施氮時期對采收期葡萄器官礦質元素含量的影響

馬宗桓，吳茂東，李文芳，毛娟，牟德生，郭艷蘭，賈進，陳佰鴻

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

礦質元素是植物生長發育、產量形成和品質提升的基礎，對植物不同器官中礦質元素分布特征和富集能力的研究，在平衡施肥和養分調控方面具有重要意義.葉片是進行光合作用的主要器官，其礦質元素的含量可以直接反映出樹體的營養狀況，也是土壤供肥能力和營養狀況的主要表征，是土壤及樹體養分管理的重要依據[1].根系是礦質營養吸收的主要器官[2]，主根以及多年枝條是貯藏營養的主要器官，元素含量的分配及含量對于來年萌芽及抽梢具有重要的影響[2-5].因此，明確樹體各器官元素分配及積累對于樹體營養管理有重要意義.

N作為“生命元素”，不僅影響植物的營養生長和生殖生長，還影響作物產量[6-9].N是葡萄生長發育過程中最主要的礦質元素之一，氮肥的施用時期不同，對釀酒葡萄樹體發育、碳氮代謝、產量及品質形成均有顯著的影響[6,10-14].本研究在釀酒葡萄不同生育期進行施氮，通過分析各個器官礦質元素含量，以期明確氮肥施用時期對不同器官礦質元素積累的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2016～2017年在武威市林業科學研究院釀酒葡萄基地進行，連續2 a在試驗區按照試驗設計進行水肥管理，2018年葡萄成熟時將樹體整株挖出，按不同器官解析后測定各項指標.試驗基地土壤為中性到弱堿性的礫質沙壤土，土層深厚，透氣好，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，≥10 ℃的有效積溫在2 800～3 200 ℃，年平均溫度6.9 ℃，氣候涼爽，無霜期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 試驗設計

試驗所用材料為樹齡5 a的釀酒葡萄品種黑比諾，單籬架，樹形為多主蔓扇形，株行距為1 m×3 m.每株葡萄留5個主蔓，在新梢生長至1 m左右時摘心，及時疏除果穗以下的副梢，頂端2個副梢留4葉摘心，其他副梢均單葉摘心.采用滴灌灌溉，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(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.黑比諾葡萄在該地區的主要物候期見表1.

表1 黑比諾在武威地區的主要物候期

不同生育期施入等量氮肥，氮素分別在萌芽前(S1，4月25日)、新梢旺長期(S2，5月15日)、開花期(S3，6月5日)和轉色前(S4，8月5日)一次性施入90 g/株尿素.每個處理選擇9株生長狀況基本一致葡萄進行施肥處理，并在果實成熟采收時整株解析，測定各項指標，每3株為一個重復.

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣及樣品前處理 在采收期，采用單株破壞性方式獲取整株樣品，將其分為根、主干、多年生枝(枝齡≥2 a)、一年生枝、葉片和果實，并記錄鮮質量.然后樣品按清水→洗滌劑→清水→ 1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，在105 ℃下殺青30 min，隨后在80℃下烘干至恒質量，稱干質量，再用不銹鋼電磨粉碎后過0.25 mm目篩，將過篩樣品上球磨儀進行球磨，裝袋備用[8].

1.3.2 測定方法 樣品中各元素測定參考中華人民共和國農業行業標準NY/T 2017-2011和GB/T 13885-2017[15-16]進行.總氮含量采用凱氏定氮儀測定[8]，磷元素測定采用釩鉬黃吸光光度法[17]，硼元素測定采用3-甲氧基-甲亞胺H分光光度法[18]，鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鋅元素測定采用ZEEnit700P型原子吸收光譜儀[19].

1.4 數據處理與分析

用Microsoft Excel軟件進行數據整理，用SPSS 19.0對數據進行統計分析，采用Duncan法進行方差分析，Origin 9.0作圖.

