減量施肥對葡萄產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤養(yǎng)分殘留的影響

呂中偉，郭戰(zhàn)玲，張 柯，吳文瑩，婁玉穗，楊占平

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，河南 鄭州 450002；2.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002)

為實現(xiàn)國家化肥使用量零增長，促進農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，需要在不同作物上開展減肥增效工作[1]。葡萄具有豐富的營養(yǎng)價值和很高的醫(yī)藥價值[2-3]。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的大力實施，國家土地政策的調(diào)整和栽培技術的提高，葡萄產(chǎn)業(yè)因具見效快、收益高、適應性強等突出優(yōu)點，逐漸成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整中的主導產(chǎn)業(yè)，各地均掀起了葡萄種植熱。2018年，我國葡萄產(chǎn)量達1 366.7萬t，居世界第1位，其中河南省葡萄產(chǎn)量達77萬t[4]。與此同時，葡萄產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)潛在問題日益凸顯，其中過量施用化肥的問題尤為突出和普遍[5-7]，不僅增加了用工用肥成本，而且超過植株的吸收及土壤固持能力，不僅達不到增產(chǎn)效果，還使得養(yǎng)分大量殘留在土壤中，尤其是盈余的氮素絕大部分以硝態(tài)氮的形態(tài)在土壤剖面中積累，在灌溉和強降雨時很容易引起淋洗損失，進入地下水，威脅人類健康[8-10]。因此，科學合理施肥是葡萄產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的關鍵問題。前人研究多關注葡萄的產(chǎn)量及品質(zhì)，對于養(yǎng)分的投入與土壤殘留的研究報道較少[11-12]。鑒于此，通過田間試驗，探討減量及簡化施肥對陽光玫瑰葡萄果實發(fā)育、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤養(yǎng)分殘留的影響，以期篩選最佳的施肥量及施肥次數(shù)，為陽光玫瑰葡萄的高效生態(tài)栽培提供一定的科學施肥依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于鄭州市高新技術開發(fā)區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.2 ℃，無霜期220 d，全年日照時間約2 400 h，年均降水量649.9 mm。土壤類型為輕質(zhì)潮土，有機質(zhì)含量12.9 g/kg，全氮含量0.94 g/kg，速效養(yǎng)分含量見表1。土壤容重：0～20 cm，1.43 g/cm3；20～40 cm，1.52 g/cm3；40～60 cm，1.49 g/cm3；60～80 cm，1.43 g/cm3；80～100 cm，1.38 g/cm3。灌排條件良好。

表1 土壤基礎肥力Tab.1 Soil fertility mg/kg

1.2 試驗設計

試驗共設置4個處理，每個處理重復3次，小區(qū)面積6 m×9 m，隨機區(qū)組排列。處理1(CF)：常規(guī)施肥，通過實地調(diào)查獲得的當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥，復合肥1 350 kg/hm2，分3次施入；處理2(RF)：常規(guī)施肥減量30%，復合肥945 kg/hm2，分3次施入；處理3(SF)：簡化施肥，復合肥900 kg/hm2，硫酸鉀450 kg/hm2，分2次施入；處理4(RSF)：簡化施肥減量30%，復合肥630 kg/hm2，硫酸鉀315 kg/hm2，分2次施入。具體施肥時間及施肥量見表2。4個處理基肥全部用有機肥20 000 kg/hm2、復合肥(N-P2O5-K2O，14-16-15)、硫酸鉀(K2O，54%)。試驗選用葡萄品種為陽光玫瑰，種植密度為2 250株/hm2，株距1.5 m、行距3.0 m，高寬垂架型，生育期內(nèi)各小區(qū)田間管理一致。

表2 不同處理施肥時間和施肥量Tab.2 Fertilization frequency and amount of different treatments kg/hm2

