有機替代對土壤特性及釀酒葡萄根活力和漿果品質(zhì)的影響

路 潔，閆鵬科，馬婷慧，王 銳,3

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院，銀川 750001；2.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；3.中國葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，銀川 750021)

0 引 言

【研究意義】北緯30°～40°是釀酒葡萄種植的黃金地帶，寧夏賀蘭山東麓恰好處于這個區(qū)域，優(yōu)勢的光熱資源和土壤條件具備了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的前提，在20×104hm2的地理標志保護區(qū)內(nèi)已經(jīng)種植釀酒葡萄4×104hm2，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)葡萄酒1×108瓶以上[1-3]。注重大量礦質(zhì)營養(yǎng)元素的施用，忽略中微肥的投入，少施或不施有機肥，致使葡萄園營養(yǎng)不均衡，土壤質(zhì)量下降，肥料利用率降低降，制約釀酒葡萄樹體的生長發(fā)育和優(yōu)質(zhì)果實的生產(chǎn)。針對寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄施肥管理過程中長期施用化肥，不施或少施有機肥導(dǎo)致土壤板結(jié)，土地質(zhì)量下降，肥料利用率不高，釀酒葡萄品質(zhì)下降等問題，研究有機替代對土壤特性及釀酒葡萄根活力和漿果品質(zhì)的影響，對促進發(fā)展釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。【前人研究結(jié)果】有機肥有機質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面、肥效長，在改良土壤、培肥地力、提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)等方面發(fā)揮著重要作用[4-7]。王振龍[8]對5年生釀酒葡萄研究得出，液體有機水溶肥可提高土壤養(yǎng)分含量，增加土壤微生物量，提高土壤酶活性和釀酒葡萄根系活力，對釀酒葡萄品質(zhì)的提升有促進作用。施用有機肥料可以改善土壤質(zhì)地和耕性，培肥地力，提高土壤微生物的活性，促進作物增產(chǎn)[9,10]。周媛等[11]通過對巨峰葡萄研究得出，施用推薦量有機無機復(fù)合肥較不施肥和習(xí)慣施肥減少氮磷鉀用量42.5%，產(chǎn)量分別增加了25.8%和5.1%，果實可滴定酸含量下降了10.7%～42.9%，可溶性固形物含量提高1.8%～8.2%，能提高葉片微量元素的含量。在貧瘠土壤上施用土壤調(diào)理劑對土壤理化性質(zhì)有改善作用，同時對釀酒葡萄的生長發(fā)育和品質(zhì)提升有促進作用[12]?！颈狙芯壳腥朦c】寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄施肥管理過程中長期施用化肥，不施或少施有機肥導(dǎo)致土壤板結(jié)，存在土地質(zhì)量下降，肥料利用率不高，釀酒葡萄品質(zhì)下降等問題，研究有機替代化肥減施模式下的優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄生產(chǎn)營養(yǎng)管理途徑?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以寧夏賀蘭山東麓主栽的6年生赤霞珠為對象，通過田間試驗，分析有機替代化肥減施對釀酒葡萄根活力、土壤生物學(xué)特性及釀酒葡萄品質(zhì)的影響，為寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄園土壤質(zhì)量提升和優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在寧夏釀酒葡萄核心產(chǎn)區(qū)立蘭酒莊(105°58′20″ E，38°16′38″ N，海拔 1 060 m)進行，該區(qū)域?qū)儆诟珊荡箨懶詺夂?，干旱少雨，日照充足，年均降雨?80～200 mm，年均蒸發(fā)量1 580 mm，年太陽總輻射量6 100 MJ/m2，年均氣溫8.9 ℃，全年日照時數(shù)2 851～3 106 h，無霜期176 d左右，晝夜溫差大，有利于釀酒葡萄糖分積累。供試土壤為礫質(zhì)灰鈣土，質(zhì)地壤質(zhì)為砂土，土壤呈堿性，有機質(zhì)低，全氮和全磷含量極低，隨土壤深度的增加，堿解氮和有效磷逐漸下降，速效鉀的含量先上升后下降。表1

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)Table 1 The basic physical properties of soil

