施氮量對葡萄葉片生理生化指標及果實品質的影響

賀雅娟，盧慧慧，郭艷蘭，賈進，李文芳，毛娟，馬宗桓，陳佰鴻

(1.甘肅農業大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州中檢科測試技術有限公司，甘肅 蘭州 730070；3.武威市林業科學研究院，甘肅 武威 733000；4.甘肅紅橋莊園葡萄酒有限公司，甘肅 張掖 734200)

植物激素能調控植物個體的生長和發育，植物激素之間通過相互作用，對果樹花芽分化、萌芽、果實生長發育產生影響[1].氮素是果樹生長發育過程中不可或缺的核心元素，適宜時期施氮能夠促進葡萄葉片中多種激素含量的積累，并且以萌芽期和新梢旺長期施入氮肥效果最為顯著[2].在富士蘋果種植過程中施氮量50～200 kg/hm2時，可顯著增加春梢旺長期和緩長期莖尖、細根中的IAA和GA含量，同時ZR和ABA含量隨施氮量的增加而減少[3].IAA含量與梨樹新梢抽發和快速生長存在一定的相關性[4]，GA在控制樹體大小上起著至關重要的作用[5].可見，內源激素作為信號分子在時間和空間上調控著植物生長發育的許多過程.

葡萄對氮肥的需求量較大，在生產中，氮肥的合理施用有利于葡萄枝葉數量的增加，增強樹勢[6]，并且適量的氮肥對樹體花芽分化、產量及品質形成具有重要作用[7].關于葡萄氮肥施用量已有大量研究，氮處理下(施N量41 g/株)巨峰葡萄可溶性固形物含量和糖酸比顯著高于其他處理[8]，也有研究對不同氮素形態下巨峰葡萄果實品質進行了分析，認為尿素及適當的硝態氮配比能夠促進果實的生長，提高了果實的總糖量、糖酸比、維生素C、花青素等品質性狀[9].純氮施用量為480 kg/hm2時，釀酒葡萄葉片凈光合速率和蒸騰速率最大，促進了葉片對CO2的吸收[10].葡萄幼苗株施300 mg硫酸銨能夠顯著提高SPS、AI、NI和α-淀粉酶活性，增加葉片蔗糖和淀粉的積累，促進幼苗生長[11].在馬瑟蘭葡萄上研究發現，300 kg/hm2的尿素施用量提高了葉片中α-淀粉酶、β-淀粉酶和SPS酶活性，進而有利于葉片中營養物質的運輸和利用[12].在對樹齡4 a的沙巴拉樹葡萄中的研究結果表明，氮肥0.1 kg/株能夠增大樹葡萄冠幅，比對照提高15.37%，氮肥0.2 kg/株有利于樹葡萄株高生長，比對照增加15.51%[13].根據前人研究表明，一定范圍內施用氮肥可以促進葡萄果實膨大，顯著提高果皮總酚、花色苷和黃酮類物質含量[14-15]；施用氮素還有利于提前花期、增加果實生長期，從而推遲果實成熟期[16].

目前，不同施氮量對葡萄果實品質影響的研究已有較多報道[2,8-10,12,15,17-18]，根據前人研究結果表明施氮量不足不利于樹體的生長發育，施氮量過多又會造成葡萄果實品質下降，因此施入適量的氮素是葡萄栽培的關鍵，故本研究結合武威地區土壤特性及氣候條件設置不同氮素施用量，通過測定葡萄葉片的生長發育狀況及果實品質指標，探索施氮量對葡萄果實品質及產量的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2016～2018年在武威市黃羊鎮莫高葡萄酒原料基地進行，連續3 a在試驗區按照試驗設計進行水肥管理，于2018年田間取樣，在甘肅農業大學園藝學院果樹生理與生物技術實驗室完成內源激素水平的測定.該地區土壤類型以礫質沙壤土為主，年降水量191 mm，蒸發量2 130.8 mm，年平均日照時數為2 724.8 h，年平均溫度6.9 ℃，無霜期約160 d，生產期光照充足，晝夜溫差大.土壤有機質為0.62%，pH值7.8，速效氮0.9 g/kg，速效磷22 mg/kg，速效鉀123 mg/kg.

1.2 試驗材料

試驗所用材料為樹齡8 a的黑比諾葡萄，單籬架栽培，株行距為1 m×3 m.采用滴灌灌水，尿素隨水施入，葡萄植株兩側開溝分別施入過磷酸鈣750 kg/hm2，硫酸鉀825 kg/hm2，過磷酸鈣在出土后第1次灌水前施入，硫酸鉀在果實轉色期施入.滴灌帶為大禹節水有限公司生產，壁厚0.2 mm，滴孔間距30 cm，單孔出水量3 L/h，灌水量及時間參照“武威莫高釀造葡萄滴灌配水定額表”進行，在試驗中根據實際情況有所調整.試驗共設置15個小區，每小區為一個處理，設置3個生物學重復，各處理隨機分布.為提高試驗的可信度，小區面積設置為240 m2，每個小區定植40株葡萄.

