葡萄氮素吸收利用與累積年周期變化規(guī)律

馬文娟,同延安,高義民

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊凌712100)

葡萄是一種外觀與風(fēng)味俱佳、營養(yǎng)豐富的果品。目前世界葡萄栽培面積732.6×104hm2,年產(chǎn)量6653×104t(FAO統(tǒng)計(jì)資料);據(jù)中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示,2007年我國葡萄種植面積和產(chǎn)量已達(dá)54.5×104hm2和669.7×104t。盡管我國葡萄生產(chǎn)發(fā)展迅速,但同世界主要的葡萄生產(chǎn)國相比,我國在葡萄生產(chǎn)方面存在的問題較多,如管理的粗放性、施肥的盲目性、葡萄品質(zhì)普遍不高等。

大量研究[1-3]表明,科學(xué)施肥是葡萄樹體正常生長及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果實(shí)的基礎(chǔ)[4]。葡萄的施肥應(yīng)按照其生長發(fā)育規(guī)律,進(jìn)行平衡施肥或配方施肥。目前針對(duì)施肥的研究多集中在施肥比例和施肥數(shù)量及其對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響方面[5-6],對(duì)葡萄不同發(fā)育階段和年周期需肥規(guī)律研究較少。本文試圖通過對(duì)紅地球葡萄生育期內(nèi)不同器官氮含量和累積動(dòng)態(tài)進(jìn)行定量研究,初步確定紅地球葡萄對(duì)氮素的吸收和利用規(guī)律,以期為葡萄樹合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

葡萄試驗(yàn)設(shè)在陜西扶風(fēng)縣揉谷鄉(xiāng)新集村,位于暖溫帶半濕潤偏旱氣候區(qū),年降水量550～650 mm。供試品種為7年樹齡的紅地球,栽植密度1 m×2.5 m,果園土壤為土 ,一年灌溉一次,由于果農(nóng)的精細(xì)管理,全園果樹長勢(shì)較一致。試驗(yàn)前取該葡萄園基礎(chǔ)土樣(0—40 cm),測(cè)得全氮1.05 g/kg、速效磷17.8 mg/kg、速效鉀為145 mg/kg,有機(jī)質(zhì)9.9 g/kg。上年果實(shí)采收后按農(nóng)民習(xí)慣施肥,每株基施純氮、磷、鉀的量分別為 0 .12、0.05、0.06 kg,施入深度為40 cm,施肥方式穴施;開花前7 d每株追施純氮0.06 kg,全園管理方式相同。試驗(yàn)前在園中選取18株葡萄樹掛牌標(biāo)記,作為試材;選取原則為地面到枝條分叉處高度最相近,主干粗度相同,剪枝后留枝條數(shù)及粗度相同,無病蟲害、結(jié)果正常的葡萄樹。

1.2 研究方法

本試驗(yàn)于2006年進(jìn)行。每次在18株標(biāo)記試材中選擇三株長勢(shì)基本一致的葡萄樹,作為3次重復(fù)。取樣時(shí)間分別為萌芽期(3月30日)、新梢旺長期(5月10日)、幼果期(6月30日)、果實(shí)膨大期(8月20日)、果實(shí)成熟期(9月30日)及果樹休眠期(11月30日)。每次采樣方法相同,即按果實(shí)、葉片、新梢、枝條(指除新梢外的其他老枝)、主干和根系解析;根系收集距主干半徑50 cm范圍內(nèi),深0～100 cm的坑中的所有根;稱量各器官總鮮重,用不銹鋼刀分離枝條、主干及根系的皮層和木質(zhì)部。植株樣品剪碎,在100～105℃度下殺酶 15 min,然后在70～80℃烘干至恒重。樣品粉碎后,用濃H2SO4-H2O2消解,Tector 5020流動(dòng)注射分析儀測(cè)定氮含量。氮累積量(kg/hm2)=氮含量(g/kg)×植株數(shù)器官干重(kg/plant)×種植密度(plant/hm2)。

文中數(shù)據(jù)為3株樹的平均值。數(shù)據(jù)采用EXCEL和DPS軟件處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄樹生物量與氮累積年周期變化

