蔣婷婷，閆鵬科，2，于 茹，3，馬婷慧，王 銳，5*

（1．寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；3．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4． 寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，寧夏 銀川 750002；5． 寧夏葡萄與葡萄酒研究所，寧夏 銀川 750021）

寧夏賀蘭山東麓得天獨(dú)厚的自然條件，成就了中國最佳優(yōu)質(zhì)葡萄酒產(chǎn)區(qū)［1］。全區(qū)葡萄種植面積達(dá)到4.07萬hm2，其中釀酒葡萄3.53萬hm2，“赤霞珠”是其主要栽培品種［2］。然而，該產(chǎn)區(qū)土壤多為灰鈣土，富含石礫，土壤質(zhì)地粗，保水保肥性能差，土壤環(huán)境惡劣，pH值一般大于8.5，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量低于六級水平（全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)），不利于釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［3-4］。氮素是釀酒葡萄生產(chǎn)所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，氮素的分配比例直接決定著釀酒葡萄的生長發(fā)育程度［5-6］。因此，研究寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄氮素分布特征和營養(yǎng)需求規(guī)律，對于指導(dǎo)賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。

釀酒葡萄體內(nèi)的氮素循環(huán)是一個復(fù)雜的過程［7］。15N示蹤技術(shù)作為研究氮素吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和代謝的重要手段，可以獨(dú)立標(biāo)記氮素從土壤到作物體內(nèi)的運(yùn)輸傳遞路徑，排除作物本身和環(huán)境的干擾，還能區(qū)分標(biāo)記的氮及其他來源的氮［8］。在鮮食葡萄的氮素研究方面取得了一定成果，例如李鑫鑫等［9］研究得出在灌水量為5400 m3·hm-2、施氮量為177 kg·hm-2的條件下，葡萄的15N標(biāo)記氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力達(dá)到最高。史祥賓等［10］研究得出巨峰葡萄氮素的最大需求期和最大效率期為果實(shí)膨大期至果實(shí)成熟期；汪新穎等［11］研究得出紅地球葡萄施肥最佳深度為20 cm的結(jié)論。上述研究均為葡萄氮素合理施肥提供了理論依據(jù)，但是應(yīng)用15N示蹤技術(shù)對釀酒葡萄氮素吸收、分配及利用的研究較少。在寧夏賀蘭山東麓礫質(zhì)灰鈣土滴灌的條件下，釀酒葡萄的氮肥分配率、氮肥利用率以及損失率尚不清楚。

本研究在礫質(zhì)灰鈣土滴灌條件下，以主栽的7年生“赤霞珠”為研究對象，利用15N同位素示蹤技術(shù)，采用“刨根解枝”的微損采樣方法，探究不同生育期氮素運(yùn)移規(guī)律、各器官氮素分配特性、氮素利用率、殘留率及損失率，確定釀酒葡萄各生育期的合理施氮量，同時掌握賀蘭山東麓釀酒葡萄氮素營養(yǎng)最大效率期，為寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄氮肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏永寧縣立蘭酒莊葡萄園，該區(qū)域光照充足，屬中溫帶大陸性氣候，年日照時數(shù)2851～3106 h，平均日照時數(shù)7.8～8.3 h，年均氣溫8.9℃，年積溫3289℃，年均降水量200 mm左右，年均蒸發(fā)量1684.3 mm，年無霜期176 d左右。試驗(yàn)區(qū)地勢平緩，地面坡度約為1%，平均海拔高度為1060 m，葡萄園土壤類型為普通灰鈣土，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)砂土，礫石較多。土壤基本理化性質(zhì)如表1、2所示。

表1 土壤基本物理性質(zhì)

