李 強(qiáng), 史星雲(yún), 牟德生, 張 軍, 王 鑫, 何 彩

(武威市林業(yè)科學(xué)研究院, 甘肅 武威 733000)

氮素在作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成中起著關(guān)鍵作用[1-4]，但是不合理的氮肥施用不僅降低了產(chǎn)量和品質(zhì)，還極易造成氮肥浪費(fèi)和潛在的環(huán)境污染[5-7]。閆湘等[8]通過分析全國20個省165個田間試驗表明，中國主要糧食作物小麥、水稻、玉米當(dāng)季氮肥利用率平均僅為28.7%，遠(yuǎn)低于國際水平。在經(jīng)濟(jì)林果生產(chǎn)中由于經(jīng)濟(jì)價值較高，過量施肥更容易發(fā)生。白茹[9]在渭北旱塬87個蘋果園的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，果園多年施肥后，0—120 cm土層礦質(zhì)氮累積量最高可達(dá)到940 kg/hm2；王探魁等[10]的研究表明，連續(xù)多年施肥后，鮮食和釀酒葡萄園中氮素盈余量可達(dá)到693，146 kg/hm2。殘留的氮素不僅造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)還帶來嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染等問題[11]。所以，合理的氮肥量和施氮方式成為保證作物產(chǎn)量，提高氮肥利用效率，減少氮肥資源浪費(fèi)和污染的關(guān)鍵。

涼州區(qū)地處河西走廊東端，北緯30°—40°，為世界葡萄種植的“黃金”地帶。近年來該地區(qū)釀酒葡萄栽植面積不斷增加，但是，區(qū)域內(nèi)釀酒葡萄合理的施肥量和施肥方式并不清楚，相關(guān)的研究也很少。因此，本研究擬通過田間試驗，研究釀酒葡萄對不同氮肥施用量及施用深度的響應(yīng)，以期為涼州灌區(qū)釀酒葡萄氮肥合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗地點(diǎn)位于甘肅省武威市涼州區(qū)武威市林業(yè)科學(xué)研究院。地理位置為：東經(jīng)102°42′，北緯38°02′。海拔高度1 632 m，年平均降雨量為160 mm，年均蒸發(fā)量為2 020 mm，平均氣溫為7.8 ℃，無霜期150 d，日照時數(shù)2 873.4 h，屬于溫帶大陸干旱性氣候；土壤為砂質(zhì)壤土，供試品種選用梅鹿輒(Merlot)，2009年定植建園，南北行向，行距3 m，株距0.5 m。本試驗始于2015年，試驗開始前土壤的基本理化性狀詳見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 田間試驗設(shè)計

試驗處理設(shè)施氮量和施肥深度2個因素，施氮量參照當(dāng)?shù)厥┑皆O(shè)180(低氮)、240(中氮)、300(高氮)kg/hm2(以N計)3個水平，施肥深度設(shè)10(淺施)和30(深施)cm這2個水平，共6個處理，重復(fù)4次。試驗小區(qū)長5 m，寬3 m，小區(qū)面積15 m2，每小區(qū)葡萄10株，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。全生育期共施肥3次，氮肥施用量和施用時間見表2。施肥后進(jìn)行傳統(tǒng)溝灌，全生育期分別于4月20日、5月15日、6月14日、7月5日、7月20日、8月15日、10月26日進(jìn)行7次灌水，每次灌水量750 m3/hm2。肥料采用穴施的方式，分別于施肥期在每株葡萄的東西兩側(cè)約30 cm處，人工分別開挖長×寬=40 cm×20 cm，深度為10和30 cm的施肥穴，將氮肥與磷、鉀肥混合均勻后撒施于施肥穴底。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，P2O5225 kg/hm2，鉀肥為硫酸鉀，K2O 225 kg /hm2。10月7日進(jìn)行果實采收，果實采收后，施腐熟羊糞60～75 t/ hm2(含N 0.7%～0.8%，P2O50.2%～0.3%，K2O 0.35%～0.45%)。其他修剪、病蟲害防治等田間管理同農(nóng)戶處理。

表2 研究區(qū)田間試驗設(shè)計

1.3 樣品采集與測定

土壤樣品：釀酒葡萄萌芽期、收獲期，各小區(qū)分別在葡萄東西兩側(cè)約30 cm(溝底)和100 cm(壟上)處，避開施肥穴選取4個土壤樣品采樣點(diǎn)，用土鉆分別采集0—200 cm剖面土壤樣品，每20 cm為一層，4個采樣點(diǎn)同一土層土壤混合作為一個分析樣品，土壤礦質(zhì)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(tài)氮含量[6]。

植物樣品：葡萄采收期，各小區(qū)果穗全部采收測產(chǎn)，每株4個方向各選1個果穗，每個果穗中部取果粒20個測定含氮量；同時各小區(qū)葡萄植株分上、中、下3層隨機(jī)采取葡萄葉片100片，用剪刀將葉柄和葉片分開，分別測定含水量，烘干樣品粉碎后保存測定全氮含量；全氮含量用H2SO4—H2O2法消解，半微量法測定。