供試釀酒葡萄為6年生赤霞珠(CabernetSauvignon)，南北行向定植，整形方式為長梢修剪，傾斜上架，株行距0.6 m×3.5 m，種植密度4 760 棵/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，依據(jù)前期調(diào)查結(jié)果，共設(shè)置5個處理，CK(不施肥)、T1(化肥100%)、T2(有機肥100%)、T3(有機50%+化肥50%)、T4(有機25%+化肥25%+土壤調(diào)理劑)，其中有機肥(有機質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)。每個處理重復(fù)3次，共15個小區(qū)，小區(qū)面積為60 m×7 m=420 m2，每個小區(qū)有釀酒葡萄樹200棵，所有處理灌溉、修剪和病蟲害防治措施一致，全生育期灌溉定額3 000 m3/hm2。表2

1.2.2 測定指標1.2.2.1 土壤呼吸強度

采用靜態(tài)氣室堿吸法，測定土壤CO2釋放量[13]。通過與土壤接觸并密閉的條件下，經(jīng)過一段時間內(nèi)，密閉容器內(nèi)堿液吸收來土壤釋放出的CO2，通過酸堿滴定法分析。土壤呼吸強度以1 h每1 000 g干土釋放CO2的毫克數(shù)表示[mg/(kg·h)]。

1.2.2.2 土壤微生物量碳、氮、磷

在釀酒葡萄成熟期，分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤帶回實驗室，自然風干，過2 mm篩，用于測定土壤微生物量碳、氮、磷，其中微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)采用氯仿熏蒸浸提法測[14,15]，微生物量磷(MBP)采用氯仿熏蒸NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定[15]。

1.2.2.3 根系活力

在釀酒葡萄轉(zhuǎn)色期，采集地下20～40 cm釀酒葡萄根系分布密集區(qū)域的毛細根用于測定根系活力，采用TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮銼)法進行測定[13]。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Experiment design

1.2.2.4 釀酒葡萄品質(zhì)

在釀酒葡萄采收期，對每個處理各小區(qū)隨機采集20個有代表性的果穗，在每個果穗的上、中、下3個部位隨機采集大小相近的15粒葡萄榨汁，用于測定可溶性固形物、可滴定酸、單寧、總酚和花色苷。其中可溶性固形物用手持糖量計法測定，可滴定酸采用NaOH滴定法測定，單寧采用福林-丹寧斯(Folin-Denis)法測定，總酚采用福林-肖卡法測定，花色苷采用pH示差法測定[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)和制圖，SPSS 21.0軟件進行方差分析和主成分分析，顯著性水平為0.05，表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機替代對土壤呼吸強度的影響

研究表明,同一土層下各處理的土壤呼吸強度有顯著性差異，不同土層下同一處理的土壤呼吸強度均呈先上升后下降的趨勢。在0～20 cm土層，T2處理土壤呼吸強度最高，為18.21 mg/(kg·h)，較CK、T1、T3和T4處理分別高58.21%、24.81%、6.87%和14.96%，在20～40 cm土層，CK處理呼吸強度顯著低于其他各處理，較T1、T2、T3和T4處理分別低26.42%、23.70%、36.33%和31.56%，在40～60 cm土層土壤呼吸強度大小順序為T2>T3>T4>T1>CK，其中T2處理與T3處理無顯著性差異，分別較CK、T1和T4處理高59.68%、26.06%、15.99%和59.23%、25.71%和15.67%。圖1

注：圖中小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 有機替代對土壤微生物量碳、氮、磷的影響

研究表明,有機替代對土壤微生物量碳(圖2A)有顯著影響，隨土層的增加，土壤微生物量碳先上升后下降，其中在0～20 cm土層T4處理微生物量碳最高，為92.12 mg/kg，較CK、T1、T2和T3處理分別高19.25%、9.65、1.54和5.56，各處理在20～40 cm土層微生物量碳大小順序為：T3>T2>T4>T1>CK，在40～60 cm土層CK處理微生物量碳最低，較T1、T2、T3、T4處理分別低19.34%、30.54%、39.57%和37.82%。各處理間對土壤微生物量氮(圖2B)有顯著性差，在0～20 cm土層T2處理微生物量氮最高，較CK、T1、T3和T4處理分別高42.53%、12.81%、2.91%和14.32%，在20～40 cm土層CK處理微生物量氮最低，T1、T2、T3、T4處理較CK處理分別高17.78%、32.82%、44.65%和31.74%，在40～60 cm土層微生物量氮含量大小順序為：T3>T2>T1>T4>CK，其中CK、T1、T2和T4處理較T3處理分別高33.65%、19.94%、9.21%和20.85%。施肥處理土壤微生物量磷顯著高于不施肥處理(圖2C)，0～20 cm土層微生物量磷含量大小順序為：T3>T1>T2>T4>CK，較CK分別高71.52%、46.36%、101.32%和21.85%，20～40 cm土層T3處理微生物量磷最高，較CK處理高89.08%，在40～60土層CK處理微生物量磷最低，T2、T3和T4處理之間無顯著性差異，CK處理較T1、T2、T3、T4處理分別低28.37%、41.22%、39.84%和41.67%。圖2

