胡文峰,周 旋,黃粵林,徐章倩,張慧如,楊 威,楊向東,彭建偉

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學 資源學院,土肥高效利用國家工程研究中心,湖南 長沙 410128;2.湖南省土壤肥料研究所,湖南 長沙 410125;3.中國農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081)

葡萄(Vitisvinifera)是一種重要的鮮食果品和加工原料。近年來,隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和市場經(jīng)濟的深入發(fā)展,我國葡萄栽培面積不斷擴大[1]。葡萄是蔓性果樹,具有生長旺盛、營養(yǎng)生長迅速的特點,從展葉—開花期前后對氮(N)素的需求最大,后期果實膨大,成熟時間短。生產(chǎn)上施用速效N肥,一般提倡分次施用,但部分果農(nóng)為追求效益最大化,常常通過增加施用量來提升葡萄產(chǎn)量,忽略果實品質(zhì)的提高,造成資源浪費和環(huán)境污染等問題[2],而施肥不合理會使肥效不明顯,或后期脫肥[3]。因此,合理施肥是葡萄樹體正常生長及優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的營養(yǎng)保證[4]。

緩控釋肥料施入土壤中能緩慢釋放其養(yǎng)分,具有緩效性或長效性[5-6],在減少施肥次數(shù)、降低施肥成本和養(yǎng)分流失、提高肥料利用率、改善作物產(chǎn)量品質(zhì)等方面具有廣泛的應用潛力[7-8]。目前,緩控釋肥的包膜材料研究方向已由無機向有機轉(zhuǎn)變,尤其是高分子聚合物控制效果良好,易降解,且對環(huán)境無污染[9]。其中聚氨酯(PUR)全稱為聚氨基甲酸酯,作為包膜材料用于制備控釋肥時,具有生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單、易實現(xiàn)連續(xù)化等特點,發(fā)展前景好[10]。故開展聚氨酯包膜尿素在經(jīng)濟作物中的化肥減量增效研究具有重要意義。

果樹的生長周期長,可通過實時獲取葉片中葉綠素水平,掌握其生長狀況,從而指導科學合理的施肥,促進優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)[11]。而單一測定葡萄葉片某一位點的SPAD值,不能準確代表葉片葉綠素含量[12],仍需加強精準監(jiān)測。玫瑰香型陽光葡萄(Vitislabrusca×vinifera,Shine muscat)成熟后果皮呈綠黃色,果肉脆硬,有類似玫瑰香味,其外觀規(guī)則整齊,抗病性強,難裂果,鮮食品質(zhì)好,耐貯藏,有很好的經(jīng)濟效益而備受市場歡迎[13-14]。目前,關于包膜控釋肥料在鮮食葡萄陽光玫瑰種植中的生長效應研究鮮有報道[15]。本研究根據(jù)陽光玫瑰生長中的需肥規(guī)律,采用田間小區(qū)試驗研究不同N肥減量配施聚氨酯包膜尿素比例對鮮食葡萄光合特性、果實產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,以分析葡萄生長發(fā)育特征,評價在葡萄上施用緩控釋肥的產(chǎn)量效應,篩選出合適的肥料配比及施用量,為其在葡萄栽培中的推廣應用、鮮食葡萄合理施肥技術體系的建立提供科學理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年10月—2019年10月在湖南省長沙市長沙縣干杉鎮(zhèn)陽光葡萄園內(nèi)進行,該園栽培模式為U型架簡易鋼架大棚避雨栽培。該地區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候,水熱充足,年均氣溫17.6 ℃,全年無霜期260 d,年均日照時數(shù)1 510.9 h,年均降水量1 472.9 mm。供試土壤成土母質(zhì)為河湖沉積物,其土壤基本理化性質(zhì)為:pH值5.81,有機質(zhì)36.12 g/kg,全氮1.00 g/kg,全磷0.32 g/kg,全鉀7.19 g/kg,堿解氮100.17 mg/kg,速效鉀173.67 mg/kg,速效磷9.56 mg/kg。

