水肥耦合在贺兰山东麓酿酒葡萄上的应用效果研究

陈天祥，王 锐,2，纪立东，孙 权,2

(1. 宁夏大学农学院，银川 645021；2. 葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心，银川 645021； 3. 宁夏农林科学院 农业资源与环境研究所，银川 645002)

宁夏贺兰山东麓地处北纬36°～42°，被国内外公认为是最适宜种植酿酒葡萄的“黄金地带(北纬38°)”，也是全国三大葡萄酒地理标志保护产区之一[1]。贺兰山东麓干旱少雨，土壤富含石砾，土壤质地多为砂壤至砂壤偏轻，土壤有机质、氮、磷、钾含量很低，营养元素常处于亏缺状态[2]。自治区规划要在该地区建设百万亩葡萄长廊，而贺兰山东麓地表水资源及自然降水分布的自然条件缺限制葡萄长廊的发展[3]。因此，解决水肥合理高效利用成为促进当地葡萄酒产业发展的瓶颈。

养分与水分有密切的关系，因为植物得到的营养离子是溶解在土壤的溶液中，并且葡萄营养吸收凭借土壤- 根- 茎路径的水流[4]。在研究葡萄营养规律的基础上，有针对性地采取合适的营养调控途径，提高树体营养贮存水平，可改善葡萄品质，提高葡萄产量[5]。梁锦绣[6]等通过分析贺兰山东麓土壤水分运动变化的规律、水肥交互效应和施肥对土壤水分利用的影响。认为施肥提高了土壤有效水分的利用、酿酒葡萄的蒸腾效率和水分利用效率。另外，不同养分在葡萄产量和品质形成中有不同的作用，施肥量越高，葡萄产量也就越高，但糖度、着色不一定高，不同的灌溉量和灌溉方式对葡萄产量品质形成都有影响，灌水量太大则葡萄品质不好，滴灌有利于葡萄产量和品质提高[7]。李铭等发现氮磷钾肥对葡萄叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间CO2浓度均有调节作用[8]。因此，根据酿酒葡萄不同生育期对肥料的要求确定施肥水平，根据葡萄需水规律确定其不同灌溉方式、灌水量和灌水时期，对葡萄园进行综合水肥管理，建立最优的合理灌溉制度，以此提高葡萄水分利用率和肥料利用率[9]。这些都是促进葡萄吸水吸肥，提升葡萄产量和改善葡萄品质的有效措施。

水肥耦合是解决宁夏贺兰山地区砂质土壤漏水漏肥的理想途径，该方法既可以解决施肥和灌溉产生的生产成本，又可大大减少肥料的施用量，水、肥效率同步提高。该地地区灌水多采用大水漫灌，灌溉量高达12 000～18 000 kg/hm3，而水资源利用率仅为54%，这种灌溉方式不仅对水资源浪费大，也对土壤养分造成了强烈淋溶[3]。而水肥耦合在节水条件下可以提高作物对水分﹑养分的利用率，稳定作物产量，提高品质[10]，对促进酿酒葡萄产业的发展具有重要意义。本试验研究了水肥耦合对贺兰山东麓地区酿酒葡萄品质﹑产量﹑肥料利用率及果实养分吸收的影响，以期为该地区酿酒葡萄产业的健康发展提供实践指导。

1 材料与试验方法

1.1 试验区概况

试验于2014年4月至10月，在宁夏玉泉营农场南大滩酿酒葡萄基地进行，以当地主栽酿酒葡萄品种之一的四年生“蛇龙珠”为供试对象。该地区属中温带干旱气候区，年均温为8.8 ℃，昼夜温差大，光照充足，无霜期160～170 d，年降水量198 mm，降水量小，蒸发量大，为贺兰山东麓冲积扇与黄河冲积平原之间的宽阔地带，高温和多风是其主要气候特点。试验地土壤类型以风沙土为主，富含石砾，保水保肥能力差。

1.2 试验设计

(1)试验采用两因素三水平完全随机区组设计，生育期灌水量分3个梯度，即W1：3 150 m3/hm2，W2：4 950 m3/hm2，W3：6 450 m3/hm2。生育期施肥量分3个梯度，即F1：480 kg/hm2，F2：720 kg/hm2，F3：960 kg/hm2；肥料配比分3种，即Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，各型肥中氮磷钾比例见表1。本试验共9个处理，分别为：W1F1，W1F2，W1F3，W2F1，W2F2，W2F3，W3F1，W3F2，W3F3，各处理设3个重复。具体灌水和施肥方案如表1。

表1 灌水和施肥配比方案Tab.1 Matching program of irrigation and fertilization

(2)基肥全部用商品生物有机肥，施用量为9 000 kg/hm2；距离主干两侧0.3 m，开0.4 m深，0.3 m宽的沟槽，生物有机肥撒匀，回填少量土掺和后将其填埋，基肥不施用任何化肥。

1.3 测定方法

1.3.1葡萄长势和产量的测定

用钢卷尺测量株高﹑新梢长度和副梢长度，葡萄叶片成熟时采用 SPAD-502叶绿素测定仪测量中上部叶片的叶绿素含量，并采集成熟叶片测定百叶鲜重和干重等生长发育指标。葡萄2014年10月采收，葡萄采收时同时称量每小区实际产量，折算为公顷产量，进行统计分析。