大量研究表明,不同時(shí)期生物量變化與養(yǎng)分狀況有密切的關(guān)系[7]。由圖1生物量變化曲線看出,主要生長期內(nèi)葡萄樹生物量凈增加12369 kg/hm2,其中地上部增加了 10539 kg/hm2,占總增加量的85.2%;從萌芽期(3月30日)到新梢旺長期(5月10日),整株生物量累積從5391 kg/hm2增加到5779 kg/hm2,增加7.2%;新梢旺長期至果實(shí)膨大期(8月20日),生物量增加到15500 kg/hm2,凈增加量9722 kg/hm2,占總增加量的78.6%。葡萄成熟期(9月30日),整株生物量累積達(dá)到峰值21233 kg/hm2。果實(shí)成熟期之后,由于果實(shí)的采收、落葉及越冬前對(duì)葡萄進(jìn)行冬剪,整株生物量呈下降趨勢(shì)。地上部生物量與整株生物量的變化規(guī)律相似。

與地上部生長量相比,根系生物量年周期內(nèi)變化不大,但總體呈緩慢增加趨勢(shì),年周期內(nèi)根系生物量增加1830 kg/hm2。劉俊等[8]對(duì)龍眼葡萄根系分布情況進(jìn)行了研究,其結(jié)果表明,定植后3年內(nèi),根系生長速度較快;以后進(jìn)入結(jié)果期,生長速度逐漸變緩。另有研究證明,果樹局部自疏與更新貫穿于整個(gè)生命周期,吸收根的死亡與更新在生命的初始階段就已發(fā)生,隨之須根和低級(jí)次根也發(fā)生更新現(xiàn)象[9]。王建[10]研究了10年生獼猴桃樹,同樣發(fā)現(xiàn)根系年生長量較小,總量維持在一個(gè)平衡狀態(tài),休眠期舊的根系會(huì)有較多脫落。

圖1 葡萄樹生物量與氮累積年周期變化Fig.1 Annual changes of biomass and N accumulation in grape tree

葡萄樹氮累積年周期變化與生物量累積趨勢(shì)相似。隨生育期的延長,氮累積量逐漸增加。從萌芽期到新梢旺長期,整株氮累積量從30.3 kg/hm2增加到31.1kg/hm2;新稍旺長期以后,由于展葉、春梢萌發(fā)及果樹開花,氮累積量迅速增加,成熟期達(dá)到累積峰值,為128 kg/hm2。成熟期以后,由于葡萄果實(shí)的采收、落葉及冬季修剪枝條攜走大部分氮素,使氮累積量大幅下降,到休眠期(11月 30日)降到 60.1 kg/hm2。

地上部氮素累積與整株累積相似。根系氮累積年周期內(nèi)呈先降低后增加的趨勢(shì)。萌芽期開始,根系貯存的氮素供應(yīng)葡萄植株地上部器官建造,根系累積量下降;到幼果期(6月30日)累積量最低,為12.98 kg/hm2。幼果期以后累積量開始增加,到休眠期(11月30日)累積量達(dá)到22.87 kg/hm2,增加量為9.89 kg/hm2。年周期內(nèi)根系氮累積總量為 2.64 kg/hm2。

2.2 葡萄樹體不同器官氮含量與累積的變化

2.2.1 葡萄樹新生器官氮含量與累積量 葡萄樹新生器官(果實(shí)、葉片和新梢)中氮含量與氮累積變化見表1。葉片中氮含量隨葉齡增加而降低,可能是隨葉片生長氮素被稀釋。新稍旺長期(5月10日)到幼果期(6月30日),葉片氮含量由30.17 g/kg降到22.37 g/kg,降低26%,達(dá)到顯著差異水平;幼果期(6月30日)以后,葉片氮含量持續(xù)降低,到果實(shí)膨大期(8月20日)葉片氮含量降為20.04 g/kg,至成熟期(9月30日),氮含量降低5.16 g/kg,降低幅度25.7%。這與秦嗣軍等[11]研究結(jié)果相似,即葡萄葉氮含量在生長期內(nèi)趨于下降,落葉前降到最低值。孫權(quán)[12]認(rèn)為,葡萄由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)入生殖生長,葉片氮含量下降。年周期內(nèi)果實(shí)中氮含量總趨勢(shì)表現(xiàn)為前期高后期低;幼果期到果實(shí)膨大期,果實(shí)氮含量由12.23 g/kg降為7.94 g/kg,降低幅度35%;到成熟期,果實(shí)氮含量降至6.63 g/kg。新梢中氮含量也呈下降趨勢(shì),幼果期到果實(shí)膨大期,新梢氮含量降低了16%;成熟期至休眠期,氮含量降為3.76 kg/hm2,下降幅度9%。新生器官中氮累積量隨果樹生長而不斷增加,葡萄樹年周期不同生育階段以葉片氮累積量較多,年周期內(nèi)葉片氮累積量為35.09 kg/hm2,其中有兩個(gè)快速增長階段,即新梢旺長期和花期,氮累積量分別增加了17.88 kg/hm2和11.37 kg/hm2;占總累積量的51%和32.4%。年周期內(nèi)果實(shí)氮累積量為32.27 kg/hm2,幼果期(6月30日)到果實(shí)膨大期(8月20日)累積幅度最大,累積量為14.12 kg/hm2,占總累積量的44%,其余56%的氮素在果實(shí)膨大期至成熟期吸收;收獲期新梢氮累積量最高,為28.11 kg/hm2,秋季修剪枝條帶走氮素5.11 kg/hm2,最終新梢氮累積量為23 kg/hm2。