1.2 供試材料

供試鮮食葡萄品種為玫瑰香型陽光玫瑰,嫁接貝達砧木,樹齡3 a,樹勢健壯,長勢基本一致,屋脊式棚架栽培。供試肥料為菜籽餅肥、聚氨酯包膜控釋尿素(氮釋放期90 d,N含量44%)、普通尿素(N含量46%)、鈣鎂磷肥(P2O5含量12%)、硫酸鉀(K2O含量52%)。

1.3 試驗設計

采用田間試驗,每小區(qū)6株。共設置7個處理:①農(nóng)民習慣施肥(Conventional fertilization,CF),全年化學N施用量為465 kg/hm2;②等N量配施包膜尿素(Coated urea,1.0N+CU),包膜尿素替代30%施N量;③減N10%配施包膜尿素(0.9N+CU),包膜尿素替代30%施N量,再減N10%;④減N20%配施包膜尿素(0.8N+CU),包膜尿素替代施N量30%,再減N20%;⑤減N30%配施包膜尿素(0.7N+CU),包膜尿素代替30%施N量,再減N30%;⑥減N40%配施包膜尿素(0.6N+CU),包膜尿素替代30%施N量,再減N40%;⑦無化學N肥處理(CK)。各處理P2O5、K2O用量分別為210,450 kg/hm2。重復3次,隨機區(qū)組排列。小區(qū)長7.5 m,寬5 m,面積37.5 m2。

所有處理都于冬前條施(深30～50 cm)已發(fā)酵菜籽餅肥4 500 kg/hm2作基肥,磷鉀肥施用量和方式均相同。包膜尿素、磷肥作基肥一次性施用,鉀肥按基肥、萌芽肥、花前肥、膨果肥分別占總鉀量的15∶15∶15∶55比例施用。2018年10月15日施基肥,2019年4月5日第1次追肥,5月2日第2次追肥,6月20日第3次追肥。每次施肥時開溝均勻施入。土壤施肥在距離主干基部30 cm處,挖寬20 cm×長50 cm深條溝施入。各處理施肥用量詳見表1。采用單溝雙行栽植,株行距224 cm×250 cm,栽培密度為1 800株/hm2。疏花疏果情況基本保持一致,施肥、灌水和病蟲害防治等同常規(guī)管理。

表1 鮮食葡萄不同時期氮肥施用方案Tab.1 Nitrogen fertilizer application scheme of table grape at different growth stage kg/hm2

1.4 測定項目與方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定 采收于2019年9月29日果實成熟時,各處理隨機抽取葡萄樹3株中果穗5個,測定穗質(zhì)量、十粒質(zhì)量和果粒橫、縱徑,計數(shù)穗粒數(shù),并測產(chǎn)[16]。

1.4.2 葉片葉綠素SPAD值測定 分別于葡萄生長萌芽期、花期和果實膨大期等關鍵生育期,選擇各處理區(qū)生長狀況相似的葡萄樹,選取枝蔓基部向上連續(xù)3片葉(+1、+2、+3),分別采用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測定,重復3次。

1.4.3 葉片光合作用測定 于葡萄果實膨大期,選擇各處理區(qū)生長狀況一致的葡萄樹,選取枝蔓基部第3個葉片,采用Li-6400便攜式光合儀(Li-COR,美國),于晴天9:00—12:00測定功能葉凈光合速率(Pn)、氣孔導度(GS)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)。控制條件如下:CO2濃度400 μmol/mol,溫度30 ℃,光照1 200 μmol/(m2·s)。3次重復,求其平均值。

1.4.4 果實品質(zhì)指標測定 于葡萄果實成熟時采收,各小區(qū)分別隨機摘取3穗葡萄,測定葡萄果?？偺恰⒕S生素C(VC)、可滴定酸和可溶性固形物等品質(zhì)指標。果實總糖含量采用蒽酮比色法測定。果實VC含量采用2,6-二氯酚靛酚鈉滴定法測定。果實可滴定酸含量采用NaOH滴定法測定?？扇苄怨绦挝锊捎檬殖质秸酃鉁y糖儀測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進行處理,用SPSS 19.0軟件對鮮食葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)及光合特性等數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及最小顯著差異性檢驗(Duncan′s新復極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片葉綠素含量