1.4 數(shù)據(jù)計算

土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?kg/hm2)=土層厚度(m)×土壤面積(m2/hm2)×土壤容重(kg/m3)×土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)÷1 000 000

數(shù)據(jù)統(tǒng)計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)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，同一氮肥施用量水平條件下，10和30 cm這2個施肥深度之間釀酒葡萄產(chǎn)量差異不顯著。10 cm施肥深度條件下，低氮、中氮、高氮處理釀酒葡萄產(chǎn)量分別為10 961.3，13 959.0，14 419.8 kg/hm2，高氮處理和中氮處理之間產(chǎn)量差異不顯著，但相對于低氮處理顯著增產(chǎn)31.6%和27.3%；30 cm施肥深度條件下，低氮、中氮、高氮處理釀酒葡萄產(chǎn)量分別為11 983.0，14 469.8，15 035.3 kg/hm2，高氮處理和中氮處理之間產(chǎn)量差異不明顯，但相對于低氮處理顯著增產(chǎn)25.5%和20.8%，可見高氮和中氮處理相對于低氮處理產(chǎn)量顯著增加了28.6%和24.1%。通過對釀酒葡萄產(chǎn)量試驗結(jié)果的方差分析表明氮肥施用量對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平(p=0.013 6),氮肥施用深度對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響未達(dá)到顯著水平(p=0.097 0)，交互作用不顯著(p=0.711 6)，說明氮肥施用量對釀酒葡萄產(chǎn)量有一定影響，而氮肥施用深度對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響不明顯。

注：不同小寫字母(a,b,c)表示差異顯著(p<0.05)。下同。圖1 研究區(qū)氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響

2.2 不同氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄果實、葉片和葉柄含氮量的影響

從表3—4可以看出，同一施氮量條件下，10和30 cm施肥深度對釀酒葡萄果實、葉片和葉柄含氮量的影響差異不明顯。同一施肥深度條件下，施肥量對釀酒葡萄果實含氮量影響差異不明顯，隨著施氮量的增加，高氮和中氮處理之間葉片和葉柄含氮量差異不明顯，但相對于低氮處理葉片和葉柄含氮量卻顯著增加，其中高氮和中氮處理葉片含氮量相對于低氮處理顯著增加了17.4%和11.3%，葉柄含氮量相對于低氮處理顯著增加了40.7%和33.0%。通過對釀酒葡萄果實、葉片和葉柄含氮量試驗結(jié)果的方差分析表明，氮肥施用量對釀酒葡萄葉柄含氮量的影響達(dá)到顯著水平，氮肥施用深度對釀酒葡萄果實、葉片和葉柄含氮量均未達(dá)到顯著水平，從氮肥施用量和施用深度的交互效應(yīng)看，僅葉片含氮量差異達(dá)到顯著水平。

表3 不同氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄果實、葉片和葉柄含氮量的影響g/kg

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

表4 不用氮肥施用量下釀酒葡萄果實、葉片及葉柄的響應(yīng)

2.3 不同氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄收獲后土壤硝態(tài)氮含量的影響

從圖2可以看出，釀酒葡萄收獲期和第2 a萌芽期，低氮淺施、低氮深施、中氮淺施、中氮深施、高氮淺施、高氮深施0—200 cm土層剖面均累積了不同程度的硝態(tài)氮，硝態(tài)氮含量分別為86.3，83.5，102.9，111.7，157.0，173.1，105.9，101.4，123.3，134.1，174.4，189.9 kg/hm2，即同一施肥深度條件下，隨著氮肥施用量的增加，土層硝態(tài)氮含量不斷增加，100 cm以下硝態(tài)氮含量也不斷增加，其中收獲期，高氮處理相對于中氮和低氮處理0—200 cm土層硝態(tài)氮含量增加了53.8%和94.4%，第2 a萌芽期，高氮處理相對于中氮和低氮處理0—200 cm土層硝態(tài)氮含量增加了41.8%和76.1%。同一氮肥施用量水平條件下，10和30 cm施肥深度之間釀酒葡萄0—200 cm土層硝態(tài)氮含量差異不明顯。