2 結果與分析

2.1 施氮時期對葡萄采收期各器官大量元素積累量的影響

2.1.1 施氮時期對葡萄采收期各器官N積累量的影響 由表2可知，S2處理顯著增加了根、主干、新梢及葉片中N的積累，葉片中N含量最高，S2處理葉片N為11.03 g/株，分別比S1、S3和S4處理高1.04倍、1.11倍和0.61倍.S1、S2、S3和S4處理后，多年生枝條及果實中的N積累量依次增加，說明施氮時期后移有利于多年生枝條及果實N的積累.同樣，S2處理整株N素積累量均顯著高于其他處理，S1處理整株N積累量最低.

表2 施氮時期對器官N含量的影響

2.2.2 施氮時期對葡萄采收期各器官P積累量的影響 S2處理顯著增加了根、主干、新梢、葉片及整個植株P的含量，該處理下，整株P積累量達到277.62 mg/株.S3和S4處理主干、多年生枝、新梢及整株P含量差異不顯著.S1處理各器官中P含量均顯著低于S2、S3和S4處理，S1處理新梢和葉片中的P含量僅為S2處理的26.8%和47.76%，S1處理整株P積累量為147.60 mg/株，分別為S2、S3和S4處理的53.17%、70.22%和61.88%(表3).

2.2.3 施氮時期對葡萄采收期各器官K積累量的影響 S2處理根、新梢及葉片中K含量顯著高于其他處理，分別為484.00、1 944.73、927.77 mg/株.S2和S4處理主干中K含量顯著高于S1和S3處理，且S2和S4、S1和S3處理間差異不顯著.S1處理根、葉片及果實中K含量均顯著低于其他處理，S2處理多年生枝中K含量最低，分別為S1、S3和S4處理的14.33%、18.21%和9.20%.S4處理顯著促進了果實中K的積累，采收期果實中K含量達到3 932.13 mg/株.S2處理全株K含量最高，為6 340.09 mg/株，其次為S4處理，K含量為4 972.30 mg/株，S1處理K含量最低，為3 410.21 mg/株(表4).

表4 施氮時期對各器官K含量的影響

2.2.4 施氮時期對葡萄采收期各器官Ca積累量的影響 根和新梢中Ca積累量在S1處理中最低，主干中Ca積累量在S1處理中最高；多年生枝和葉片中Ca積累量在S2處理中最高，分別為535.89 mg/株和15 304.43 mg/株；植株果實中Ca積累量在S4處理中最高，分別是S1、S2、S3處理的2.57倍、7.53倍和7.79倍.

表5 施氮時期對各器官Ca含量的影響

2.2.5 施氮時期對葡萄采收期各器官Mg積累量的影響 S2處理顯著增加了各器官Mg的含量，葉片中Mg含量最高，達到3 687.74 mg/株，分別為S1、S3和S4處理的2.61倍、1.67倍和2.34倍.S1、S2和S4處理主干及新梢中Mg含量無顯著差異，S1、S2和S3處理多年生枝Mg含量差異不顯著.果實中Mg含量最少，S3處理果實中Mg含量為34.36 mg/株，顯著低于其他處理，S1和S4處理無顯著差異，Mg含量僅次于S2處理.S2處理全株Mg的積累量顯著高于其他處理，達到7 033.19 mg/株，分別為S1、S3和S4處理的2.86倍、2.02倍和2.48倍，S1和S4處理無顯著差異(表6).

表6 施氮時期對各器官Mg含量的影響

2.3 施氮時期對葡萄采收期各器官微量元素積累量的影響

2.3.1 施氮時期對葡萄采收期各器官Cu積累量的影響 S2和S4處理根中Cu含量最高，兩個處理間無顯著差異，S1處理Cu含量最低，為10.67 mg/株；S2處理主干中Cu含量顯著高于其他處理，達7.60 mg/株，分別為S1、S3和S4的2.30倍、3.08倍和1.90倍；S3和S4處理有利于多年生枝中Cu的積累，均顯著高于S1和S2處理；S2、S3和S4對新梢和葉片中Cu含量的影響一致，均為表現為S2>S4>S3，S4處理果實中Cu含量顯著高于S1、S2和S3，達到15.63 mg/株，S2處理最低，僅為S4處理果實的43.63%；全株S2處理Cu積累最多，達到75.64 mg/株，其次為S4處理，為66.57 mg/株，S1處理為38.96 mg/株，顯著低于其他各處理(表7).

