施用氮肥對設施紅地球葡萄氮素吸收及產量和品質的影響

李強 劉偉 陳巖輝 胡芳 葉芳 牟德生 趙連鑫

摘要：為給祁連山沿山區設施紅地球葡萄氮肥合理施用及產量品質提升提供技術指導。在4年生紅地球葡萄大棚內，設置淺施（20 cm）和深施（40 cm）2個施肥深度，低氮（N 180 kg/hm2）、中氮（N 240 kg/hm2）和高氮（N 300 kg/hm2）3個氮素水平，研究氮肥施用對祁連山沿山冷涼區設施紅地球葡萄產量、品質及氮素吸收的影響。結果表明，施用深度相同時，氮肥施用量從180 kg/hm2增加到240 kg/hm2，葡萄發育期葉片和葉柄氮含量顯著增加；氮肥施用量從240 kg/hm2增加到300 kg/hm2，葡萄發育期葉片和葉柄氮含量變化不顯著，但收獲期0～100 cm土層硝態氮殘留量明顯增加。氮肥施用量相同時，隨著施用深度的增加，葡萄發育期葉片和葉柄氮含量顯著降低，收獲期0～100 cm土層硝態氮殘留量明顯增加。綜合考慮葡萄產量、品質、果實發育期葉片和葉柄氮含量，以及收獲期0～100 cm土層硝態氮殘留量，20 cm的施肥深度和240 kg/hm2的氮肥施用量為本試驗條件下祁連山冷涼區設施紅地球葡萄較為適宜的氮肥施用方式。

關鍵詞：氮肥；紅地球葡萄；產量；品質；氮素吸收

中圖分類號：S147.2；S663.1? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）08-0768-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.08.017

Effects of Nitrogen Fertilizer Application on the Yield， Fruit Quality

and Nitrogen Uptake of 'Red Globe' Grapes in Greenhouses

LI Qiang， LIU Wei， CHEN Yanhui， HU Fang， YE Fang， MOU Desheng， ZHAO Lianxin

（Wuwei Academy of Forestry， Wuwei Gansu 733000， China）

Abstract： The purpose of this study was to provide technical guidance for the rational application of nitrogen fertilizer and the improvement of yield and quality for the facility 'Red Globe' grape production along the Qilian Mountains. t-year-old 'Red Globe' grape in greehouses was taken as the experimental material， 2 nitrogen application depths including shallow application （20 cm） and deep application （40 cm）， and 3 nitrogen rates including low nitrogen （180 kg N/ha）， medium nitrogen （240 kg N/ha） and high nitrogen（300 kg N/ha） were applied to study the effects of nitrogen fertilizer application on the yield， quality， and nitrogen uptake of greenhouse 'Red Globe' grapes in the cold and cool areas along the Qilian Mountains. The results showed that at the same application depth， the nitrogen contents in grape leaves and petioles were significantly increased during the development stage when the nitrogen fertilizer rate was increased from 180 kg/ha to 240 kg/ha. No significant changes in nitrogen contents of grape leaves and petioles during the development period were observed when the nitrogen fertilizer rate was increased from 240 kg/ha to 300 kg/ha. However， the residual amount of nitrate nitrogen under the 0 to 100 cm soil depth was significantly increased during the harvest period. Under the same nitrogen fertilizer rate， with the increase of application depth， the nitrogen contents in grape leaves and petioles during the development stage were significantly decreased， and the residual nitrate nitrogen under the 0 to 100 cm soil depth during the harvest period was significantly increased. When grape yield， quality， nitrogen contents in leaves and petioles during fruit development were fully taken into account， as well as residual nitrate nitrogen under 0 to 100 cm soil depth during harvest， a fertilization depth of 20 cm and a nitrogen fertilizer rate of 240 kg/ha were the most suitable nitrogen fertilizer application method for the greenhouse 'Red Globe' grape production in the cold and cool area of the Qilian Mountains under the current experimental condition.