表2 土壤基本化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

供試釀酒葡萄品質(zhì)為7年生“赤霞珠”，整形方式為長梢修剪傾斜上架，南北行向定植，株行距0.6 m×3.5 m。2019年4月8日 出 土，10月28日埋土，灌溉、修剪整枝以及病蟲害防治等生產(chǎn)管理措施一致。具體試驗(yàn)方案如下：在該區(qū)域內(nèi)選取土壤肥力、水分條件等相近，立地條件和長勢較為一致的15棵釀酒葡萄樹掛牌標(biāo)記，在4月13日，距樹干水平距離30 cm處，左右兩側(cè)挖長40 cm、寬20 cm、深60 cm的條狀施肥溝，氮肥施用量參照張筠筠等［12］，每株施15N-硫酸銨10 g（豐度15.2%），普通硫酸銨（N 21%）245.10 g、重過磷酸鈣（P2O544%）57.23 g、硫酸鉀（K2O 52%）82.82 g，將肥料與浮土拌勻后回填。在施氮后不同時間內(nèi)采集土壤和釀酒葡萄各器官，測定植株各器官全氮含量和15N豐度。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 土壤樣品的采集與測定方法

土壤樣品在施肥前采集1次，在距離植株30cm處，挖取0～60 cm的土壤剖面，按照0～20、20～40、40～60 cm分為3層，用環(huán)刀法取原狀土，并用采樣袋采集每個土層適量的土樣。將每個采樣點(diǎn)同一深度的3份土樣置于潔凈的編織袋中混合均勻后，采用四分法取部分土樣用自封袋收集，使用記號筆編號。將樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，把各小份土樣分別攤晾在A4紙上，在室內(nèi)風(fēng)干、磨細(xì)，過1和0.25 mm篩，用于測定pH及全鹽、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量。具體測定方法為：土壤pH（水土比5∶1）采用PHS-25精密酸度計測定；全鹽（水土比5∶1）采用電導(dǎo)儀測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；全磷采用鉬銻抗比色法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度法測定［13］。

1.3.2 植物樣品的采集與測定方法

在15N標(biāo)記氮肥施用后35、70、105、140和160 d共采集樣品5次，按不同器官分為根、莖（莖分主干、一級分枝、二級分枝）、葉、果，從第一棵樹開始，用等差法每次選3棵樹采樣，每棵樹取葉樣100片，在0～60 cm土體內(nèi)取體積相等的粗根、中根和細(xì)根混合作為根樣，在主干的1/2處采用鉆孔取樣法取樣，一級分枝和二級分枝用剪刀在其1/2處剪10 cm，每株樹剪3枝，作為分枝樣品，每株樹分3層。每棵樹在不同高度取大小相近的5串葡萄作為果實(shí)樣品［14］。將采回來的各器官用蒸餾水沖洗干凈，在105℃下殺青30 min，然后在70℃的條件下烘干至恒量，最后用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎過1 mm篩，混合裝袋，測定各個器官的氮含量和15N豐度。植株全氮含量采用H2SO4消煮-凱式定氮法測定，用元素分析儀-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)（Flash EA 1112 HT-Delta V Advantages，Thermo公司）測定15N豐度［13］。

1.3.2.1 體積測定 釀酒葡萄為合軸分枝，有主干、一級分枝和二級分枝。每級分枝均近似看為圓臺，每次采樣均用游標(biāo)卡尺測量所有標(biāo)記葡萄主干和一級分枝1/2處的直徑記作d，用卷尺測量其長度記作L，則體積V=π（d/2）2L。因?yàn)榈雀叩膱A柱和圓臺，圓柱底面半徑是圓臺兩底面半徑的等差中項，則體積相等［13］。

1.3.2.2 密度測定 將三角瓶裝滿水，塞緊，用干潔的濾紙將瓶身粘附的水分擦干凈，稱重記作M1，樣品稱重記作M2，將樣品放入加滿水的三角瓶內(nèi)，塞緊，用干潔的濾紙將瓶身粘附的水分擦干凈，稱重記作M3（為防止樣品表面產(chǎn)生氣泡，將樣品在表面活性劑中浸一下，對密度的影響忽略不計），計算出樣品的體積：V=（M1+M2-M3）/ρ水，式中，ρ水為水的密度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，ρ水=1g·mL-1，樣品的密度計算式為：ρ=M2/V［15］。