由表2可知,陽光玫瑰整個生育期各處理不同葉位葉綠素含量大小基本表現(xiàn)為+1>+2>+3。在萌芽期—開花期,CF處理葡萄葉片SPAD值略高于配施控釋肥處理,且隨著施N量的減少而呈先升后降的趨勢,平均值分別于0.9N+CU和0.8N+CU處理出現(xiàn)峰值。說明包膜控釋肥施用較常規(guī)施肥前期養(yǎng)分釋放緩慢,會影響葡萄生長前期葉片中葉綠素的形成。鮮食葡萄果粒膨大期施N處理+1、+2、+3葉片SPAD值平均值較CK處理增幅為0.61%～3.68%。與CF處理相比,1.0N+CU、0.9N+CU、0.8N+CU、0.7N+CU和0.6N+CU處理鮮食葡萄膨大期葉片SPAD值平均值分別提高1.22%,3.05%,2.10%,1.40%,0.60%。與1.0N+CU處理相比,0.9N+CU、0.8N+CU和0.7N+CU處理葉片SPAD值分別提高1.80%,0.87%,0.17%,而0.6N+CU處理降低0.61%。說明配施包膜控釋肥能有效提高葡萄膨大期葉片葉綠素含量,可能是由于生育后期養(yǎng)分供應平衡且釋放充足,確保葡萄植株正常生長,而農(nóng)民習慣施肥處理后期養(yǎng)分釋放不均衡導致葉綠素含量降低。

表2 不同氮肥處理下鮮食葡萄各生育期葡萄葉片葉綠素含量Tab.2 Chlorophyll content of leaves of table grape at different stages under different N fertilization treatments

2.2 鮮食葡萄葉片光合特征

由表3可知,鮮食葡萄施N處理果實膨大期功能葉凈光合速率較CK處理增幅為6.91%～24.39%,而胞間CO2濃度與凈光合速率的變化趨勢相反。說明施用N肥能有效提高葡萄生育中后期葉片氣孔導度,降低胞間CO2濃度,增強葉片的光合、同化作用。與CF處理相比,1.0N+CU、0.9N+CU、0.8N+CU、0.7N+CU和0.6N+CU處理果實膨大期功能葉凈光合速率分別提高7.44%,8.82%,16.35%,4.02%,0.70%。說明在一定用量范圍內(nèi),N肥減量配施包膜控釋肥有利于供給葡萄生長所需養(yǎng)分,提高葉片蒸騰速率,調(diào)節(jié)氣孔開閉,增強CO2同化能力,促進葉肉細胞的羧化效率,增加凈光合速率,且隨著減N量的增加而出現(xiàn)先升后降的趨勢。

表3 不同氮肥處理下鮮食葡萄果實膨大期功能葉光合特征參數(shù)Tab.3 Photosynthetic parameters of functional leaves of table grape at puffing period under different N treatments

2.3 鮮食葡萄產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表4可知,鮮食葡萄各處理單穗果粒數(shù)以CF處理最低,0.8N+CU處理最高,配施包膜控釋肥處理隨著N肥用量的降低,單穗果粒數(shù)先增加后減少。與1.0N+CU處理相比,0.9N+CU、0.8N+CU、0.7N+CU和0.6N+CU處理鮮食葡萄單穗果粒數(shù)分別提高5.71%,12.07%,9.59%,0.64%。說明N肥適當減量配施包膜控釋肥能提高陽光玫瑰單穗果粒數(shù)。鮮食葡萄各處理單穗質(zhì)量以CK處理最低,0.9N+CU處理最高,配施包膜控釋肥處理隨著N肥用量的降低,單穗質(zhì)量呈先升后降趨勢,但處理間差異不顯著。十粒質(zhì)量各處理為104.96～116.35 g。鮮食葡萄施N處理果實產(chǎn)量較CK處理增幅為5.73%～49.16%。說明施用N肥能有效提高鮮食葡萄果實產(chǎn)量。與CF處理相比,1.0N+CU、0.9N+CU、0.8N+CU和0.7N+CU處理果實產(chǎn)量分別提高10.67%,28.11%,32.91%,11.57%,而0.6N+CU處理減產(chǎn)5.79%。隨著N肥施用量的降低,配施包膜控釋肥處理葡萄果實產(chǎn)量呈先增后降趨勢,以0.8N+CU處理效果最好。與1.0N+CU處理相比,0.9N+CU、0.8N+CU和0.7N+CU處理果實產(chǎn)量分別提高15.76%,20.09%,0.81%,而0.6N+CU處理減產(chǎn)14.88%。說明N肥適當減量配施包膜控釋肥的養(yǎng)分釋放過程能與葡萄需肥規(guī)律同步,而實現(xiàn)增產(chǎn)。