Key words： Nitrogen fertilizer; 'Red Globe' grape; Yield; Quality; Nitrogen uptake

收稿日期：2023 - 04 - 03；修訂日期：2023 - 05 - 16

基金項目：甘肅省民生科技專項（科技特派員專題）（20CX4NH006）。

作者簡介：李? ?強（1985 — ），男，陜西子長人，高級工程師，主要從事葡萄水肥調控研究工作。Email： lq870817@126.com。

適宜的氮肥施用對于提高作物產量、改善農產品品質意義重大［1 ］。自20世紀80年代以來，我國氮肥使用量快速上升，已成為全球最大的氮肥消費國［2 ］。我國用比較高的氮肥投入獲得了糧食、蔬菜以及水果的基本自給，但氮肥持續大量的使用不僅造成了農作物氮肥利用效率和增產效果的下降，而且過量的氮素在土壤中積累造成了嚴重的環境污染［3 - 4 ］。研究表明，我國農業生產中氮肥的利用率只有30%～35%，遠低于歐美發達國家［5 ］。氮素如果不能被作物及時吸收，則會在土層逐漸累積，孔祥?。? ］研究表明，黃土高原部分蘋果產區0～500 cm土層土壤硝態氮累積量高達13 604 kg/hm2，Ju［7 ］研究表明，果園長期過量施用氮肥，0～400 cm土層的硝態氮累積量可高達2 155 kg/hm2。殘存在土壤中的硝態氮，會通過地表徑流、淋溶、氨揮發以及反硝化等途徑進入水體和大氣中，引起環境質量惡化，對生態環境造成嚴重污染［8 - 9 ］。

葡萄（Vitis vinifera）是世界最古老的果樹樹種之一，具有豐富的營養和很高的醫藥價值。合適的氮肥施用量、施用深度可以明顯促進葡萄樹體對氮素的吸收利用，進而保證了葡萄產量和品質的提升［10 - 11 ］。武威地處河西走廊東端，具有典型的冷涼氣候特征，是設施紅地球葡萄栽培的首選地。自2005年引種紅地球葡萄以來，設施葡萄已成為農民的重要產業。設施紅地球葡萄種植過程中，果農長期依靠多年種植經驗進行氮肥施用，合理的氮肥施用量和施用深度無從考證，相關研究也較少。我們以河西冷涼區設施紅地球葡萄為研究對象，通過田間試驗研究了氮肥施用量和施用深度對設施紅地球葡萄產量、品質及氮素吸收的影響，以期為祁連山沿山冷涼區設施紅地球葡萄氮肥合理施用提供依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗地基本概況

試驗地點位于甘肅省武威市涼州區謝河鎮葉家村（東經102° 44′、北緯37° 40′），海拔1 632 m，年平均降水量160 mm，年均蒸發量2 020 mm，平均氣溫7.8 ℃，無霜期154 d左右，日照時數? ? ? ? 2 873.4 h，溫帶大陸性干旱氣候。供試葡萄大棚為南北行向，長60 m，寬9 m，葡萄株行距0.8 m×2.5 m，直立主干水平龍干 V 形。試驗于2020年1月至2021年12月進行，土壤為灌漠土，試驗前取0～40 cm土壤樣品測定土壤基本理化性狀，結果見表1。

1.2? ?試驗方法

1.2.1? ? 供試材料? ? 供試材料為4年生紅地球葡萄。供試氮肥為尿素（含N 46%），由甘肅劉化（集團）有限公司提供。

1.2.2? ? 試驗設計? ? 試驗采用隨機區組設計，設施肥深度和施氮量2個因素。施肥深度設淺施（D1）、深施（D2） 2個水平，施氮量參照當地水平設低氮（N1）、 中氮（N2）、高氮（N3）3個水平。3次重復，具體氮肥施用量、施用時間和施用深度見表2。2020年1月選取長勢一致且無病蟲害的葡萄植株，每小區8株，前后均設保護株，小區面積16.0 m2（6.4 m×2.5 m）。在距中心干30 cm處的架前和架后分別開條形溝，溝寬60 cm，按試驗方案將相應氮肥、普通過磷酸鈣225 kg/hm2、硫酸鉀225 kg/hm2混勻后溝施覆土。試驗棚2020年11月22日施羊糞45 m3/hm2（含N 0.70%～0.80%、P2O5 0.20%～0.30%、K2O 0.35%～0.45%）做基肥，施肥后溝灌，全生育期灌水7次，每次灌水量750 m3/hm2。其他田間管理同常規。

1.3? ?樣品采集與指標測定

1.3.1? ? 樣品采集? ? 土壤樣品采集于設施葡萄萌芽期和收獲期分別采集。各小區避開施肥帶，選取4個土壤采樣點，用土鉆分別采集0～100 cm剖面土壤樣品，每20 cm為1層，4個采樣點的同層土壤混合作為1個分析樣品。