表1 葉片、果實(shí)及新梢中氮含量與累積的變化Table 1 N content and accumulation in leaves,fruits and shoots of grape tree

2.2.2 不同器官氮含量年周期變化 全生育期內(nèi)葡萄樹不同器官中氮含量可分三個(gè)階段(見圖2)。第一階段:萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),枝條、主干、根系中氮含量呈下降趨勢(shì),枝條、主干及根系氮含量降低幅度分別為27.6%、32.9%、41%,說明此段物候期內(nèi)枝條、主干、根系吸收補(bǔ)充的氮素量小于向外輸出,而且根系輸出的氮素大于主干和枝條的。第二階段:幼果期(6月30日)到果實(shí)膨大期(8月20日),枝條與主干中氮含量均有所增加,增加幅度分別為14.6%、17.7%,根系氮含量繼續(xù)降低。第三階段:果實(shí)膨大期(8月20日)到休眠期(11月30日),枝條與主干的氮含量下降,分別降低了0.41 g/kg和1.17 g/kg;根系氮含量開始增加,增加量為2.41 g/kg。年周期內(nèi)氮含量順序?yàn)楦担局l＞主干。

圖2 葡萄樹不同器官中氮含量周年變化Fig.2 Annual changes of N content in different organs of grape tree

2.2.3 不同器官氮累積年周期變化 生育期內(nèi)枝條、主干、根系的氮累積量變化如表2,可以看出,枝條與主干氮累積量隨著生育期的延長而增加,雖然生育期內(nèi)氮含量呈降低趨勢(shì),但生物量不斷增加,故累積量亦增加,枝條與主干年吸氮量分別為2.57 kg/hm2和1.56 kg/hm2;根系氮累積量生育期內(nèi)表現(xiàn)為先降低再升高的趨勢(shì)。萌芽期(3月30日)到幼果期(6月30日),根系氮累積量從20.23 kg/hm2降為12.98 kg/hm2,降低了35.8%;幼果期以后根系氮累積量開始增加;果實(shí)膨大期至成熟期(8月20日到 9月 30日),根系氮累積量增加 5.65 kg/hm2,增加幅度最大,為 40%;到休眠期(11月30日),根系氮累積量達(dá)到22.87 kg/hm2,年周期根系凈吸氮量為2.64 kg/hm2。

表2 葡萄樹不同器官氮累積變化(kg/hm2)Table 2 N accumulation in different organs of grape tree

2.2.4 不同器官皮層與木質(zhì)部的氮含量 由圖3可知,葡萄樹枝條、主干和根系皮層(左)與木質(zhì)部(右)中氮含量的動(dòng)態(tài)變化,枝條與主干皮層氮含量均在萌芽期最高,以后隨著生育期的延長而逐漸降低,枝條皮層氮含量在花前與果實(shí)采收后下降幅度較大,分別降低了28.5%和41.6%;主干皮層氮含量在花期降幅較大,由 4.89 g/kg降為4.17 g/kg,降低了14.7%;根系皮層氮含量從萌芽期的8.94 g/kg降低至果實(shí)膨大期(8月20日)的4.83 g/kg,降低幅度為46%,此后根系皮層氮含量呈增加趨勢(shì),到休眠期(11月30日)達(dá)到5.65 g/kg。生育期內(nèi)根系皮層氮含量為根系＞枝條＞主干。

圖3 葡萄樹不同器官皮層與木質(zhì)部氮含量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of N content in cortex and xylem of grape tree

葡萄樹主干木質(zhì)部氮含量整個(gè)生育期內(nèi)呈逐漸降低的趨勢(shì);枝條木質(zhì)部氮含量前期稍有升高后期降低;根系木質(zhì)部含量變化與枝條相反。根系木質(zhì)部氮含量由萌芽期的4.58 g/kg降至幼果期(6月30日)的2.27 g/kg,降幅 50.4%,幼果期后,氮含量開始增加,休眠期(11月30日)氮含量達(dá)到2.83 g/kg。主干氮含量生育期內(nèi)變化范圍為2.67～1.54 g/kg;萌芽期到果實(shí)膨大期(3月30日到8月20日),枝條木質(zhì)部氮含量由2.07 g/kg增加至2.8 g/kg,增加35%,果實(shí)膨大期以后開始降低,到休眠期降為1.47 g/kg。