表4 不同氮肥處理下鮮食葡萄產(chǎn)量構(gòu)成因素Tab.4 Yield components of table grape and its components under different fertilization treatments

2.4 鮮食葡萄果實品質(zhì)

由表5可知,施N處理中鮮食葡萄可溶性固形物、VC含量均以0.9N+CU處理最高,CF處理最低;與CF處理相比,N肥減量配施包膜控釋肥處理可溶性固形物和VC含量增幅分別為2.8%～7.4%,3.5%～7.7%。施N處理中鮮食葡萄總糖含量以0.8N+CU處理最高,CF處理最低,與CF處理相比,N肥減量配施包膜控釋肥處理總糖含量增幅為1.5%～9.5%,但差異不顯著。施N處理中鮮食葡萄可滴定酸含量以0.6N+CU處理最高,0.9N+CU處理最低。與CF處理相比,1.0N+CU、0.9N+CU處理鮮食葡萄可滴定酸含量分別降低1.6%,2.4%,而0.8N+CU、0.7N+CU、0.6N+CU處理分別增加0.1%,1.9%,4.7%。各處理鮮食葡萄固酸比、糖酸比處理間差異不顯著,變幅分別為8.24～9.54,77.11～91.46。說明適量降低N肥用量配施包膜控釋肥鮮食葡萄果實可溶性固形物、VC和總糖含量與常規(guī)施肥差異不大,甚至表現(xiàn)更好;而過多減少N肥施用會增加果實可滴定酸含量,降低漿果的食味品質(zhì)。

表5 不同氮肥處理下鮮食葡萄的果實品質(zhì)性狀Tab.5 Fruit quality of table grape under different N treatments

2.5 葉綠素SPAD值與葡萄品質(zhì)性狀指標的相關分析

由表6可知,鮮食葡萄果實可溶性固形物和VC含量與萌芽期、花期、膨大期各葉位葉片SPAD值呈正相關,其中膨大期+2、+3及平均值達顯著性水平(r>0.850)。果實總糖含量與萌芽期、花期、膨大期各葉位葉片SPAD值呈正相關,其中,花期+3、膨大期+3及平均值達顯著性水平(r>0.790)。果實總酸與不同生育期各葉位葉片SPAD值均呈負相關(-0.254～-0.939**)。而糖酸比和固酸比與不同生育期各葉位葉片SPAD值呈正相關,其中花期和膨大期平均值達顯著性水平(r>0.790)。膨大期+1、+2、+3葉位葉綠素SPAD值平均值與鮮食葡萄各品質(zhì)性狀指標(總酸除外)相關性呈顯著或極顯著正相關。說明葡萄膨大期葉綠素SPAD值平均值與品質(zhì)性狀指標的線性擬合回歸方程最優(yōu)。

表6 不同葉位葉綠素SPAD值與品質(zhì)性狀的相關性Tab.6 Correlation between SPAD value and quality traits of table grape