葡萄成熟期（2020年11月10日和2021年11月13日）各小區果穗全部采收測產，并隨機采集結果部位一致、形態相近且無病蟲害的果穗10串，從果穗上、中、下選取100粒果實，其中60粒果實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，用于可溶性糖含量測定。

1.3.2? ? 指標測定? ? 土壤礦質氮測定采用鮮土樣，用1 mol/L的KCl溶液浸提，液土比10∶1，分光光度計測定，并換算成用烘干土重表示的土壤硝態氮含量［12 ］。

土壤硝態氮殘留量=（土層厚度×土壤面積×土壤容重×土壤硝態氮含量）/1000000

果實可溶性固形物含量采用PAL-福型手持糖度計進行測定，可滴定酸采用NaOH滴定法進行測定［13 ］，可溶性糖采用蒽酮試劑比色法進行測定［13 ］。幼果發育期（2020年5月29日和2021年6月1日）、果實膨大期（2020年6月24日和2021年6月23日）、果實著色期（2020年8月27日和2021年9月1日）、果實成熟期，每小區葡萄植株分上、中、下3層隨機采取葡萄葉片100片，用剪刀將葡萄葉片的葉柄和葉片分開，烘干粉碎后保存，用于測定全氮含量，全氮含量用H2SO4-H2O2法消解，半微量法測定［14 ］。

1.4? ?數據處理

采用Microsoft Excel 2007進行數據分析和圖表制作，用DPS 7.05軟件進行差異性分析（Duncan新復極差法）。

2? ?結果與分析

2.1? ?氮肥施用對紅地球葡萄土壤氮素殘留量的影響

從圖1、圖2可以看出，2020、2021年葡萄收獲期各處理0～100 cm土層均出現了不同程度硝態氮殘留。其中2020年各處理在60～80 cm土層形成了明顯的硝態氮累積峰，2021年各處理在80～100 cm土層形成了明顯的硝態氮累積峰，硝態氮累積峰明顯下移了20 cm。分析收獲期各處理0～100 cm土層硝態氮殘留量，氮肥施用深度相同時，0～100 cm土層硝態氮殘留量均隨著氮肥施用量的增加而增加；氮肥施用量相同時，0～100 cm土層硝態氮殘留量隨著氮肥施用深度的增加而增加。D1N1、D1N2、D1N3、D2N1、D2N2、D2N3處理0～100 cm的平均硝態氮總殘留量分別為66.36、92.22、150.58、83.68、111.56、173.82 kg/hm2。D1條件下，N3處理平均0～100 cm土層硝態氮總殘留量較N2、N1處理分別增加63.28%、126.91%；D2條件下，N3處理平均0～100 cm土層硝態氮總殘留量較N2、N1處理分別增加了55.81%、107.72%。N1、N2、N3條件下，D2處理平均0～100 cm土層硝態氮總殘留量分別較D1處理增加26.10%、20.97%、15.43%?？梢?，氮肥深施、增施明顯增加了土層硝態氮的累積，也增加了土層累積硝態氮向下淋失的風險。

2.2? ?各處理對設施紅地球葡萄果實發育期葉片和葉柄氮含量的影響

從圖3、圖4可以看出，葡萄果實發育期間，葉片含量氮總體呈先下降后上升的趨勢，葉柄氮含量總體呈先下降后上升再降低的趨勢。氮肥施用深度和施用量不同，果實發育期間葡萄葉片和葉柄中的氮元素含量也發生了不同程度的變化。氮肥施用深度相同時，幼果發育期、果實膨大期、果實著色期、果實成熟期，隨著氮肥施用量從N1增加到N2水平時，2020、2021年葉片和葉柄氮含量均顯著增加；隨著氮肥施用量從N2水平增加到N3水平時，除2020年幼果發育期D2條件下葡萄葉片氮含量差異顯著，以及2020年果實成熟期D1條件下葉柄氮含量差異顯著外，其余條件下均差異不明顯。氮肥施用量相同時，隨著氮肥施用深度的增加，除2020年果實成熟期N2條件下葉柄的氮含量外，2020、2021年葉片和葉柄氮含量均呈降低趨勢。綜合2 a的試驗結果，幼果發育期、果實膨大期、果實著色期、果實成熟期，在N2條件下，D2處理的平均葉片氮含量較D1處理分別降低15.64%、13.82%、11.38%、11.80%；在N3條件下，D2處理的平均葉片氮含量較D1處理分別降低11.73%、14.42%、11.17%、13.62%。