圖2 不同氮肥施用量及施用深度對釀酒葡萄土層硝態(tài)氮含量的影響

3 討 論

合適的施肥深度不僅能夠提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以增加肥料利用率，減少肥料資源浪費(fèi)，降低環(huán)境污染。賀蘭山東麓釀酒葡萄施肥深度試驗表明，40 cm施肥深度較20和60 cm施肥深度產(chǎn)量最高且有利于品質(zhì)的提高[12]，河北沙城的研究卻表明，相對于40 cm施肥深度和表層撒施，20 cm施肥深度更有利于樹體對養(yǎng)分的吸收，從而提高葡萄產(chǎn)量和改善品質(zhì)[13]。但本研究卻發(fā)現(xiàn)，10和30 cm施肥深度相比，釀酒葡萄產(chǎn)量、收獲期果實、葉片、葉柄含氮量沒有明顯差異，收獲期和第2 a時0—200 cm土層硝態(tài)氮含量也沒有明顯差異。研究表明，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，硝態(tài)氮在土壤剖面的殘留除與施肥、灌溉、耕作方式有密切關(guān)系外，還受降水、土壤和植物等因素的影響[14]。例如研究表明過量氮的存在很容易在輕質(zhì)土壤上發(fā)生淋溶，同樣氮素在質(zhì)地粗糙，通透性好的土壤更易發(fā)生淋溶[15]。本研究中10和30 cm氮肥施用深度收獲期和第2 a的0—200 cm土層硝態(tài)氮含量卻沒有出現(xiàn)明顯差異。本研究試驗地土壤為灌漠土，表層土壤質(zhì)地為輕壤—中壤，氮素固定能力較弱，加之在傳統(tǒng)溝灌的驅(qū)動下，氮素極易隨水分而遷移到根層以外，阻礙了根系對氮素的進(jìn)一步吸收，進(jìn)而影響了氮素在植株的累積分配和產(chǎn)量的形成。而大量研究表明，在沙土灌區(qū)改變傳統(tǒng)溝灌和漫灌為滴灌能夠在節(jié)水的同時又能明顯提高作物產(chǎn)量和改善釀酒葡萄品質(zhì)，同時降低土壤氮素淋失風(fēng)險，減少肥料資源浪費(fèi)[16-17]。所以，確定涼州灌區(qū)釀酒葡萄合適氮肥施用深度必須以改變現(xiàn)有傳統(tǒng)溝灌方式為前提，進(jìn)而進(jìn)行更為深入的涼州灌區(qū)釀酒葡萄合理氮肥施用深度研究，確定合適的氮肥施用深度。

對于釀酒葡萄施氮量，不同地區(qū)由于氣候、土壤、樹齡、品種、灌溉等條件的差異，其適宜的氮肥用量、配比也不同[17-18]。本試驗條件下，高氮和中氮處理之間釀酒葡萄產(chǎn)量、果實含氮量、葉片含氮量、葉柄含氮量并沒有出現(xiàn)明顯差異，但是高氮和中氮處理與低氮處理相比，產(chǎn)量顯著增加28.6%和24.1%，葉片含氮量顯著增加了17.4%和11.3%，葉柄含氮量顯著增加40.7%和33.0%，而對于收獲期和第2 a萌芽期0—200 cm土層硝態(tài)氮含量，高氮處理相對于中氮和低氮處理增加了53.8%，94.4%和41.8%，76.1%?？梢姡瑳鲋莨鄥^(qū)氮肥施用量偏低，氮素通過淋失和反硝化等形式損失之后，根層范圍內(nèi)盈余較少，從而影響氮素在樹體的整體分配和產(chǎn)量形成；氮肥施用量偏高，盈余的氮素不能及時被樹體吸收而殘留在土體中，殘留氮素極易隨灌水和降水而淋失到深層土壤，導(dǎo)致根系無法吸收，進(jìn)一步限制了產(chǎn)量的形成；氮肥施用量適中，雖然保證了釀酒葡萄產(chǎn)量和植株對氮素的吸收，但釀酒葡萄收獲后和第二年萌芽期土層也出現(xiàn)了較為明顯的硝態(tài)氮?dú)埩?。綜合考慮各施肥量處理下釀酒葡萄產(chǎn)量、植株氮素吸收及收獲后和第2 a萌芽期土層氮素含量，本試驗認(rèn)為涼州灌區(qū)240 kg/hm2的氮肥施用量較為合適。關(guān)于作物氮肥的施用，李生秀[20]認(rèn)為，用一定深度土壤硝態(tài)氮含量可以作為當(dāng)季作物的供N指標(biāo)進(jìn)行推薦施肥，曹寒冰等[21]利用土層硝態(tài)氮進(jìn)行推薦施氮〔施氮量=作物目標(biāo)產(chǎn)量需氮量+收獲期土壤硝態(tài)氮安全閾值(55.0 kg/hm2)-收獲期1 m深土壤硝態(tài)氮。或 施氮量=作物目標(biāo)產(chǎn)量需氮量+播前期土壤硝態(tài)氮安全閾值(110.0 kg/hm2)—播前期 1 m深土壤硝態(tài)氮〕，均取得明顯效果。據(jù)此，可根據(jù)下一年釀酒葡萄目標(biāo)產(chǎn)量需氮量、0—100 cm土層硝態(tài)氮含量進(jìn)行氮肥的推薦施用，進(jìn)而提高氮肥利用率，減少氮肥資源浪費(fèi)。

4 結(jié) 論

本試驗條件下，受土壤質(zhì)地及傳統(tǒng)溝灌的影響，10和30 cm氮肥施用深度對釀酒葡萄產(chǎn)量、收獲期果實、葉片和葉柄含氮量、收獲期及第2 a萌芽期0—200 cm土層硝態(tài)氮含量影響效果不明顯，240 kg/hm2雖為釀酒葡萄較為合適的氮肥施用量，但也存在氮素?fù)p失風(fēng)險。所以，涼州灌區(qū)釀酒葡萄實際生產(chǎn)過程中還需改變傳統(tǒng)灌水方式并進(jìn)一步進(jìn)行氮肥的推薦施用。