3 結(jié)論與討論

3.1 氮肥減量配施包膜尿素對鮮食葡萄葉片葉綠素及光合特性的影響

研究認為,葉片光合能力及光合功能期的長短會對葡萄花芽及漿果產(chǎn)量、品質(zhì)的形成產(chǎn)生直接影響[17-18]。本研究中,施肥處理鮮食葡萄功能葉各生育期葉綠素含量均有所增加,果實膨大期凈光合速率高于對照,這主要是由于N素水平提高促進葡萄葉片葉綠素的合成,從而增加SPAD值[19],SPAD值又與葡萄品質(zhì)有密切聯(lián)系。此外,農(nóng)民習慣施肥處理在葡萄生長萌芽期SPAD值高于包膜控釋肥處理,而中后期卻與包膜控釋肥處理相近或降低,可能是由于聚氨酯包膜尿素能有效保障生長后期N肥的持續(xù)釋放,避免土壤對肥料的固定與流失,維持植株正常營養(yǎng)需求與健康生長,利于葉綠素合成。遲麗華等[20]研究發(fā)現(xiàn),葡萄減量25%控釋肥處理葉綠素等生理指標均有一定程度的提高。與本研究結(jié)果相似,N肥適宜減量配施包膜控釋肥能有效延緩葡萄葉片的衰老,但減施30%后則造成葉片光能利用能力的顯著下降。

相關研究表明,施用包膜肥料可改善巨峰葡萄葉片的光合特性,降低氣孔導度和蒸騰速率[21-22]。本研究中,農(nóng)民習慣施肥處理葡萄生長后期養(yǎng)分不均衡導致陽光玫瑰葉片光合速率降低,而包膜控釋肥施用由于養(yǎng)分供應平衡且充足,利于葉片氣孔開放,改善葉肉細胞CO2的供應能力,從而提高葡萄后期的光合能力,促進光合產(chǎn)物的形成和轉(zhuǎn)運,但是隨著施N量的降低,葉片凈光合速率整體呈下降趨勢。這與程杰山等[23]研究結(jié)果相似,超過300 kg/hm2后,增加施肥量對巨玫瑰葉片凈光合速率未有顯著影響。因此,適宜N肥減量施用鮮食葡萄能降低葉片胞間CO2濃度,促進葉肉細胞的羧化效率,提高CO2同化速率,并延長葉片光合功能期,但N肥過量減施將會降低葉片的同化作用。

3.2 氮肥減量配施包膜尿素對鮮食葡萄產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

研究表明,緩控釋肥能有效保證N素的持續(xù)供應,促進碳水化合物的合成,有效增加葡萄果實單果質(zhì)量,并顯著提高單位面積產(chǎn)量[5,24]。但N肥施用過量會導致葡萄的枝梢徒長,降低新生枝條和根系木質(zhì)化程度,影響其越冬能力,進而出現(xiàn)大量落果,降低產(chǎn)量[25]。吳建平等[26]研究指出,在P、K用量相同的前提下,葡萄產(chǎn)量隨著施N量的增加而升高,超過562.5 kg/hm2后產(chǎn)量有所降低。故N對葡萄產(chǎn)量的作用大于P和K,單穗質(zhì)量、單粒質(zhì)量和產(chǎn)量隨著施N量的增加而增加,而超過一定范圍,產(chǎn)量不增反降[27],主要原因是前期速效養(yǎng)分過多造成莖葉徒長,或肥料集中施入導致對根系的傷害而減產(chǎn)[28]。遲麗華等[20]研究表明,設施葡萄減量25%控釋肥較對照增產(chǎn)41.6%。劉慧穎等[21]研究認為,包膜加抑制劑常規(guī)施肥減量20%處理效果最好,較對照和常規(guī)施肥處理分別增產(chǎn)35.41%,10.52%。這與本研究結(jié)果相似,N肥減量10%～20%配合包膜控釋肥處理鮮食葡萄的產(chǎn)量最高。

