施氮時期對采收期葡萄器官礦質(zhì)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(nóng)業(yè)大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2.武威市林業(yè)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(zhì)元素是植物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提升的基礎，對植物不同器官中礦質(zhì)元素分布特征和富集能力的研究，在平衡施肥和養(yǎng)分調(diào)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(zhì)元素的含量可以直接反映出樹體的營養(yǎng)狀況，也是土壤供肥能力和營養(yǎng)狀況的主要表征，是土壤及樹體養(yǎng)分管理的重要依據(jù)[1].根系是礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的主要器官[2]，主根以及多年枝條是貯藏營養(yǎng)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(yǎng)管理有重要意義.

N作為“生命元素”，不僅影響植物的營養(yǎng)生長和生殖生長，還影響作物產(chǎn)量[6-9].N是葡萄生長發(fā)育過程中最主要的礦質(zhì)元素之一，氮肥的施用時期不同，對釀酒葡萄樹體發(fā)育、碳氮代謝、產(chǎn)量及品質(zhì)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(zhì)元素含量，以期明確氮肥施用時期對不同器官礦質(zhì)元素積累的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2016～2017年在武威市林業(yè)科學研究院釀酒葡萄基地進行，連續(xù)2 a在試驗區(qū)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(zhì)沙壤土，土層深厚，透氣好，年降水量191 mm，蒸發(fā)量2 130.8 mm，年平均日照時數(shù)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(chǎn)期光照充足，晝夜溫差大.土壤有機質(zhì)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(zhuǎn)色期施入.滴灌帶(大禹節(jié)水有限公司生產(chǎn))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(jù)實際情況有所調(diào)整.黑比諾葡萄在該地區(qū)的主要物候期見表1.

表1 黑比諾在武威地區(qū)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)量，稱干質(zhì)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(nóng)業(yè)行業(yè)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(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel軟件進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(xiàn)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，F(xiàn)e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(zhì)營養(yǎng)是植物新陳代謝必需的營養(yǎng)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(yǎng)元素.在植物生長和發(fā)育過程中，對各種無機營養(yǎng)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(fā)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(zhuǎn)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(yǎng)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(zhì)量、糖酸含量等均有促進作用，葉片葉綠素含量、百葉質(zhì)量、單株產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)營養(yǎng)水平具有重要作用.

鈣元素對葡萄來說，不僅作為營養(yǎng)元素直接參與葡萄的生長發(fā)育，而且能起到調(diào)控的作用[23].植物從土壤中吸收Ca，將其運輸?shù)讲煌钠鞴侔l(fā)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(fā)現(xiàn)各器官中Mg含量明顯升高[25].本研究發(fā)現(xiàn)氮肥施用時期不同，對各器官Ca和Mg的分配影響顯著，轉(zhuǎn)色前施氮肥可顯著提高果實中Ca含量，提高果實外觀品質(zhì)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(fā)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(wěn)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(zhì)元素及各礦質(zhì)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(zhì)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(yǎng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)的膠體化學性質(zhì)，從而使原生質(zhì)的濃度增加，增強作物對不良環(huán)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(zhì)元素的積累.