1.3.2.3 干物質(zhì)量測定 整棵樹主干和一級分枝的干物質(zhì)量=V×ρ，二級分枝的干物質(zhì)量=單枝質(zhì)量×二級分枝數(shù)，葉的干物質(zhì)量=百葉重/100×葉片數(shù)，果實(shí)的干物質(zhì)量=百粒重/100×果實(shí)個數(shù)，根的干物質(zhì)量=根冠比×地上部干物質(zhì)量=根冠比×（主干的干物質(zhì)量+一級分枝的干物質(zhì)量+二級分枝的干物質(zhì)量+葉的干物質(zhì)量+果的干物質(zhì)量）［16］。

各施氮時期干物質(zhì)累積量=這一施氮時期的干物質(zhì)量-上一施氮時期的干物質(zhì)量。

1.4 相關(guān)計算

15N的計算公式如下［17-18］：

Ndff（%）=［植物樣品中15N豐度（0.9478%）-自然豐度（0.3663%）］/［肥料中15N豐度（%）-自然豐度（0.3663%）］×100；式中，Ndff表示植株器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，反映了植株器官對肥料15N的吸收征調(diào)能力［19］。

器官全氮量（g）=干物質(zhì)量（g）×器官中全氮含量（%）；

15N吸收量（mg）=器官全氮量（g）×Ndff×1000；

15N分配率（%）=各器官從氮肥中吸收的氮量（g）/總吸收氮量（g）×100；

氮肥利用率（%）=15N吸收量（g）/15N施氮量（g）×100；

氮肥殘留率（%）=（Ndff×土層厚度×土層面積×土壤容重×土層全氮量）/施肥量（g）×100；

氮肥損失率（%）=100%-氮肥利用率（%）-氮肥殘留率（%）。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行整理，采用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官干物質(zhì)量

由表3可知，在施氮后35 d，根、主干、一級分枝、二級分枝和葉的干物質(zhì)量最少，分別為342.15、247.64、57.86、41.68和84.62 g·株-1，施氮70 d后果的干物質(zhì)量最少，為78.07 g·株-1。施氮后160 d，根、主干、一級分枝、二級分枝、葉和果的干物質(zhì)量最多，分別為1487.20、271.23、68.57、703.14、613.59和343.31 g·株-1，較施氮70 d后分別增加了234.26%、8.16%、15.71%、113.47%、80.39%和339.75%。根、主 干、一 級分枝、二級分枝、葉和果的干物質(zhì)量均在施氮后70～105 d明顯增加，施氮后105 d的干物質(zhì)量較施氮后70 d分別增加了95.19%、4.23%、6.51%、58.58%、30.00%和219.84%。

表3 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官干物質(zhì)量

2.2 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官Ndff值

由表4可知，根的Ndff值在施氮后呈現(xiàn)“下降-上升-下降”的趨勢，在施氮后105 d，達(dá)到峰值為8.65%。整個施氮時期內(nèi)，主干、一級分枝、二級分枝和葉的Ndff值均呈現(xiàn)上升的趨勢，而果的Ndff值呈“上升-下降-上升”的趨勢，在施氮后160 d最大，為23.30%，較施氮35 d后增加了15.63個百分點(diǎn)。根、主干、一級分枝、二級分枝和葉在施氮后160 d的Ndff較施氮后35 d分別增加了3.23、8.18、16.2、21.5和15.9個百分點(diǎn)。根、主干、一級分枝、二級分枝、葉和果在施氮后105 d的Ndff值較施氮后70 d分別增加了6.38、5.89、5.87、7.25、4.34和7.01個百分點(diǎn)。在施氮后35d，根的Ndff值最大，較主干、一級分枝、二級分枝和葉分別增加了4.22、4.00、2.48和2.61個百分點(diǎn)；在施氮后70 d，葉的Ndff值最大，為9.79%；施氮后105、140、160 d，二級分枝的Ndff值分別為16.81%、17.83%、23.72%，均高于根、主干、一級分枝、葉和果。