圖2 有機替代下土壤微生物量碳(A)、微生物量氮(B)、微生物量磷(C)變化Fig.2 Effects of organic substitution on soil microbial biomass carbon (A), microbial biomass nitrogen (B), and microbial biomass phosphorus (C)

2.3 有機替代對根系活力的影響

研究表明,施肥處理與不施肥處理的根活力有顯著性差異，其中T1、T2、T3和T4處理分別較CK處理高29.82%、40.29%、61.46%和58.99%，T3處理的根系活力最高，較CK、T1、T2和T3處理的根系活力分別高61.46%、24.37%、15.09%和1.55%。圖3

圖3 有機替代下釀酒葡萄根系活力變化Fig.3 Effects of organic substitution on root activity of wine grape

2.4 有機替代對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

研究表明,有機替代對釀酒葡萄果實品質(zhì)有顯著性影響。CK處理可溶性固形物含量最高，較T1、T2、T3和T4處理分別高2.49%、7.06%、7.67%和4.57%，可滴定酸含量T3處理最高，CK處理最低，較T1、T2、T3和T4處理分別低5.97%、8.70%、16.00%和4.55%，單寧含量的多少決定葡萄酒的風味、結(jié)構(gòu)與質(zhì)地，各處理單寧含量大小順序為T3>T2>T4>T1>CK，其中T3處理較CK、T1、T2和T4處理分別低25.36%、14.43%、4.64%和12.03%，酚類物質(zhì)主要決定葡萄汁的色澤和風味，施肥處理(T1、T2、T3和T4)顯著高于不施肥處理(CK)，分別較CK處理高7.06%、14.64%、17.70%和10.81%，T2處理和T3處理花色苷含量無顯著差異，分別較CK、T1和T4高33.33%、17.26%、10.16%和35.22%、18.92%、11.72%，固酸比是判斷釀酒葡萄果實成熟度的重要指標，施肥處理較不施肥固酸比均低，其大小順序依次為CK>T1>T4>T2>T3。表3

表3 有機替代下釀酒葡萄漿果品質(zhì)變化Table 3 Effect of organic substitution on quality of wine grape berries

2.5 土壤特性與釀酒葡萄根活力及漿果品質(zhì)指標的主成分

研究表明,第一主成分貢獻率為84.23%，第二主成分貢獻率10.66%，累計貢獻率94.89%>85%，基本涵蓋了土壤特性及釀酒葡萄根活力和漿果產(chǎn)量品質(zhì)的全部信息，施肥處理(T1、T2、T3和T4)的綜合得分均高于不施肥處理(CK)，綜合得分排名依次為T3>T2>T4>T1>CK。表4

表4 主成分得分與綜合得分Tab 4 Principal component score and comprehensive score

3 討 論

3.1 有機替代對土壤特性的影響

土壤呼吸強度和土壤微生物量碳、氮、磷是作為評價土壤質(zhì)量或健康的基本生物學(xué)指標[17,18]，同時微生物量碳、氮、磷作為土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，是植物生長發(fā)育所必需的養(yǎng)分來源[19]。賈偉等[20]研究表明,土壤微生物量對土壤施肥管理(有機肥和無機肥)能夠迅速地響應(yīng)。胡誠等[21]研究得出隨有機肥施用量的增加，土壤微生物生物量碳和土壤的基礎(chǔ)呼吸隨之增加，不同施肥處理對土壤微生物生物量碳和土壤基礎(chǔ)呼吸的影響大小順序依次為有機肥處理>化肥處理>對照。研究發(fā)現(xiàn),有機替代隨土層深度的增加土壤呼吸強度和土壤微生物量碳、氮、磷均先上升后下降，施用有機肥的處理顯著高于不施肥和施用無機肥的處理，施用100%有機肥和施用50%化肥+50%有機肥較不施肥和施100%化肥處理，在20～40 cm土層土壤微生物量碳含量分別升高18.28%、7.44%和26.17%、14.61%，土壤微生物量氮含量分別升高32.82%、12.77%和44.65%、22.81%，在40～60 cm土層，土壤呼吸強度分別升高59.68%、26.06%和59.23%、25.71%，微生物量磷含量分別升高70.13%、21.86%和66.23%、19.07%。這是因為外界向土壤中所輸入的碳、氮、磷源數(shù)量和形式不同所致[22]，有機肥為土壤提供了充足的碳源，但氮源不足，C/N太高，無機肥為土壤提供了充足的氮源，但碳源不足，C/N太低，有機無機配施即保證了碳源又滿足了氮源，C/N適宜，為土壤微生物活動提供了適宜環(huán)境，改善了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)功能，進而使微生物同化作用加強[20]，提高土壤肥力，使得土壤微生物量增加[23,24]，同時微生物活性越強土壤呼吸強度越大。

