)每小區(qū)葡萄植株分上、中、下三層隨機(jī)采取葡萄葉100片，采后保鮮立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)處理與指標(biāo)測定。

1.3.2 產(chǎn)量測定

每小區(qū)葡萄單獨(dú)采收，用電子秤測定各小區(qū)全部葡萄的產(chǎn)量。

1.3.3 采收期果實(shí)品質(zhì)測定

每個(gè)小區(qū)分別從樣品果穗的上中下隨機(jī)選取100粒果實(shí)，用電子天平（百分之一）測定總質(zhì)量，并計(jì)算其粒質(zhì)量；用游標(biāo)卡尺分別測定果實(shí)縱橫徑，然后將60粒果實(shí)壓出汁液，用于可溶性固形物與可滴定酸含量的測定，其余40粒用液氮速凍后超低溫冰箱中保存，用于可溶性糖、Vc含量的測定。其中，可溶性固形物含量采用PAL-福型手持糖度計(jì)測定，可滴定酸采用NaOH滴定法測定[17]，可溶性糖采用蒽酮試劑比色法測定[17]，Vc采用菲咯啉比色法[17]。

1.3.4 成熟期果實(shí)、葉片、葉柄氮含量測定

每個(gè)重復(fù)隨機(jī)從10穗果的上中下部采集果實(shí)6粒，共計(jì)60粒；同時(shí)剪取100片葉的葉柄和葉片，分別將果實(shí)、葉片和葉柄烘干粉碎后保存，用H2SO4-H2O2法消解，半微量法測定全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作采用Microsoft Excel 2007及DPS 7.05軟件（Duncan新復(fù)極差法）進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，氮肥施用深度和施用量對葡萄產(chǎn)量影響顯著，但二者交互作用對葡萄產(chǎn)量影響不顯著。無論氮肥深施或淺施，中氮與高氮處理之間產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于低氮處理。其中淺施條件下，中氮處理與低氮處理相比，2020年和2021年葡萄產(chǎn)量顯著增加22.62%和43.18%；深施條件下，中氮處理與低氮處理相比，2020年和2021年葡萄產(chǎn)量分別增加36.45%和47.44%。

表2 不同氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’葡萄產(chǎn)量的影響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，淺施處理葡萄產(chǎn)量均顯著高于深施處理。2020年，低氮、中氮、高氮條件下，淺施處理較深施處理葡萄產(chǎn)量顯著增加22.19%、9.80%、10.95%；2021年顯著增加15.69%、12.34%、9.75%。由此可以得出，在節(jié)約資源的基礎(chǔ)上，淺施、中氮處理較有利于葡萄產(chǎn)量的提高。

2.2 氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’果實(shí)外觀的影響

由表3可以看出，氮肥施用深度和施用量對葡萄果實(shí)橫徑影響不顯著，對葡萄果實(shí)縱徑和粒質(zhì)量影響顯著，二者交互作用對果實(shí)外觀影響不顯著。

表3 不同氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’葡萄果實(shí)外觀質(zhì)量的影響Table 3 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit appearance of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

隨著氮肥施用量從低氮處理增加到中氮處理，氮肥施用深度相同時(shí)葡萄果實(shí)橫徑?jīng)]有明顯變化，果實(shí)縱徑和粒質(zhì)量顯著增加；氮肥淺施條件下，2020年葡萄果實(shí)縱徑和粒質(zhì)量顯著增加5.53%、14.31%，2021年顯著增加3.74%、11.97%；氮肥深施條件下，2020年葡萄果實(shí)縱徑和粒質(zhì)量顯著增加5.26%、18.45%，2021年顯著增加3.63%、14.02%。氮肥施用量從中氮處理增加到高氮處理，葡萄果實(shí)外觀沒有發(fā)生明顯變化。

同一施氮水平下，隨著氮肥施用深度的增加，葡萄果實(shí)橫徑?jīng)]有明顯變化，果實(shí)縱徑顯著降低，果實(shí)粒質(zhì)量降低。2020年，與深施處理相比，淺施處理在低氮水平下，果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量顯著提高1.56%、10.39%；在中氮水平下，果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量顯著提高1.82%、6.53%；在高氮水平下，果實(shí)縱徑顯著提高1.12%。2021年，與深施處理相比，淺施處理在低氮水平下，果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量顯著提高1.74%、10.57%；在中氮水平下，果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量顯著提高1.85%、8.59%；在高氮水平下，果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量顯著提高1.51%、12.22%?？梢?，在該研究條件下，淺施中氮處理可以明顯促進(jìn)葡萄果實(shí)縱橫徑的增加，并提升果實(shí)的粒質(zhì)量。

