基于5416配方施肥的‘赤霞珠’葡萄品質(zhì)分析與施肥建議

王小龍，王志強(qiáng)，劉暢，張藝燦，王寶亮，冀曉昊，史祥賓，王海波

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100）

‘赤霞珠’葡萄釀造的葡萄酒色澤濃烈、單寧強(qiáng)勁、香氣醇厚，且適應(yīng)能力強(qiáng)，在世界各地已廣泛種植[1]。葡萄原料的可溶性固形物、酚類物質(zhì)、香氣等因素是保障葡萄酒品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)[2-3]。酚類物質(zhì)作為“第七類營養(yǎng)素”，不僅具有促進(jìn)身體健康的潛能，還對葡萄酒的口感、色澤、營養(yǎng)價(jià)值等生理活性功能發(fā)揮重要作用?？偡?、單寧、黃酮類、花色苷、黃烷醇等作為酚類物質(zhì)的重要組成部分，主要分布在種子和果皮中。酚類物質(zhì)含量受葡萄品種、肥水管理、地域特征、氣候條件等影響[4]。因此，通過栽培管理措施提高‘赤霞珠’果實(shí)品質(zhì)一直是重點(diǎn)研究方向。

施肥是維持土壤肥力、保證果樹正常生長發(fā)育和獲得優(yōu)質(zhì)果品的重要措施之一。在葡萄生長發(fā)育過程中，各生育期的營養(yǎng)重點(diǎn)不同，因此結(jié)合葡萄生長特性配施個性化肥料是達(dá)到優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的重要手段。已有研究發(fā)現(xiàn)，配方肥可促進(jìn)‘陽光玫瑰’葡萄養(yǎng)分吸收，提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，增加果實(shí)香氣物質(zhì)種類和相對含量[13]。研究表明，設(shè)施栽培條件下‘巨玫瑰’葡萄的NPK復(fù)合肥的適宜施用水平應(yīng)為300 kg·hm-2[14]；馬曉麗等[15]通過對‘巨峰’分別補(bǔ)充5、7.5、10 kg三個水平的鎂、鐵、鋅、錳后發(fā)現(xiàn)，以上元素均可有效減輕葡萄葉片黃化的發(fā)生，并使果實(shí)品質(zhì)有一定程度提高。每公頃施用尿素900 kg+過磷酸鈣600 kg+硫酸鉀1275 kg的‘紅地球’葡萄在產(chǎn)量、果實(shí)可溶性固形物和總糖含量均較高[16]。陳麗楠等[17]研究表明，與單施N、P、K肥相比，在施用N 15%、P2O557.5%、K2O 18%的基礎(chǔ)上，增施鈣、硅、硼、鋅肥可提高葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，科學(xué)的肥料施用量和配比是葡萄產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前針對葡萄施肥的研究多集中在N、P、K肥的效果方面，而對Ca和Mg肥同時配施的研究較少。

河北省定州市釀酒葡萄種植區(qū)多數(shù)果農(nóng)施肥基本靠經(jīng)驗(yàn)，盲目性、隨意性比較大，導(dǎo)致土壤板結(jié)，透氣性差，果實(shí)品質(zhì)不高。不同的施肥配方對土壤的結(jié)構(gòu)和微生物活動都有一定的影響，同時也會影響果樹對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而影響釀酒葡萄果實(shí)的品質(zhì)。因此，研究不同N、P、K、Ca和Mg元素配比的配方肥對獲得較高的果實(shí)品質(zhì)有重要意義。試驗(yàn)于2021年在定州市黃家葡萄酒莊有限公司的葡萄園區(qū)內(nèi)進(jìn)行，設(shè)計(jì)了16個施肥配比處理，研究其對‘赤霞珠’果實(shí)品質(zhì)的影響，旨在為當(dāng)?shù)蒯劸破咸咽┓逝浞教峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年進(jìn)行，選取河北省定州市東亭鎮(zhèn)代表性葡萄園的釀酒葡萄‘赤霞珠’為試材，樹齡12年，砧木為‘貝達(dá)’，株行距為2 m×2.5 m。‘赤霞珠’葡萄根系在0～40 cm的土層富集生長，該土層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、可交換性鈣和可交換性鎂的含量分別為86.0、482.6、276.8、310.7、106.7 mg·kg-1。

1.2 施肥處理

選擇16個樹體健康、長勢中庸、產(chǎn)量較穩(wěn)定的園區(qū)作為固定試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行5416配方肥施試驗(yàn)[18]。在距離葡萄主干30 cm處，沿行向開15～20 cm深的施肥溝。將5416配方肥充分溶解于水，均勻倒入施肥溝內(nèi)，隨即覆土灌水。5416配方肥是指5因素（N、P、K、Ca、Mg）、4水平（每公頃各肥料原料的基礎(chǔ)用量的倍數(shù)，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍），共計(jì)16個處理（表1）。配方肥是基于7500 kg·hm-2的單位目標(biāo)產(chǎn)量，設(shè)定5416試驗(yàn)每公頃各肥料原料的基礎(chǔ)用量分別為：N 124.5 kg、P2O546.5 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 46.5 kg[19]。各肥料在萌芽期、初花期、末花期、轉(zhuǎn)色期和成熟期的施用比例參考王小龍等[20]的研究。