車俊峰[29]研究認為,葡萄栽培過程中N素過多易造成樹勢徒長,成花坐果質(zhì)量差;而樹勢弱坐果多。劉助生等[27]研究發(fā)現(xiàn),單穗質(zhì)量、單粒質(zhì)量和產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨著施N量的增加而增加。而施用控釋N肥能提高葡萄的穗質(zhì)量、穗粒數(shù)、粒質(zhì)量[2]。王佳武等[30]研究認為,控釋肥有助于葡萄生長發(fā)育,降低生理落果率,顯著提高果穗質(zhì)量、果實橫徑。本研究中,鮮食葡萄配施包膜控釋肥與農(nóng)民習慣施肥相比,在果穗縱徑、單穗質(zhì)量上未有顯著差異,但單穗果粒數(shù)有所增加。研究發(fā)現(xiàn),巨峰葡萄施用控釋肥后,穗質(zhì)量、粒質(zhì)量、單穗果粒數(shù)和粒徑等明顯增加[31-33]。本研究中,配施包膜控釋肥能顯著提高陽光玫瑰果實穗粒數(shù),而農(nóng)民習慣施肥植株營養(yǎng)生長過旺,果穗開花后落粒情況較嚴重,而N肥減量配施包膜控釋肥能有效提高鮮食葡萄單穗果粒數(shù),減少生理落果。

3.3 氮肥減量配施包膜尿素對鮮食葡萄果實品質(zhì)的影響

曾慶華等[34]研究得出,N肥施用能極顯著升高北玫葡萄果實VC含量和甜度,降低總酸度。而劉慧穎等[28]研究發(fā)現(xiàn),尿素一次性施用可溶性糖含量雖不是很高,但對糖酸比有促進作用。這與本研究結(jié)果相似,施用N肥能有效降低鮮食葡萄果實酸度,提高糖酸比。但N肥過多會使植株枝梢生長過旺,從而影響葡萄果實產(chǎn)量與品質(zhì)形成[35-36]。吳月燕等[4]研究發(fā)現(xiàn),N肥施用量越多,大棚葡萄枝條越徒長,著果率越低,有些品種無產(chǎn)量,且品質(zhì)較差。但施用緩控釋肥養(yǎng)分釋放緩慢、肥效期長,可滿足作物整個生育期對養(yǎng)分的需求,促進葡萄植株生長,利于改善品質(zhì)性狀[31]。魏建林等[2]研究發(fā)現(xiàn),與習慣施肥相比,葡萄施用控釋肥后可溶性糖和VC含量明顯提高,但糖酸比變化不大[28]。遲麗華等[20]研究認為,施用控釋肥150 g/株能使設施葡萄果實含糖量更高、硬度最小,相對品質(zhì)最佳、口感最好。本研究中,配施聚氨酯包膜尿素較農(nóng)民習慣施肥,能促進鮮食葡萄果實可溶性固性物的積累,增加總糖及VC含量,降低有機酸含量,提高糖酸比,從而增強果實風味和品質(zhì),更能滿足市場需求。

一般而言,葡萄成熟期主要對K素需求高,配以適量的P,但需控制N肥的施用[37]。吳建平等[26]研究認為,葡萄施肥600 kg/hm2固酸比最低,且隨著施肥量的增加呈上升趨勢,可溶性固形物也顯著提高[38],但施肥量與可滴定酸含量不呈線性相關,可能與土壤肥力、氣候條件、植株生長狀況等多種因素有關[31]。本研究中,聚氨酯包膜尿素對N素具有控釋效果,促使陽光玫瑰果實含糖量更高,酸度更低,品質(zhì)更好,在一定程度上改善鮮食葡萄口味[30],但后期N的緩慢釋放可能會造成與K的拮抗作用[37],而間接影響糖酸比。故N肥適宜減量配施包膜尿素處理鮮食葡萄在糖酸比、固酸比等品質(zhì)方面均優(yōu)于等量施肥處理。

本試驗條件下,葡萄園施用聚氨酯包膜尿素能緩慢釋放所含養(yǎng)分,為陽光玫瑰生長提供持續(xù)充足的營養(yǎng),促進葉片葉綠素的合成,利于光合作用,增加單果粒及果穗質(zhì)量,從而提高鮮食葡萄產(chǎn)量。適宜N肥減量施用將進一步提高鮮食葡萄的產(chǎn)量及品質(zhì),但減施超過30%N會導致減產(chǎn)和品質(zhì)下降,降低陽光玫瑰的種植效益。