1.3 試驗設計

在整個生育期分別施入尿素150(N150)、300(N300)、450(N450)和600 kg/hm2(N600)作為不同施氮處理,對照為整個生育期不施氮肥(N0).根據各生育期需肥特點，按以下比例分別施入，萌芽前(4月25日)30%、新梢旺長期(5月15日)30%、開花期(6月5日)10%、果實第1次膨大期(6月25日)20%、果實第2次膨大期(8月25日)10%.分別于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)進行采樣.采樣于晴天早上9:00～10:00進行，每個處理選取60片葉子，其中30片用于葉面積、干鮮比及其他指標的測定，另外30片去除葉脈后稱取5 g，經液氮速凍后置于超低溫冰箱內保存；于果實成熟期在各處理小區內樹體上、中、下3個部位各采摘1串葡萄，裝入自封袋標記后放入4 ℃冰箱待測，果實品質指標測定時分別從果穗上、中、下3個部位進行取樣.

1.4 測定項目與方法

1.4.1 內源激素的提取與測定 赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZT)和脫落酸(ABA)含量的測定采用高效液相色譜法[19].

1.4.2 葉片指標的測定 葉面積用YMJ-C型葉面積測定儀測定.葉片在取樣后立即用電子天平稱鮮質量，然后置于80℃烘干48 h，烘干后用電子天平秤干質量.比葉質量和干鮮比通過以下公式計算：

比葉質量(g/cm2)=葉片鮮質量(g)/葉面積(cm2)

干鮮比=干質量(g)/鮮質量(g)

葉片可溶性糖采用蒽酮比色法[20]進行測定；全碳含量采用K2Cr2O7容量法[21]進行測定；全氮含量采用凱氏定氮法[22]進行測定.

1.4.3 果實指標的測定 果實可溶性糖及可滴定酸的測定分別采用蒽酮比色法和NaOH滴定法[23]；果皮單寧及花青素的含量測定分別采用香草醛鹽酸法[24]和pH示差法[25].

2 結果與分析

2.1 施氮量對葡萄葉片內源激素水平的影響

由圖1-A可知，施氮增加了各生育期葉片中ZT的含量，葉片發育過程中ZT含量在DBF5和DAF55最低.在DBF5時，施氮量在N0～N450范圍內葉片中ZT含量逐漸增加；DAF25時，N300、N450和N600葉片中ZT含量均顯著高于N0和N150，且N450葉片中ZT含量最高，為18.3 μg/g；DAF85時，施氮后葉片ZT含量與對照相比顯著增加，且N150處理下葉片ZT含量最高，是N0的2倍；DAF116時，N300和N450處理葉片中ZT含量顯著高與其他處理，均為N0的1.8倍.葡萄葉片中IAA含量隨葉片發育逐漸升高(圖1-B)，DBF5時，葉片中IAA含量最低，且各處理間無顯著差異；DAF25時，施氮后葉片中IAA含量顯著高于N0，且N450處理下葉片IAA含量最高，為30.3 μg/g，是N0的2倍；DAF55以后，隨著施氮量的增加葉片中IAA含量均呈現出先升高后下降的趨勢，各時期葉片中IAA含量均在N450處理下顯著高于其他處理，且該處理下DAF116時葉片中IAA含量達到最高，為49.3 μg/g，是N0的1.7倍.

由圖1-C可知，葉片中ABA含量在整個采樣期間表現出先上升后降低的趨勢，其中在DAF25時達到最高，且以N600處理葉片中ABA含量最高，為37.3 μg/g，是N0的3倍；DAF55時，葉片中ABA含量顯著下降，而施氮處理后葉片ABA含量均顯著高于N0；DAF85時，N450和N600處理下葉片ABA含量均顯著高于N0；DAF116時，葉片中ABA含量增加，N150、N300和N600處理下葉片ABA含量與對照無顯著差異.葉片中GA3含量在葉片發育早期逐漸增加，生育后期下降(圖1-D).DBF5時，隨施氮量的增加，葉片GA3含量依次升高，且各處理之間差異顯著；DAF25時，N300、N450和N600葉片中GA3含量均顯著高于N0和N150；DAF55時，葉片中GA3含量持續增加，N300處理葉片中GA3含量最高，為10.5 μg/g；DAF85時，隨著施氮量的增加葉片中GA3含量逐漸升高；DAF116時，N300處理下葉片中GA3含量顯著高于其他處理.