2.3? ?各處理對設施紅地球葡萄產量的影響

從表3可以看出，氮肥施用深度和施用量對葡萄產量影響顯著（P < 0.05），但二者交互作用對葡萄產量影響不顯著（P > 0.05）。D1條件下，N2與N3之間產量差異不顯著，均顯著高于N1；N2與N1相比，2020、2021年產量顯著增加22.6%、43.2%。D2條件下，N2與N3之間2020年產量差異不顯著，均顯著高于N1；2021年N2與N3之間產量差異顯著，均顯著高于N1；N2與N1處理相比，2020、2021年產量顯著增加36.5%、47.4%。氮肥施用量相同時，隨著氮肥施用深度的增加，葡萄產量顯著降低。N1條件下，D2處理與D1處理相比，2020、2021年葡萄產量顯著降低18.2%、13.6%；N2條件下，D2處理與D1處理相比，2020、2021年葡萄產量顯著降低8.9%、11.0%；N3條件下，D2處理與D1處理相比，2020、2021年葡萄產量顯著降低9.9%、8.9%?？梢?，氮肥施用量過低，無法滿足葡萄生長的氮素需求，影響了葡萄產量的提升，氮肥施用量過高，葡萄產量不再增加。氮肥施用過深也不利于葡萄產量的提升。

2.4? ?各處理對設施紅地球葡萄果實品質的影響

由表4可知，氮肥施用深度對葡萄可溶性固形物、可溶性糖含量影響顯著（P < 0.05），氮肥施用量對葡萄各品質均影響顯著，二者的交互作用對葡萄可溶性固形物、可溶性糖含量也影響顯著（P < 0.05）。D1條件下，N2處理與N1處理相比，2020年可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖含量分別顯著增加16.62%、14.63%、5.64%，2021年可溶性固形物、可溶性糖含量顯著增加13.43%、11.92%；隨著氮肥施用量從N2水平增加到N3水平，2020、2021年可滴定酸含量分別顯著增加25.53%、24.49%，可溶性固形物分別顯著減少2.42%、2.02%。D2條件下，N2處理與N1處理相比，2020年可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖含量顯著增加19.03%、7.14%、6.01%，2021年分別顯著增加14.18%、9.76%、13.70%；隨著氮肥施用量從N2水平增加到N3水平，2020、2021年可滴定酸含量顯著增加26.67%、28.89%，可溶性固形物含量顯著降低5.39%、1.03%。同一施氮水平下，D1處理葡萄可溶性固形物、可溶性糖含量均高于D2處理，可滴定酸含量差異不顯著。N1條件下，D2處理平均可溶性固形物、可溶性糖含量較D1處理顯著降低5.99%、3.32%；N2條件下，D2處理平均可溶性固形物、可溶性糖含量較D1處理顯著降低4.78%、2.41%；N3條件下，平均可溶性固形物、可溶性糖含量較D1處理顯著降低5.79%、2.73%?？梢?，氮肥施用量過低或者施用過深均不利于葡萄果實品質的提升。氮肥施用量過高，雖然提高了葡萄果實可溶性固形物、可溶性糖含量，同樣也增加了果實可滴定酸含量，使糖酸比降低，導致果實品質總體下降。

3? ?討論與結論

合理使用氮肥既要考慮產量因素，又要考慮土壤、品種、農藝管理措施等因素，還要考慮氮素殘留損失等問題［15 ］。本研究表明，隨著氮肥施用量從180 kg/hm2增加到240 kg/hm2，葡萄產量顯著增加，品質明顯提升。氮肥施用量從240 kg/hm2增加到360 kg/hm2，葡萄產量變化不明顯，但可滴定酸含量顯著增加，糖酸比降低，品質下降。一方面是低氮處理下氮肥投入量過低，無法滿足樹體對氮素的吸收，影響了葡萄產量的增加和品質的提升；另一方面是高氮處理下氮肥投入量超過了葡萄最高產量所需，葡萄植株無法吸收盈余的氮素，導致產量不再增加和品質不再提升；氮肥施用過量同樣可能會抑制葡萄根系的生長，影響了根系對氮素的吸收，影響了產量的增加和品質的提升。上述結果與同一區域下黃英等［16 ］在設施紅地球葡萄、史星雲等［17 ］在釀酒葡萄馬瑟蘭上的研究類似。在作物根系集中分布的區域進行施肥，能夠顯著提高肥料的利用率［18 ］。孫權等［19 ］研究表明，與20 cm和60 cm施肥深度相比，40 cm的施肥深度更有利于提高肥料的利用率，從而促進葡萄的營養生長，提高產量和品質。汪新穎［20 ］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，更有利于果樹的生長和生殖。本研究表明，與20 cm施肥深度相比，40 cm的氮肥施用深度下葡萄產量、可溶性固形物及可溶性糖含量顯著降低，主要是因為40 cm處葡萄根系分布較少，根系對氮素的吸收減弱，加之受當地大水漫灌的影響，氮素更容易淋失損失，不利于樹體對氮素的吸收，進而影響產量的增加和品質的提升。