2.3 不同氮肥處理對果實(shí)理化指標(biāo)的影響

由表4可知，氮肥施用深度對葡萄果實(shí)可滴定酸含量影響不顯著，對葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影響顯著。氮肥施用量對果實(shí)各理化指標(biāo)均影響顯著，二者交互作用對可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量影響顯著，只在2021年對可滴定酸含量影響不顯著。

表4 不同氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different nitrogen fertilizer treatments on fruit quality of 'Red Globe' grapevine in facility cultivation

氮肥淺施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量顯著增加16.62%、5.64%、15.18%，2021年顯著增加13.43%、11.92%、14.55%；隨著氮肥施用量從中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量顯著增加25.53%和24.49%，從2020年到2021年，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量變化不明顯。氮肥深施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量顯著增加19.03%、6.01%、13.89%，2021年顯著增加14.04%、13.70%、14.02%；隨著氮肥施用量從中氮增加到高氮，2020年和2021年葡萄可滴定酸含量顯著增加26.67%和28.89%，可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量差異不顯著。同一施氮水平下，隨著氮肥施用深度的增加，葡萄可滴定酸含量兩年變化趨勢不一致，但葡萄可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量均顯著降低?？梢姡适┯昧窟^低或者過深均不利于葡萄果實(shí)品質(zhì)的提升，而氮肥施用量過高，雖然保證了葡萄果實(shí)可溶性固形物、可溶性糖含量和Vc含量，同樣也增加了果實(shí)可滴定酸含量，但導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)總體下降。

2.4 不同氮肥處理對植株氮含量的影響

從表5可以看出，氮肥施用深度對葡萄成熟期果實(shí)和葉片氮含量影響顯著，對葉柄氮含量影響不顯著，氮肥施用量對葡萄成熟期果實(shí)、葉片、葉柄氮含量均影響顯著，施氮量和施氮深度交互作用對葡萄成熟期果實(shí)和葉柄氮含量影響不顯著，2020年對葉片氮含量影響顯著。

表5 不同氮肥處理對設(shè)施‘紅地球’葡萄成熟期果實(shí)、葉片和葉柄氮含量的影響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

氮肥淺施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄成熟期果實(shí)、葉片、葉柄氮含量顯著增加41.50%、23.06%、21.85%，2021年顯著增加49.46%、46.88%、36.13%；氮肥深施條件下，與低氮處理相比，中氮處理2020年葡萄成熟期果實(shí)、葉片、葉柄氮含量顯著增加50.30%、20.26%、23.18%，2021年顯著增加52.00%、39.85%、40.67%。無論是氮肥淺施還是深施，中氮與高氮處理之間，植株氮含量差異不顯著。氮肥施用量相同時(shí)，隨著氮肥施用深度的增加，成熟期果實(shí)和葉片氮含量總體呈降低趨勢，葉柄氮含量變化不明顯?？梢?，淺施中氮處理更有利于促進(jìn)氮素在葉片和果實(shí)中的累積。

3 討論與結(jié)論

氮是作物生長發(fā)育過程中最活躍的營養(yǎng)元素。作物缺氮時(shí)，蛋白質(zhì)、葉綠素形成受阻，細(xì)胞分裂減少，影響產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的提升；氮素供應(yīng)過多時(shí)，作物吸收大量氮素，用于葉綠素、氨基酸及蛋白質(zhì)的形成，作物體內(nèi)的碳水化合物大量消耗，細(xì)胞壁變薄，機(jī)械支持力減弱，同時(shí)由于體內(nèi)氮素過多，非蛋白質(zhì)態(tài)氮增加，糖和淀粉含量減少，另外細(xì)胞內(nèi)氨基酸增多，促進(jìn)細(xì)胞分裂素形成，使作物延遲成熟[18-19]。