1.3 測定項目及方法

1.3.1 果實發(fā)育、產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收量 在果實膨大期,轉(zhuǎn)色前、中、后期,成熟期采集各小區(qū)大小均一的3個果穗，隨機采下20顆果粒，測定單粒質(zhì)量；在成熟期，每小區(qū)采集大小均一的上、中、下部位的果穗及葉片[13]，測定單株葡萄果實及葉片產(chǎn)量，折算出果實產(chǎn)量。采摘20顆果粒和15片葉片測定含水率及N、P、K含量[14]。

1.3.2 土壤養(yǎng)分含量 在成熟期采集1 m深土壤樣品，每20 cm一層，測定每層土壤硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量[14]。計算0～100 cm土體硝態(tài)氮殘留量，0～60 cm土體速效磷、速效鉀殘留量。土體硝態(tài)氮(速效磷、速效鉀)殘留量(kg/hm2)=土壤硝態(tài)氮(速效磷、速效鉀)含量(mg/kg)×土壤容重(g/cm3)×土層厚度(cm)/10。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS Statistics 21 和Excel 2007對數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對葡萄果實發(fā)育和產(chǎn)量的影響

由圖1可以看出，陽光玫瑰的果實單粒質(zhì)量表現(xiàn)為慢-快-慢-失重的變化趨勢[15-17]，果實發(fā)育前期各處理間無明顯差別，轉(zhuǎn)色中期—成熟期，RF處理單粒質(zhì)量增速相對平穩(wěn)，SF處理增速相對較快，CF、RSF處理先增加，后期快速降低。

從表3可以看出，陽光玫瑰果實鮮質(zhì)量在14 386～14 829 kg/hm2，果實干質(zhì)量在3 035～3 279 kg/hm2，果實含水率在77.9%～78.9%。CF處理果實鮮質(zhì)量及果實干質(zhì)量相對較低，與RF、SF處理差異顯著，可見減量及簡化施肥不僅能不同程度提高葡萄果實鮮質(zhì)量及干質(zhì)量，還能降低葡萄水分含量，其中RF處理果實含水率最低，為77.9%。

圖1 不同處理對葡萄果實發(fā)育的影響Fig.1 Effects of different treatments on grape fruit development

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。
Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 5% level,the same below.

2.2 不同處理對葡萄養(yǎng)分吸收量的影響

從表4可以看出，葡萄果實對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收主要以鉀素為主，其次是氮，對磷的吸收相對較低。葡萄果實對氮素的吸收量在13.9～15.2 kg/hm2，CF最高，與其他3個處理差異顯著，其他3個處理間差異不顯著；磷吸收量在3.0～3.2 kg/hm2，處理間差異不顯著；果實鉀吸收量在27.8～29.1 kg/hm2，RSF處理最低，與RF、SF處理差異顯著，與CF處理差異不顯著。葉片對養(yǎng)分的吸收以氮為主，其次是鉀，磷吸收量相對較低。葉片氮吸收量在22.3～25.5 kg/hm2，CF處理較低，與RF及SF處理差異顯著，與RSF處理差異不顯著；磷吸收量在2.2～2.7 kg/hm2，CF處理與RF及SF處理差異顯著，與RSF差異不顯著；鉀吸收量在5.7～6.7 kg/hm2，CF處理最低，與其他3個處理差異顯著。所以綜合果實和葉片對養(yǎng)分的吸收，4個施肥模式中，RF處理養(yǎng)分總投入量少，吸收量相對較高，為最優(yōu)處理。

表4 不同處理對葡萄果實和葉片養(yǎng)分吸收量的影響Tab.4 Effects of different treatments on nutrient absorption of grape fruit and leaf kg/hm2