充足的氮素供應能夠促進植物細胞不斷的分裂和增長，使植物生長更加茂盛，并有助于植物光合作用，維持體內碳氮平衡和循環，促進植物生長發育［21 ］。葉片中的氮減少會導致果樹葉片生長不良，花芽分化延遲，植株矮小，果實品質差，產量低等［22 ］。果樹的葉片是各器官中對土壤礦質營養反應最為敏感的部位，通過分析葉片氮素含量可以為果樹潛在的營養狀況的診斷提供理論依據，葡萄上建議采用葉柄［23 ］。本研究低氮處理的氮素供應不足，直接影響了葡萄樹體對氮素的吸收，而中氮處理相對于高氮處理在減少氮肥施用量的同時又能保證葡萄葉片對氮素的吸收，這與賀雅娟等［24 ］關于施氮量對葡萄葉片生理生化指標及果實品質的影響、孫聰偉等［25 ］關于施氮量對巨峰葡萄生長和果實品質的影響的結論相似。關于氮肥施用深度對葡萄葉片和葉柄氮含量的影響，孫權等［19 ］研究表明，40 cm施肥深度能夠顯著增加6年生釀酒葡萄赤霞珠葉片氮含量，而葉柄中氮含量隨施肥深度增加而發生的變化很??；孫海高［11 ］的研究表明，21～40 cm施肥深度下整個生育期的葡萄葉片全氮含量均達到最高。本研究設計的20 cm施肥深度促進了葡萄根系對氮素的吸收征調能力，運輸到地上部的氮素也較多，向葉片的分配自然增加，進而提高了植株光合作用，增加了產量。上述結果與孫海高［11 ］、孫權等［19 ］的研究有所差異，主要是樹齡、灌水等栽培管理措施的差異所致。

氮肥施用量過高，盈余的氮素如果不能被樹體及時吸收，則極易隨灌水或降水淋溶到深層土壤，形成明顯的硝態氮累積［26 ］。本研究條件下，2020年、2021年葡萄成熟期各處理0～100 cm土層均出現了不同程度硝態氮殘留，且2021年與2020年相比硝態氮累積峰發生了明顯下移，高氮處理0～100 cm土層硝態氮殘留尤為明顯。主要原因是高氮處理的氮肥施用量超過了葡萄最高產量所需，盈余的氮素不能被樹體吸收，逐漸在土層累積，受當地大水漫灌的影響，盈余的氮素極易隨灌水淋失到葡萄根層之外，硝態氮淋失的風險增加。前人在小麥、蘋果等上的研究結果也與此類似［27 - 28 ］。葡萄根系不同生長期在土壤中的分布變化不大，主要集中在0～40 cm土層，而細根則多集中在5～15 cm土層［29 ］。本研究條件下，40 cm的施肥深度將氮肥施到根系集中分布層的下邊緣，氮素如果不能被樹體及時吸收，則極易在大水漫灌的影響下淋失到葡萄根系吸收范圍之外，故0～100 cm土層硝態氮殘留量較20 cm的淺施處理明顯增加。這與汪新穎［20 ］在葡萄、楊云馬等［30 ］在夏玉米上的研究結果類似。

綜合考慮設施紅地球葡萄產量、品質、果實發育期葉片和葉柄氮含量以及成熟期0～100 cm土層硝態氮殘留量，淺施中量氮肥處理，即20 cm的施肥深度和240 kg/hm2的氮肥施用量在促進葡萄樹體氮素吸收、保證果實產量的同時，明顯降低了收獲期0～100 cm土層硝態氮殘留量，可作為為本試驗條件下祁連山沿山冷涼區設施紅地球葡萄較為適宜的氮肥施用方式加以推廣應用。

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