表7 施氮時期對各器官Cu含量的影響

2.3.2 施氮時期對葡萄采收期各器官Fe積累量的影響 S2處理根、主干、新梢和葉片中Fe含量增加顯著，分別為119.18、31.39、68.73、91.57 mg/株，均顯著高于其他處理.S3和S4處理多年生枝中Fe含量無顯著差異，S1處理相比于其他處理，各器官中Fe的含量顯著降低.S4處理顯著增加了果實中Fe的含量，達到66.85 mg/株，與其他處理相比，提高了63.32%以上，S1、S2和S3處理對果實Fe含量的影響無顯著差異.S1處理全株Fe的積累量最高，為364.15 mg/株，其次為S3處理，Fe含量為286.52 mg/株，S1處理最小，為176.19 mg/株，各處理間差異顯著(表8).

表8 施氮時期對各器官Fe含量的影響

2.3.3 施氮時期對葡萄采收期各器官Mn積累量的影響 S3處理根系Mn含量顯著高于其他處理，是S1處理的3.19倍.S2處理主干、新梢和葉片中Mn含量最高，分別為4.99、16.81、27.29 mg/株，分別比其他處理高54.96%、83.32%和62.73%.S4處理顯著增加了多年生枝中Mn的積累，含量達到5.15 mg/株，是S1處理的4.22倍.S3處理果實中Mn含量為12.79 mg/株，顯著高于其他處理，S1處理中Mn含量最低，為S3處理的16.97%.全株Mn積累量S2處理最高，顯著高于其他處理，S3和S4處理全株Mn積累量無顯著差異，S1處理不利于植株Mn積累，全年積累量不足其他各個處理的50%(表9).

表9 施氮時期對各器官Mn含量的影響

2.3.4 施氮時期對葡萄采收期各器官Zn積累量的影響 S2處理根系、主干、新梢及葉片中Zn含量均顯著高于其他處理，S1處理根和新梢中Zn含量最低，分別為S2處理的51.89%和32.72%.S3處理主干中Zn含量最低，為8.86 mg/株，僅為S2處理的48.15%，S4處理多年生枝和果實中Zn含量顯著高于其他處理.全株Zn含量的積累S2處理最高，為197.68 mg/株，S1和S3處理Zn積累量最低，且兩處理間無顯著差異(表10).

表10 施氮時期對各器官Zn含量的影響

2.3.5 施氮時期對葡萄采收期各器官B元素積累量的影響 S1處理顯著提高了根系和多年生枝中B的積累，分別達到68.80 mg/株和41.94 mg/株，根中B含量在按S1、S2、S3和S4處理依次減少，S3處理多年生枝中B的積累量顯著低于其他處理，為13.26 mg/株.S2處理新梢和葉片中B含量顯著高于其他處理，分別為136.01 mg/株和79.84 mg/株，S4處理新梢和葉片的B積累量顯著低于其他處理，分別為S2處理的19.02%和47.12%.S3處理果實中B含量為161.15 mg/株，顯著高于其他處理，S2處理果實B含量最低.全株B含量S2和S3處理分別為359.93、346.39 mg/株，顯著高于其他處理，S2和S3處理之間差異不顯著，S4處理全株B積累量最低(表11).