3.2 有機替代對釀酒葡萄根活力及漿果品質(zhì)的影響

根系作為植物吸收水分和養(yǎng)分的重要途徑，根活力是反映植株生命活動強弱的主要指標[25]。研究表明，施100%化肥、100%有機肥、50%化肥+50%有機肥、25%化肥+25%有機肥+土壤調(diào)理劑處理釀酒葡萄根活力分別較不施肥處理高29.82%、40.29%、61.46%和58.99%。究其原因可能是適當?shù)酿B(yǎng)分濃度有助于根系生長發(fā)育，長期施用化肥土壤結(jié)構(gòu)差，漏水漏肥嚴重，根系吸收的養(yǎng)分量少，施用純有機肥養(yǎng)分濃度太低，不能滿足根系生長發(fā)育，有機無機配施，即滿足了養(yǎng)分需求，又改善了土壤結(jié)構(gòu)，為根系生長提供了適宜環(huán)境，土壤改良劑對改良土壤結(jié)構(gòu)有促進作用，為釀酒葡萄根系生長提供適宜環(huán)境，因此根系越發(fā)達，運輸水分和養(yǎng)分能力增強，根系活力越高。

施肥是改善作物品質(zhì)的重要措施之一，不同肥料配比及施肥模式對作物生長發(fā)育及果實品質(zhì)的影響機理不同[26]，有機替代化肥減施是優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄生產(chǎn)的重要施肥管理方式。周興等[27]研究表明，施用有機肥顯著提高釀酒葡萄果實的可溶性糖含量、糖酸比、單寧及總酚的含量。趙營等[28]研究得出，有機無機配施能顯著提高釀酒葡萄的產(chǎn)量，降低可滴定酸的含量，提高糖酸比。郭潔等[29]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機肥較不施肥釀酒葡萄果實總糖含量提高1.11%～1.94%，總酸下降0.18%～0.27%，糖酸比增大10.04%～16.13%。研究表明，施用50%化肥+50%有機肥對改良釀酒葡萄品質(zhì)效果最顯著，較不施肥、施100%化肥、100%有機肥、25%化肥+25%有機肥+土壤調(diào)理劑處理的釀酒葡萄果實可溶性固形物和固酸比分別降低0.56%～7.12%和8.52%～21.99%，可滴定酸、單寧、總酚和花色苷的含量分別升高19.05%～8.70%、4.64%～25.36%、2.67%～17.70%和1.42%～35.22%。分析其原因可能是有機肥改善了土壤結(jié)構(gòu)，為釀酒葡萄根系生長發(fā)育提供了更加適宜的環(huán)境，同時降低了釀酒葡萄根系晝夜溫差，促進糖代謝過程中各種酶的活性增強，不利于糖分累積，而抑制了酸的降解[30]，同時促進單寧、酚類物質(zhì)和花色苷的合成。

4 結(jié) 論

在寧夏賀蘭山東麓堿性石灰性土壤上，有機無機配施對改善釀酒葡萄園土壤特性，提升釀酒葡萄品質(zhì)有顯著作用，不施肥或過度的控制化肥用量不利于優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的生產(chǎn)。化肥減施有機替代50%改善葡萄園土壤特性和提升釀酒葡萄漿果品質(zhì)效果最佳，較不施肥和100%施化肥，在20～40 cm土層微生物量碳和微生物量氮含量分別升高26.17%、14.61%和44.65%、22.81%，在40～60 cm土層微生物量磷含量和土壤呼吸強度分別升高66.23%、19.07%和59.23%、25.71%，可溶性固形物和固酸比分別降低7.12%、4.75%和21.99%、14.92%，可滴定酸和單寧含量分別升高19.05%、11.94%和25.36%、12.24%，總酚和花色苷含量分別升高17.70%、9.94%和35.22%、18.92%。