圖1 不同施氮量對葡萄葉片內源激素水平的影響Figure 1 Effect of different nitrogen application on endogenous hormone level in grape leaves

2.2 施氮量對葉片生長發育的影響

由表1可知，適量的氮素對葉片面積的增加具有積極作用.DBF5時，N300和N450葉面積顯著大于N0及其他處理，N300葉面積最大，為184.85 cm2，是N0的1.52倍.DAF25時，N300、N450和N600葉面積顯著大于N0及N150，且前三者之間無顯著差異.DAF55和DAF85時葉面積對不同氮素施用量的響應基本一致，N150及以下葉面積無顯著差異，N300葉面積達到最大值，分別為213.19 cm2和220.62 cm2.在DAF116時，N300葉面積顯著高于其他處理，為224.90 cm2，而其他處理間無顯著差異.

不同施氮量對葉片干鮮比的影響較小，不同施氮量處理對DAF25之前葉片的干鮮比無顯著影響.DAF55時，N300葉片干鮮比顯著低于N0，而N150、N300、N450、N600之間葉片干鮮比無顯著差異.DAF85時，與N0相比，N150、N300和N450顯著降低了葉片干鮮比，N600和N0無顯著差異.DAF116時，所有施氮處理和N0干鮮比均無顯著差異.

不同氮素施用量對各時期葉片比葉質量的影響存在差異，氮素施用量對DAF25葉片比葉質量無顯著性影響.在DBF5時N300比葉質量顯著高于其他處理；在DAF55時N150和N450之間比葉質量無顯著差異，分別為20.05和20.29 mg/cm2，但二者均顯著高于其他處理；在DAF85時N150比葉質量顯著高于其他處理，為20.02 mg/cm2，而其他施氮處理下無顯著性差異；DAF116時，各施氮處理比葉質量均高于N0，且不同施氮量葉片比葉質量無顯著差異.

表1 不同施氮量對葉片發育的影響

2.3 施氮量對葡萄葉片可溶性糖、總碳及總氮含量的影響

隨著施氮量的增加，黑比諾葉片中可溶性糖含量呈現出先升高后下降的趨勢，且在不同施氮量處理后，各采樣時期葉片中可溶性糖含量的最小值為最大值的71.19%～80.75%.在N300處理下葉片可溶性糖含量在各取樣時期均達到最高值；DBF5、DAF25、DAF85和DAF116時在N0處理下可溶性糖含量均為最小；DAF55時N600處理下葉片中可溶性糖含量顯著低于其他施氮處理，為126.12 mg/g，與N0無顯著性差異.

由表2可知，隨著花后天數的增加，黑比諾葉片中全碳含量呈現出逐漸增加的趨勢，且在不同采樣時期施氮量對葉片全碳含量影響有所不同.在DAF85之前，葉片中全碳含量在N450處理下達到最高，分別為312.63、296.69和333.04 mg/g，而在N600處理下全碳含量有所下降，DAF25和DAF55時在N0處理下全碳含量最低，分別為270.53和284.94 mg/g.DAF85和DAF116時葉片全碳含量在N150處理下達到最高，分別為336.00和331.44 mg/g.隨著施氮量的增加，全碳含量逐漸下降，分別在N450和N600處理下降到最低.

由表2可知，黑比諾葉片中全氮含量在開花前顯著高于開花后，且隨著開花天數的增加，葉片全氮含量在不同施氮量處理后表現出不同程度的降低.N0處理下全氮含量在各采樣時期均為最小，隨著施氮量的增加葉片中全氮含量呈現出不斷增加的趨勢，DBF5和DAF55時葉片全氮含量在N450處理下均達到最大值，分別為11.21和6.57 mg/g，而在N600處理下其含量較N450顯著降低；DAF25、DAF85和DAF116時葉片全氮含量在N600處理下達到最大，分別為7.52、6.65和6.72 mg/g，且顯著高于N0，分別是N0處理的1.25倍、1.62倍和1.33倍.

隨著采樣時期的推遲，葉片C/N表現出逐漸增加的趨勢.隨著施氮量的增加，在采樣前期葉片C/N緩慢減小，在采樣后期葉片C/N顯著降低.DBF5、DAF25、DAF85和DAF116時，葉片C/N在高水平施氮量下顯著低于N0，而DAF55時葉片C/N值介于49.77～52.30之間，且在不同處理間無顯著性差異.