表11 施氮時期對各器官B含量的影響

3 討論

礦質營養是植物新陳代謝必需的營養元素，是高等綠色植物生長過程中維系正常生長、促進新陳代謝的無機營養元素.在植物生長和發育過程中，對各種無機營養元素的需求量不同，許多大量元素和微量元素對果樹的生長發育都有著重要作用[20].在梨樹中研究表明，氮肥春施較秋施和夏施具有更高的氮素利用效率，在果實收獲期，葉片中N會向枝干和根中轉移，根中N的積累量最高；早春時期，果樹利用的氮素主要來源于樹體儲藏的養分，隨果樹的生長，根系開始從土壤中吸收氮素并且是氮素主要的來源，另外樹齡增加也會促進根系對氮素的吸收利用[6-9,21].鉀含量增加對果樹結果率、單果質量、糖酸含量等均有促進作用，葉片葉綠素含量、百葉質量、單株產量也有所提高[22].本研究中，在新梢生長旺期施入氮肥，顯著促進了葡萄根、主干、新梢和葉片中N、P和K的積累，轉色前施入氮肥可增加多年生枝條和果實中N、P和K含量，新梢生長旺期施氮后全株N、P和K積累量也顯著高于其他處理.N素在樹體中的積累促進了樹體生長，增加了對其他元素的吸收利用，有利于樹體各器官礦質元素的積累.同時葉片和新梢中N、P和K在果實采收后回流，重新分配貯藏于根、主干和多年生枝條中，對提高樹體整體礦質營養水平具有重要作用.

鈣元素對葡萄來說，不僅作為營養元素直接參與葡萄的生長發育，而且能起到調控的作用[23].植物從土壤中吸收Ca，將其運輸到不同的器官發揮生理作用，不同植物和不同器官Ca含量差異較大.馬鈴薯中Mg含量在葉片中最高，其他依次為莖、根及塊莖[24].對紅地球葡萄用不同濃度鎂溶液處理后，發現各器官中Mg含量明顯升高[25].本研究發現氮肥施用時期不同，對各器官Ca和Mg的分配影響顯著，轉色前施氮肥可顯著提高果實中Ca含量，提高果實外觀品質和耐貯性.新梢生長旺期施氮肥可促進葡萄根、多年生枝、新梢和葉片Ca的積累，在該處理下全株Ca的積累顯著高于其他處理，避免樹體由于Ca缺乏對樹體發育和代謝造成影響.Mg含量在各個器官及全株中均以新梢生長旺期施氮肥最高，對于穩定葉綠體結構以及生理代謝中酶的激活有重要意義.樹體中N與其他礦質元素及各礦質元素間存在著一定的相關性和依存關系，不同氮肥施用時期能夠影響根系對其他礦質元素吸收的有效性，進而影響不同時期的元素吸收，使樹體對元素積累量不同.

Cu、Fe、Zn、B和Mn元素屬于營養元素中的微量元素，王海波等[26]研究表明在果實膨大期Fe、Mn、Zn、Cu和Mo的吸收需求量較高.不同礦質元素間存在相互拮抗和促進的作用，有些元素的吸收利用也與土壤中相互依存的礦質元素含量的多少有關，二者在適宜的濃度比時根系吸收利用效率較高，氮肥在合理的時期施用，可影響根系對不同元素的吸收和利用.在本研究中，不同生育期施氮肥對不同器官微量元素含量影響顯著，新梢生長旺期施氮肥對微量元素含量的增加效果顯著.微量元素含量增加利于作物對大量元素的吸收和利用，還可以改善細胞原生質的膠體化學性質，從而使原生質的濃度增加，增強作物對不良環境的抗逆性[27].可見，施氮肥時期不同，顯著影響了器官中不同元素的積累.新梢生長旺期施氮肥顯著增加了全株N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、B和Mn含量，平均單株年積累量分別為31.71 g、277.62 mg、6 340.09 mg、24 123.76 mg、7 033.19 mg、75.64 mg、364.16 mg、197.68 mg、359.93 mg和66.09 mg，有利于各器官和全株礦質元素的積累.