表4 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官Ndff

2.3 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官15N分配率

由表5可知，根的15N分配率在施氮后呈現(xiàn)“上升-下降”的趨勢，在施氮后140 d最大，為9.38%，較施氮后35 d的15N分配率增加了7.92個百分點(diǎn)。在整個施氮時期內(nèi)，主干、一級分枝和二級分枝在施氮后均呈現(xiàn)上升的趨勢，在施氮后160 d最大，分別為1.09%、0.46%和7.59%。葉的15N分配率呈現(xiàn)“上升-下降”的趨勢，在施氮后140 d最大，為17.56%。果的15N分配率呈現(xiàn)“上升-下降-上升”的趨勢，施氮后105 d較施氮后70 d增加了3.21個百分點(diǎn)。根、主干、一級分枝、二級分枝和葉在施氮后105 d的15N分配率較施氮后70 d分別增加了5.26、0.52、0.24、2.55和3.70個百分點(diǎn)。在施氮后35 d，根的15N分配率明顯高于其他器官，為1.46%。施氮后70～160 d，葉的15N分配率分別為6.42%、10.12%、17.56%和15.97%，均高于根、主干、一級分枝、二級分枝和果。

表5 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官15N分配率

2.4 施氮后不同時間釀酒葡萄氮素利用率的變化

由表6可知，整個施氮時期內(nèi)，氮肥利用率和氮肥損失率呈上升的趨勢，而土壤氮肥殘留率呈下降的趨勢。氮肥利用率在施氮后35 d僅有1.50%，施氮后160 d最大為38.97%。施氮后160 d的氮肥利用率較施氮后35 d增加了37.47個百分點(diǎn)。土壤氮肥殘留率在施氮后35 d最大，為95.00%，在施氮后105 d下降明顯，較施氮后70 d降低了25.48個百分點(diǎn)。在施氮后160 d降到最低，為17.77%，較施氮后35 d減小了77.23個百分點(diǎn)。氮肥損失率在施氮后35 d最小，為3.50 %。施氮后105 d較施氮后70 d增加了10.16個百分點(diǎn)。在施氮后160 d達(dá)到峰值為43.25%，較施氮后35 d增加了39.75個百分點(diǎn)。整個施氮期釀酒葡萄的氮肥利用率為38.97%，土壤氮肥殘留率為17.77%，氮肥損失率為43.25%。

表6 施氮后不同時間釀酒葡萄氮肥利用率

3 討論

3.1 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官干物質(zhì)量

干物質(zhì)量表示釀酒葡萄獲取能量的能力［14］。本研究得出，釀酒葡萄各器官干物質(zhì)量隨著施氮時間的推進(jìn)而增加，根在施氮后35～160 d的干物質(zhì)量較主干、一級分枝、二級分枝、葉和果都大。在施氮后160 d根、主干、一級分枝、二級分枝、葉和果的干物質(zhì)量達(dá)到最大。這與彭玲等［18］和柴仲平等［20］的研究結(jié)果相似，原因是生長初期，根系不發(fā)達(dá)，吸收氮素的能力低，所以根的干物質(zhì)量最大；生長中期，隨著光合面積的迅速擴(kuò)大和根系的建立，釀酒葡萄各器官快速生長，干物質(zhì)量增加顯著并且氮素等營養(yǎng)元素逐漸向生殖器官轉(zhuǎn)移，果的干物質(zhì)量逐漸上升；生長后期，樹體漸漸衰老，根系生長緩慢，釀酒葡萄各器官生長減慢以至停止，各器官干物質(zhì)量不再上升。