本研究表明，氮肥施用量對‘紅地球’葡萄產(chǎn)量和果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量、可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量以及成熟期果實(shí)和葉片氮含量影響顯著。中氮處理（240 kg·hm-2）相對于低氮處理（180 kg·hm-2），在顯著提升葡萄產(chǎn)量、果實(shí)外觀質(zhì)量及內(nèi)在品質(zhì)的同時(shí)，促進(jìn)了果實(shí)和葉片對氮素的吸收；中氮處理相對于高氮處理（300 kg·hm-2），在降低氮肥施用量的同時(shí)，保證了葡萄的產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素的累積吸收。一方面是低氮處理氮肥投入量過低，無法滿足樹體對氮素的吸收，進(jìn)而影響了葡萄產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提升；另一方面是高氮處理氮肥投入量過高，不僅會(huì)影響作物根系的生長[20-21]，還會(huì)導(dǎo)致樹體營養(yǎng)生長過旺，生殖生長降低，產(chǎn)量下降[22]；同樣氮素投入過高，造成葡萄體內(nèi)碳水化合物的大量消耗以及非蛋白質(zhì)態(tài)氮、氨基酸的增加和細(xì)胞分裂素的形成，葡萄延遲成熟，影響了產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的提高。這與同一區(qū)域‘紅地球’和‘馬瑟蘭’的研究結(jié)果類似[23-25]，且在蘋果、梨上也有類似的研究結(jié)果[26-27]。

氮肥的最佳用量，必須根據(jù)土壤類型、氣候條件、品種、產(chǎn)量水平、養(yǎng)分配比、施肥技術(shù)以及其他農(nóng)藝技術(shù)措施等綜合考慮。馬蕾[28]的研究表明，賀蘭山東麓7年生‘紅地球’葡萄全生育期需氮360 kg·hm-2。史祥賓等[29]的研究表明，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所葡萄試驗(yàn)示范園8年生‘紅地球’葡萄每生產(chǎn)1000 kg果實(shí)需要氮4.72 kg。本研究中氮處理240 kg·hm-2的氮肥施用量與各研究推薦氮肥施用量有所不同，主要是品種、區(qū)域、產(chǎn)量水平、管理措施等條件的不同所致。

有研究表明，不同生長期葡萄根系在土壤中分布變化不大，主要集中在0～40 cm土層，而細(xì)根則多分布在5～15 cm土層[30-31]，在作物根系集中分布的區(qū)域進(jìn)行施肥，能夠顯著提高肥料的利用率[32-33]。賀蘭山東麓不同施肥深度對釀酒葡萄葉片養(yǎng)分和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響的研究表明，與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，并顯著增加葉片中氮素含量，從而促進(jìn)葡萄的營養(yǎng)生長，提高產(chǎn)量且改善品質(zhì)[34]。懷涿盆地施肥深度對葡萄氮素營養(yǎng)特征及土體硝態(tài)氮遷移的影響研究表明，與表層撒施和40 cm施肥深度相比，20 cm施肥深度能夠保證‘紅地球’葡萄根系對氮素的吸收利用，提高樹體和果實(shí)的吸氮量，更有利于果樹的生長和生殖，并有效降低土壤剖面的硝態(tài)氮含量[35]。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院砬山葡萄試驗(yàn)示范基地有機(jī)無機(jī)肥配施對葡萄果實(shí)品質(zhì)和主要礦質(zhì)營養(yǎng)元素影響的研究表明，與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樹體對氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素的吸收，葡萄綜合品質(zhì)最佳[36]，各研究所得最佳施肥深度的結(jié)論不一，主要原因還是各研究試材、土壤和灌水條件、施肥、樹齡等因素不同所致。本研究表明，與40 cm氮肥施用深度相比，20 cm施肥深度能夠顯著增加果實(shí)縱徑、粒質(zhì)量，促進(jìn)葉片和果實(shí)對氮素的吸收，從而提高了果實(shí)產(chǎn)量并提升了果實(shí)品質(zhì)，這是因?yàn)?0 cm的施肥深度層葡萄的根系分布較少，對氮素的吸收能力較弱，加之受當(dāng)?shù)卮笏嗟挠绊?，氮素更容易淋溶損失，不利于樹體對氮素的吸收，進(jìn)而影響了葡萄產(chǎn)量的增加和果實(shí)品質(zhì)的提升。

綜合考慮‘紅地球’葡萄產(chǎn)量、果實(shí)外觀、果實(shí)品質(zhì)和植株氮含量，本試驗(yàn)條件下，淺施中氮處理即20 cm的施肥深度和240 kg·hm-2的氮肥施用量，在促進(jìn)設(shè)施‘紅地球’葡萄樹體氮素吸收，保證葡萄產(chǎn)量的同時(shí)，提升了‘紅地球’葡萄果實(shí)的品質(zhì)，為祁連山沿山冷涼區(qū)葡萄較適宜的氮肥施用方式。