2.3 不同處理對土壤養(yǎng)分殘留量的影響

2.3.1 硝態(tài)氮 從圖2可以看出，陽光玫瑰葡萄收獲期，不同土層硝態(tài)氮含量在34.8～109.9 mg/kg，各處理間差異明顯，其中20～40 cm含量比較高，在60～100 cm的土層中也積累了大量的硝態(tài)氮。由表5可以看出，0～100 cm土體中硝態(tài)氮殘留量在791.3～1 005.1 kg/hm2，其中CF和SF處理較高，與其他處理差異顯著。對氮肥投入總量與硝態(tài)氮殘留量做相關性分析發(fā)現(xiàn)，兩者呈正相關關系，相關系數(shù)為0.611，所以控制氮肥投入總量是減少土壤中硝態(tài)氮殘留量的有效措施。RF及RSF處理氮肥投入總量相對較低，硝態(tài)氮殘留量較少，對環(huán)境相對安全。

2.3.2 速效磷、速效鉀 從圖3可以看出，葡萄收獲期，土層中速效磷主要集中在0～40 cm，其中0～20 cm其含量在27.6～44.7 mg/kg，20～40 cm其含量在35.7～53.5 mg/kg，40～60 cm其含量在0.4～5.2 mg/kg。從表6可以看出，0～60 cm土體中速效磷殘留量表現(xiàn)為CF>RF>SF>RSF，RF和SF差異不顯著，與其他處理差異顯著。從圖4可以看出，土層中速效鉀含量在106.2～560.2 mg/kg，其中0～20 cm最高，在212.4～560.2 mg/kg；20～40 cm相對較低，在129.3～151.4 mg/kg；40～60 cm最低，在106.2～129.4 mg/kg。說明少量鉀肥可遷移到更深土層，而更多一部分則積累在土壤表層[18]。0～60 cm土體中速效鉀殘留量表現(xiàn)為SF>RSF>CF>RF(表6)，SF和RSF處理施肥模式中鉀肥的用量過大。

圖2 不同深度土層硝態(tài)氮含量Fig.2 Nitrate N content in different soil depths

表5 不同處理土壤硝態(tài)氮殘留量Tab.5 Soil nitrate N residue of different treatments kg/hm2

圖3 不同深度土層速效磷含量Fig.3 Available P content in different soil depths

表6 不同處理土壤速效磷、速效鉀殘留量Tab.6 Soil available P and available K amount of different treatments kg/hm2

圖4 不同深度土層速效鉀含量Fig.4 Available K content in different soil depths

3 結(jié)論與討論

過量施肥不僅能降低肥料利用率，增加生產(chǎn)成本，而且會降低葡萄的產(chǎn)量[11]，導致土壤中養(yǎng)分大量殘留，易發(fā)生揮發(fā)、淋溶、徑流等流失[19]。在滿足葡萄正常生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求下，合理減量施肥，減少肥料投入，不僅不會造成葡萄產(chǎn)量的下降，而且能提高葡萄產(chǎn)量，降低養(yǎng)分流失造成面源污染的風險[20-21]。

本研究結(jié)果表明，與CF相比，RF、SF、RSF處理均能提高葡萄果實鮮質(zhì)量，降低含水率，提高葉片對氮、磷、鉀的吸收量，降低0～100 cm土體硝態(tài)氮的殘留量；SF、RSF處理明顯增加0～60 cm土體速效鉀殘留量。其中，RF處理果實鮮質(zhì)量增加3.1%，含水率降低1.0個百分點，葉片氮、磷、鉀吸收量提高13.9%、22.7%、14.0%，果實鉀吸收量提高2.5%，0～100 cm土體硝態(tài)氮殘留量降低16.4%，0～60 cm速效磷及速效鉀殘留量分別降低16.6%和12.7%，為最優(yōu)施肥模式。對比我國北方葡萄豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)園施純N 187.5～225 kg/hm2、P2O5150～187.5 kg/hm2、K2O 150～225 kg/hm2[7]，RF處理施肥模式養(yǎng)分總投入量少，降低了生產(chǎn)成本，增加了葡萄產(chǎn)量，提高了經(jīng)濟效益，而且降低了土壤中速效養(yǎng)分的殘留，保護了生態(tài)環(huán)境[20]，可在生產(chǎn)上推廣應用。