3.2 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官Ndff值

土壤中的氮素和樹體貯藏的氮素是樹體主要的氮來源，然而土壤中氮素?zé)o法滿足果樹需求，需通過氮素施入來補(bǔ)充和調(diào)節(jié)［21］，進(jìn)一步確認(rèn)樹體對氮素的吸收和分配特性，是釀酒葡萄合理施用氮肥的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Ndff反映了植株器官對肥料15N的吸收征調(diào)能力。施氮后160 d根、主干、一級分枝、二級分枝、葉和果的Ndff值最大，此時期各個器官發(fā)育成熟，生理活性較強(qiáng)，代謝機(jī)能完善，故對15N的吸收征調(diào)能力較強(qiáng)，與汪新穎等［11］的結(jié)果一致。初期根和葉片的Ndff值較高，表明樹體吸收的氮素先轉(zhuǎn)運(yùn)至根系，然后直接向枝葉中轉(zhuǎn)移［22］。在施氮后105 d，葉片、果實(shí)的Ndff值明顯升高，說明在此時期，葉片和果實(shí)為樹體的生長中心；到了果實(shí)成熟期，果實(shí)的Ndff值較高，表明此時樹體的生長中心為果實(shí)，這與何雪菲等［23］的研究結(jié)果一致。

3.3 施氮后不同時間釀酒葡萄各器官15N分配率

15N分配率是樹體各器官中15N含量占全株15N總量的百分率，反映了肥料氮在樹體內(nèi)的分布及在各器官內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律［24］。馬文娟等［7］、Quinones等［25］、王富林等［26］的研究均表明，15N分配率以葉片最高。這與本研究結(jié)果相似，原因是氮素會優(yōu)先運(yùn)向根系和葉片，以形成良好的根冠形態(tài)，從而達(dá)到提高自身生長能力和養(yǎng)分利用效率的目的。施氮后70～105 d釀酒葡萄樹體的15N分配率增長最快，說明在這一階段是釀酒葡萄樹體氮素吸收和利用的關(guān)鍵時期。葉片在施氮后70 d的15N分配率最高，此階段果實(shí)膨大，需要葉片進(jìn)行光合作用來完成物質(zhì)的合成，而氮素是進(jìn)行光合作用的重要因素之一。施氮后160 d，根和葉片的15N分配率下降，原因是果實(shí)成熟關(guān)鍵階段，果實(shí)和其他器官存在競爭關(guān)系，由于庫的增加，葉片合成的物質(zhì)會優(yōu)先分配給生殖器官。

3.4 施氮后不同時間釀酒葡萄氮素利用率的變化

前人研究得出果樹的氮肥利用率在25%～35%之間［27-28］，本試驗(yàn)中氮肥的利用率為38.00%。高出前人的研究結(jié)果。其原因可能與根系對氮的吸收能力有關(guān)，施入適當(dāng)?shù)牡士纱龠M(jìn)根系生長，從而增大根系的有效吸收面積，并提高氮素吸收利用率［23］。但考慮到實(shí)際生產(chǎn)中氮素養(yǎng)分滲漏是肥料利用率降低的一個重要因素，所以在實(shí)際生產(chǎn)中氮素利用率較本試驗(yàn)結(jié)果低。朱寶國等［29］研究發(fā)現(xiàn)氮肥深追的條件下土壤氮肥殘留率為14.57%，氮肥損失率為27.62%，本試驗(yàn)得出整個施氮時間的土壤氮肥殘留率為17.77%，氮肥損失率為43.25%，可能由于寧夏賀蘭山東麓土壤環(huán)境惡劣，富含石礫，保水保肥性能差，使得土壤氮肥殘留率和氮肥損失率偏高。

4 結(jié)論

在寧夏賀蘭山東麓礫質(zhì)灰鈣土滴灌條件下，施氮后70～105 d各器官干物質(zhì)量、Ndff值以及15N分配律均明顯增加，此階段是釀酒葡萄樹體氮素營養(yǎng)的最大效率期。因此，在施氮后70～105 d應(yīng)注重氮肥的投入。整個施氮時期釀酒葡萄的氮肥利用率為38.97%，氮肥殘留率為17.77%，氮肥損失率為43.25%。