表1 5416試驗(yàn)處理施肥總量Table1 The total amount of fertilizer applied in 5416 tests kg·hm-2

1.3 樣品采集及項(xiàng)目測定

于成熟期取樣，每處理隨機(jī)選取30穗果，從果穗的上中下各部位隨機(jī)采集720粒，用于測定百粒質(zhì)量、可溶性固形物、皮果比、籽果比、籽粒數(shù)、皮/籽總酚、花色苷、皮/籽總黃酮、皮/籽黃烷醇、皮/籽單寧含量。百粒質(zhì)量的測定是利用電子秤稱重，可溶性固形物的測定采用手持測糖量計(jì)；皮果比、籽果比分別是果皮與果實(shí)質(zhì)量比和籽粒與果實(shí)質(zhì)量比，以30粒為1組，剝離果皮和種子并稱重，按照定義進(jìn)行計(jì)算；同時計(jì)算每組果實(shí)種子數(shù)量的平均值，記為籽粒數(shù)。葡萄果皮和葡萄籽總酚、花色苷、總黃酮、黃烷醇、單寧物質(zhì)的提取和含量測定參照蘇鵬飛[21]的方法，以上所有測定指標(biāo)均進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)。同時，基于上述測定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析[22]和綜合評價(jià)。利用SAS軟件計(jì)算N、P、K、Ca和Mg對各品質(zhì)指標(biāo)及綜合品質(zhì)的影響力大小排序和獲得相應(yīng)最佳品質(zhì)的理論施肥最佳配比，由此制定施肥建議。SAS分析程序見表2。表中1、2、3、4分別代表5416配方肥方案中的4個施用水平（每公頃各肥料原料的基礎(chǔ)用量的倍數(shù)，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍）由此組成16行5列的矩陣，其中各行代表5416配方施肥方案的施肥處理，各列代表5416配方施肥方案的各施肥因素。將待計(jì)算的品質(zhì)數(shù)據(jù)對應(yīng)輸入并運(yùn)行即可。

表2 SAS分析程序Table 2 SAS analysis program

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對果實(shí)基本性狀的影響

由表3可知，果實(shí)基本性狀受不同施肥處理影響顯著。各處理的可溶性固形物分布范圍為15.8%～19.9%。T8處理的百粒質(zhì)量和籽粒數(shù)均顯著高于其他處理。與之相似，T8和T16的籽果比顯著高于其他處理，分別為0.0578和0.0594。T1、T2、T3、T4、T7、T12、T15處理的皮果比無顯著差異，其分布范圍為0.1691～0.1849。由此說明，T8處理對百粒質(zhì)量和籽粒數(shù)的提升作用明顯。

表3 不同施肥處理?xiàng)l件下的果實(shí)基本性狀Table 3 Basic characters of fruit under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理對果實(shí)酚類物質(zhì)的影響

由表4可知，不同施肥處理對果皮酚類物質(zhì)含量有顯著影響。皮總酚分布范圍為2.17～3.88 mg·g-1，其中T3、T4、T5、T6皮總酚含量分別為3.81、3.55、3.86、3.88 mg·g-1，顯著高于其他處理。T4籽總酚含量最高，為43.61 mg·g-1；T8籽總酚含量最低，為21.63 mg·g-1。皮黃烷醇含量的分布范圍為10.66～28.26 mg·g-1，其中T3與T5黃烷醇含量無顯著差異且顯著高于其他處理（T4、T6除外）。T1、T2、T4和T13籽黃烷醇含量較高且無顯著差異，其含量分別為723.88、739.18、726.36、684.41 mg·g-1。T5皮總黃酮含量最高（2.97 mg·g-1）顯著高于T6、T7和T15，與其他處理無顯著差異。T1籽總黃酮含量最低，T13含量最高，分別為32.82、71.79 mg·g-1。T5和T6花色苷含量較高，分別為0.089、0.090 mg·g-1，均顯著高于其他處理。T3處理的皮單寧含量顯著高于其他處理，為2.63 mg·g-1。除T2外，T4處理的籽單寧含量顯著高于其他處理，為26.70 mg·g-1。由此說明，T4處理對籽總酚和籽單寧提升作用明顯，T5對皮黃烷醇和皮總黃酮提升作用明顯，T6對皮總酚和花色苷提升作用明顯。