表2 不同施氮量對葉片可溶性糖、總碳及總氮含量的影響

2.4 施氮量對葡萄果實品質及產量的影響

由表3可知，黑比諾葡萄果實可溶性糖含量、糖酸比及花青素含量隨著施氮量的增加呈現出先升高后降低的趨勢，均在N300處理下達到最大值，且顯著高于其他處理.N600處理下果實中可溶性糖含量降到最低，為230.15 mg/g；果實中糖酸比和花青素含量在N300處理下達到最大，分別是N0處理的1.43倍和1.30倍.黑比諾葡萄果實中可滴定酸和單寧含量隨著施氮量的增加呈現出先降低后升高的趨勢，可滴定酸含量在N0處理下顯著高于其他處理，為8.11 mg/mL，在N300處理下降到最低，為6.71 mg/mL；單寧含量在N450處理下顯著低于其他處理，為34.96 μg/g，在N600處理下最高，為68.32 μg/g，是前者的1.95倍.不同施氮量對黑比諾葡萄的產量影響較大，N0處理下果實產量顯著低于其他處理，為11.14 t/hm2，隨著施氮量的增加果實產量逐漸升高，在N600處理下均達到最大值，為15.99 t/hm2，是最小值的1.44倍.

表3 不同施氮量對黑比諾果實品質及產量的影響

3 討論

現代農業生產中，肥料是作物養分的主要來源，通過施肥改善土壤養分條件，促進作物良好生長，提高產量與品質是農業生產中的重要栽培技術措施[26-28].激素是果樹生長的重要調節物質，外界因素對植物生長發育的影響要通過影響內源激素對植物發揮作用[3].激素能夠影響果樹的生長[5]、枝梢形成[29]以及開花結果[30-31].前人研究表明，根系中ZT水平較高時能夠通過樹液的流動運送至地上器官，進而激發和誘導枝條中生長型激素的多種變化[32].以春茶優良品種烏牛早為材料，研究不同施氮量對嫩芽內源激素水平的影響，發現中氮處理下，嫩芽中ZT和GA3含量顯著高于對照[33].本研究中施氮能夠提高葉片中ZT含量，且在DAF116時N300和N450處理葉片ZT含量均達對照的1.8倍，且此時該處理下葉片比葉質量顯著高于對照，可見，氮肥可調控內源ZT水平，促進葉片干物質的積累，增加葉片比葉質量.在蘋果中發現，隨施氮量的增加，在春梢旺長期和緩長期莖尖中IAA和GA3含量有所增加，ABA含量則降低[3]，而IAA及GA3的含量較高時有利于調動植株內營養物質的運輸，從而促進葉片的生長[4].本研究中，施氮處理增加了DAF25以后葉片IAA含量，并且N450處理最為顯著，N300處理下DAF25、DAF55及DAF116時GA3含量較高，且各處理在對應時期葉面積均顯著高于對照，表明合理的氮肥施用量可能改變內源IAA和GA3水平，進而促進葉片的生長.

葉片是植物光合作用的主要部位，氮素水平對葉片生長的影響直接關系到植物光合作用面積，從而對碳水化合物的積累產生影響[34-35].在核桃上研究發現，單株施入氮素分別為0.37、0.74及1.47 kg時，中氮(0.74 kg/株)處理顯著增加了整個生育期的葉面積，且在果實膨大期施入對葉片葉綠素相對含量值增加最顯著，有利于葉片光合同化能力的改善[36].本研究中氮素施用量為300 kg/hm2時促進了葉面積的增大，且該處理下葉片可溶性糖含量顯著高于其他處理，表明在該處理下葉片光合面積的增加促進了葉片中碳水化合物的積累.

氮素施用直接影響了果樹對氮素的吸收[37]，進而影響了葉片的光合作用以及光合產物的積累，為果實的生長發育、產量和品質的形成提供物質基礎[38]，避免植株由于庫源關系的失衡而出現徒長現象.C/N可反應葉片碳代謝與氮代謝的相對強度[38]，研究表明，過量的氮肥施用可加快樹體營養生長，營養消耗增加，減少了葉片中糖含量.本研究中N600處理減少了葉片中總碳的積累，有利于總氮含量的增加，降低了葉片中C/N，可能與過量施氮有關.李磊等[39]認為純氮施用量為360 kg/hm2時能顯著提高赤霞珠葡萄果實中可溶性糖與花色苷含量，降低可滴定酸含量，均衡糖酸比，改善釀酒葡萄口味.本研究結果表明，N300處理可顯著提高果實中可溶性糖、花青素含量及糖酸比，顯著降低果實中酸含量.N600處理顯著提高果實產量，這與前人在蛇龍珠葡萄品種的研究結果相一致[18]，但N600處理不利于果實中糖、酸積累，進而使果實糖酸比顯著低于N300處理，影響果實口感.李建和等[40]也認為高水平施入氮素會降低果實糖酸比.因此，本研究綜合考慮果實品質與產量因素，認為N300處理更有利于果實品質與產量的提高.

4 結論

施氮量在300～450 kg/hm2范圍可增加葉片中內源激素ZT、IAA及GA3水平，葉面積增加顯著，光合面積增加，促進了葉片中糖的積累，在增加產量的基礎上改善了果實品質.