從圖3還可看出,葡萄樹各器官皮層氮含量在不同生育階段均高于對(duì)應(yīng)器官木質(zhì)部氮含量。

2.3 不同器官氮素貯存變化

由表3可知,7年生紅地球葡萄樹生育期內(nèi)(葡萄產(chǎn)量18 t/hm2)果實(shí)與葉片年帶走65.36 kg/hm2的氮。新梢最終吸氮量為23 kg/hm2,修剪帶走5.11 kg/hm2;而枝條、主干、根系年吸氮量則分別為2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2;葡萄樹休眠期(11月30日)植株氮累積量為60.1 kg/hm2,不包括果實(shí)與葉片帶走的氮素,以及修剪枝條帶走的那一部分,事實(shí)上將葡萄植株各器官吸氮量累加可知,年周期內(nèi)葡萄樹從土壤中吸收氮素總量為97.13 kg/hm2。新梢旺長期和果實(shí)膨大期吸收量顯著,分別吸收氮素38 kg/hm2和29.6 kg/hm2,占吸收總量的39%和30.5%。

表3 葡萄樹各器官氮累積量變化(kg/hm2)Table 3 N accumulation in different organs of grape tree

本研究表明,每生產(chǎn)1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg。張志勇[13]對(duì)釀酒葡萄“赤霞珠”養(yǎng)分累積動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究后認(rèn)為,每生產(chǎn)1000 kg赤霞珠葡萄需要氮素量為5.95 kg。因此,建議在花期之前即新梢旺長期(這時(shí)花芽正繼續(xù)分化,新梢即將開始旺盛生長,需要大量氮素養(yǎng)分)和落花后果實(shí)膨大期(這次追肥不但能促進(jìn)幼果膨大,而且有利于花芽分化,這一階段是葡萄生長的旺盛期,也是決定第二年產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期)補(bǔ)施氮肥。

3 討論

植物生長發(fā)育過程中要連續(xù)不斷地從外界吸收養(yǎng)分,以滿足生命活動(dòng)的需要,但各生育期需肥特點(diǎn)卻有所差異,因此肥料在不同時(shí)期施用,其所產(chǎn)生的效果不同,其中某一時(shí)期施肥的效果最好,這個(gè)時(shí)期即為植物營養(yǎng)的最大效率期。本試驗(yàn)葡萄樹新梢旺長期和果實(shí)膨大期吸氮量大,分別吸收氮素38 kg/hm2和 29.6 kg/hm2,占吸收總量的 39%和30.5%,因此葡萄樹氮素營養(yǎng)的最大效率期在新梢旺長期到果實(shí)膨大期。

生長季節(jié)內(nèi)葡萄樹從土壤中吸收氮素總量為97.13 kg/hm2,其中果實(shí)與葉片年攜走氮65.36 kg/hm2,新梢最終吸氮量為23 kg/hm2,而枝、主干、根系年吸氮量則分別為2.57 kg/hm2、1.56 kg/hm2、2.64 kg/hm2。本研究結(jié)果表明,每形成1000 kg葡萄,需要吸收氮素5.4 kg,低于張志勇等[13]對(duì)“赤霞珠”的研究結(jié)果5.95 kg和秦嗣軍[11]對(duì)12年生雙優(yōu)山葡萄的研究結(jié)果8.44 kg,但高于葡萄研究協(xié)作網(wǎng)[14]對(duì)6年生巨峰的研究結(jié)果3.91 kg。按照果樹合理施肥量=(果樹吸收量-土壤供應(yīng)量)/肥料利用率,土壤供應(yīng)量按吸收量的1/3計(jì),肥料利用率為50%[15],本研究推薦合理施氮量為129.5 kg/hm2(產(chǎn)量18 t/hm2),其中秋季果實(shí)采收后基施 39.4 kg/hm2,新梢旺長期和漿果膨大期分別施50.7 kg/hm2和 39.4 kg/hm2。

合理的養(yǎng)分施用量,不僅可以提高產(chǎn)量,還能有效提高肥料利用率。不同地區(qū)由于土壤、氣候、品種等條件的差異,其適宜的肥料用量、配比也不同。因此,葡萄生產(chǎn)中,要根據(jù)葡萄品種、樹齡和土壤條件等多種因素制定施肥方案。

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