表4 不同施肥處理?xiàng)l件下的果實(shí)酚類物質(zhì)含量Table 4 Contents of phenolic substances in fruit under different treatments mg·g-1

2.3 不同處理對果實(shí)品質(zhì)影響的評價(jià)

對‘赤霞珠’葡萄可溶性固形物、百粒質(zhì)量、皮果比、籽果比、籽粒數(shù)和皮/籽酚類物質(zhì)等14個指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再利用主成分分析法對果實(shí)基本性狀和酚類物質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行降維，最后提取主成分。由表5可知，共提取4個主成分，各主成分Y1、Y2、Y3和Y4的貢獻(xiàn)率分別為44.602%、25.585%、9.839%和7.301%，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.327%，符合主成分分析法的要求。因此，Y1、Y2、Y3和Y4可以表現(xiàn)出不同處理對‘赤霞珠’果實(shí)基本性狀和酚類物質(zhì)的影響效果，與Y1相關(guān)較強(qiáng)的為籽果比、籽粒數(shù)、籽總酚、籽黃烷醇；與Y2相關(guān)較強(qiáng)的為皮總酚、花色苷；與Y3相關(guān)較強(qiáng)的為籽總黃酮；與Y4相關(guān)較強(qiáng)的為可溶性固形物。

表5 提取的主成分特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Extracted principal component eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate

以各主成分對應(yīng)的特征值在所有主成分特征值總和中所占比例為權(quán)重，可構(gòu)建‘赤霞珠’果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)方程：Y=0.5108Y1+0.2930Y2+0.1127Y3+0.0836Y4。通過各主成分得分（表6）可知，Y1中T4處理得分最高，說明T4對籽果比、籽粒數(shù)、籽總酚、籽黃烷醇的提高作用較強(qiáng)；Y2中T5處理得分最高，說明T5對皮總酚、花色苷的提高作用較強(qiáng)；Y3中T13處理得分最高，說明T13對籽總黃酮的提高作用較強(qiáng)；Y4中T7處理得分最高，說明T7對可溶性固形物的提高作用較強(qiáng)。在綜合評分中，T4處理得分最高，說明T4處理對果實(shí)基本性狀的改善和品質(zhì)的提升等方面具有較好的綜合效果。

表6 不同施肥處理果實(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的主成分得分Table 6 Principal component score of various indicators under different treatments

2.4 各礦質(zhì)元素對不同品質(zhì)指標(biāo)的影響力排序及最佳理論配比

由表7可知，K元素對籽果比和籽總酚影響較大，P和K元素對籽總黃酮和籽黃烷醇影響較大，N和Ca元素對百粒質(zhì)量、籽粒數(shù)、皮總酚、皮黃烷醇、籽單寧、皮單寧影響較大，N和Mg元素對花色苷、皮總黃酮、可溶性固形物、綜合品質(zhì)影響較大。各元素對百粒質(zhì)量和籽粒數(shù)影響力排序均為N＞Ca＞K＞Mg＞P，各元素對皮總酚、皮黃烷醇、籽單寧影響力排序均為N＞Ca＞Mg＞K＞P，各元素對花色苷和綜合品質(zhì)影響力排序均為N＞Mg＞Ca＞K＞P。SAS分析結(jié)果表明，當(dāng)花色苷和皮總酚達(dá)到最佳時，各元素最佳理論配比均為N2P2K2Ca3Mg3；當(dāng)百粒質(zhì)量和籽粒數(shù)達(dá)到最佳時，各元素最佳理論配比均為N2P4K3Ca2Mg2；當(dāng)籽黃烷醇和綜合品質(zhì)達(dá)到最佳時，各元素最佳理論配比均為N1P2K2Ca4Mg4，即N、P2O5、K2O、CaO、MgO建議施肥量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。

表7 品質(zhì)指標(biāo)最佳時的元素影響力和理論配比Table 7 Element influence and theoretical ratio at the best quality kg·hm-2

3 討論

在果樹生長過程中，盲目施肥不僅不能提高果實(shí)品質(zhì)，而且容易造成土壤板結(jié)，微生物活力降低，因此合理施肥有著重要的作用[23]。王小龍等[24]研究指出，山東蓬萊地區(qū)‘赤霞珠’葡萄每公頃施肥量N 186.8 kg、P2O570.0 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 0 kg時，綜合品質(zhì)理論最佳。馬曉麗等[25]研究NPK施肥配比對‘赤霞珠’葡萄生長和結(jié)果影響時發(fā)現(xiàn)，萌芽期株施尿素27 g，膨果期株施尿素33 g、磷酸一銨33 g和硫酸鉀32 g，轉(zhuǎn)色期株施磷酸一銨27 g和硫酸鉀58 g對新梢生長和果實(shí)品質(zhì)的改善有更好的作用。朱小平等[26]研究了NPK施用比例對‘赤霞珠’葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明施用N∶P2O5∶K2O為1∶1∶1.5的混配肥料最有利于可溶性固形物、可溶性總糖和花青素含量的提高。上述研究均表明，合理的施肥配比可以改善果實(shí)品質(zhì)。主成分分析結(jié)果表明，T4（即每公頃施用P2O569.8 kg、K2O 168.8 kg、CaO 168.8 kg、MgO 69.8 kg）是5416配方施肥中對提高‘赤霞珠’綜合品質(zhì)效果最佳的處理，該處理的果皮酚類物質(zhì)（總酚、黃烷醇、總黃酮、花色苷、單寧）和種子酚類物質(zhì)（總酚、黃烷醇、總黃酮、單寧）含量分別比對照提高了19.20%～65.85%和0.34%～92.87%。T4處理的N、P2O5、K2O、CaO、MgO施用比例為0.0∶1.0∶2.4∶2.4∶1.0。T4作為高K和高Ca型肥料處理，能夠促進(jìn)植株對K的有效吸收；同時，K能促進(jìn)CO2的同化及葉片與果實(shí)間糖的轉(zhuǎn)移，有利于果實(shí)中酚類物質(zhì)的積累[27]，能夠有效促進(jìn)果皮細(xì)胞積累大量可溶性Ca，有利于果皮后期延伸，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的積累[28]。由此可見，該處理肥料配比在提高果實(shí)綜合品質(zhì)方面更為合理。

‘赤霞珠’果實(shí)品質(zhì)是保證葡萄酒品質(zhì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，酚類物質(zhì)是‘赤霞珠’葡萄酒最重要的感官品質(zhì)之一，包括總酚、總黃酮、黃烷醇、花色苷和單寧等[29]?；ㄉ諏t葡萄酒的酒體顏色、澄清度、穩(wěn)定性等方面有重要作用[30]。黃烷醇賦予酒澀味和苦味，也可與花色苷結(jié)合使葡萄酒顏色更加穩(wěn)定[31]。單寧的鞣革特性使葡萄酒更具醇厚的口感[32]。釀酒葡萄果肉中的酚類物質(zhì)含量遠(yuǎn)低于果皮和種子，其中果皮和種子中酚類物質(zhì)分別占果實(shí)總酚含量的60%和30%[33]。有研究表明，葡萄籽多酚物質(zhì)含量高達(dá)825.8～3313.5 mg·g-1，顯著高于葡萄皮的64.5～352.0 mg·g-1[34]。本試驗(yàn)表明，各施肥處理的籽總酚、籽黃烷醇、籽總黃酮、籽單寧平均含量為36.05、592.48、56.24、12.80 mg·g-1，顯著高于皮總酚（2.84 mg·g-1）、皮黃烷醇（18.81 mg·g-1）、皮總黃酮（2.08 mg·g-1）、皮單寧（1.23 mg·g-1），這與上述結(jié)果基本一致。由SAS分析結(jié)果可知，N元素對皮果比、皮總酚、皮黃烷醇、花色苷、皮總黃酮、皮單寧影響力最大，這可能是因?yàn)镹有利于蛋白質(zhì)及葉綠素的合成，促進(jìn)葉面積增大和光合作用的進(jìn)行，進(jìn)而加快葡萄果皮同化合成自身產(chǎn)物的進(jìn)程[35]。主成分分析結(jié)果表明，T4處理的綜合評分最高，說明N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2組合是當(dāng)年本試驗(yàn)條件下提高‘赤霞珠’果實(shí)綜合品質(zhì)的最佳施用量。根據(jù)SAS分析結(jié)果，為繼續(xù)獲得該地區(qū)‘赤霞珠’的最佳綜合品質(zhì)，N、P2O5、K2O、CaO和MgO理論上最佳的施用量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。由此說明，2021年P(guān)肥和K肥施用量高于樹體生長需要，造成土壤中P和K營養(yǎng)冗余，因此在下一年度建議減量施用。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，T4處理（N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2）對‘赤霞珠’果實(shí)基本性狀和酚類物質(zhì)含量的提升綜合效果最佳。為繼續(xù)獲得該地區(qū)‘赤霞珠’的最佳綜合品質(zhì)，N、P2O5、K2O、CaO和MgO建議施用量分別為0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。施肥效果與土壤基礎(chǔ)肥力有密切關(guān)系，因此在其他土壤條件下的施肥建議有待進(jìn)一步試驗(yàn)。從果實(shí)基本性狀和酚類物質(zhì)含量來看，N、P、K、Ca、Mg對各品質(zhì)指標(biāo)的交互作用表現(xiàn)明顯差異。因此，在‘赤霞珠’葡萄施肥管理中應(yīng)注重肥料的配比和均衡。