1.3.2葡萄品质的测定

葡萄收获后即刻测定葡萄成熟时果实的品质，每个处理随机采集有代表性的果穗10个，每个处理可摘取20粒葡萄，果实酸度采用NaOH滴定法测定[11]，采用手持糖量仪测定果实可溶性固形物含量，糖酸比通过计算获得，采用苯酚法测可溶性糖含量，采用福林-丹宁斯(Folin-Denis)法测定单宁含量，采用pH示差法测定葡萄果皮中的总花色苷。

1.4 统计分析

对所测得的数据用 Excel 2007进行整理，通过SAS 8.1统计软件进行统计分析。采用邓肯多重极差法对不同处理下酿酒葡萄长势、品质进行显著性检验，显著性水平为(p<0.05%,n=5)。

2 结果与分析

2.1 水肥耦合对酿酒葡萄生长发育的影响

由表2可知，株高随灌水量和施肥量的增加显著增高，W3F3最高。施肥量一定，灌水3 150和4 950 m3/hm2时，新梢长随着施肥量的增加均呈现出增长的趋势，而4 950 m3/hm2的灌水量促进效果显著，W2F3达到96.40 cm，显著高于W2F1，此时施肥量为960 kg/hm3。而灌水6 450 m3/hm2促进了新梢长，但各处理间不存在显著性差异。施肥量一定，灌水量的增加对新梢生长无显著的促进作用。灌水量一定时，副梢长随施肥量增加均呈现出增加的趋势，灌水量为6 450 m3/hm2时，施肥量对副梢长促进最显著。W3F3达到了35.01 cm，显著高于W3F1，超出27.5%。在施肥量一定的条件下，灌水量对副梢生长没有显著的促进作用。灌水量为4 950 m3/hm2时，NDVI随施肥量的增加而增高，但差异不显著。灌水量为6 450 m3/hm2时，随施肥量的增加NDVI增加更明显，W3F3表现最佳，该处理施肥量为960 kg/hm3。灌水量一定，SPAD随着施肥量的增加表现出逐渐增高的趋势，灌水6 450 m3/hm2对SPAD的促进效果明显最显著，W3F3最高。施肥量一定，SPAD随灌水量的增加表现出增加的趋势，同样W3F3表现最高(p<0.05%)。

表2 水肥耦合对酿酒葡萄生长发育的影响Tab.2 Effect of water and fertilizer coupling on the growth of wine grape

2.2 水肥耦合对肥酿酒葡萄净光合速率的影响

由表3可知，灌水量3 150 m3/hm2和4 950 m3/hm2时，叶片鲜干比和叶柄鲜干比随着施肥量的增加均表现出增高的趋势，灌水4 950 m3/hm2和施肥960 kg/hm2时效果最显著。W2F3 叶片鲜干比相对W2F1、W2F2分别高17.42%、6.64%，叶柄鲜干比相对W2F1、W2F2分别高6.88%、3.76%。施肥量一定时，灌水量的变化对叶片鲜干比和叶柄鲜干比没明显影响。在灌水量一定的条件下，各组中随施肥量的增加净光合速率逐渐增大，当灌水量为4 950 m3/hm2时，施肥量的增加对光合作用的促进效果最好，施肥960 kg/hm2时表现最佳，W2F3分别比W2F1、W2F2高12.59%、5.39%。施肥量一定的条件下，灌水量的增加对净光合速率的影响不明显。灌水量一定时，蒸腾速率随施肥量的增加而逐渐增高。灌水量为6 450 m3/hm2时，水肥耦合处理对蒸腾速率的影响最大，此时W3F3最高，相对W3F1、W3F2高10.09%、7.59%，灌水量为4 950 m3/hm2时效果次之。灌水量一定时，增加施肥量有助于提高水分有效利用率，灌水6 450 m3/hm2，施肥960 kg/hm2时效果最好。灌水量4 950 m3/hm2时，随施肥量的增加气孔导度逐渐升高，W2F3最高，相对于W2F1、W2F2高9.67%、1.93%。胞间CO2浓度随灌水量和施肥量的增加表现出降低的趋势。

表3 水肥耦合对酿酒葡萄光合性质的影响Tab.3 Effect of water and fertilizer coupling on the photosynthetic properties of wine grape

2.3 水肥耦合对酿酒葡萄产量的影响

由表4可知，在灌水量一定的条件下，随着施肥量的增加葡萄产量表现出增高的趋势，灌水量为6 450 m3/hm2时，增加施肥量增产效果最显著，W3F3显著高于其他处理，此时施肥量为960 kg/hm2。施肥量一定，增加灌水量葡萄产量同样增加效果显著，W3F3显著高于其他任何水肥处理。施肥量一定的条件下，灌水4 950 m3/hm2增加到6 450 m3/hm2时，单粒重均呈增大的趋势，灌水量为6 450 m3/hm2时效果最明显，当施肥量达到960 kg/hm2单粒重达到最高，W3F3单粒重达到2.68 g，显著高于W1F1。灌水4 950 m3/hm2，施肥的增加促进了粒径的增大，当施肥960 kg/hm2时，即W2F3粒径达到最大，显著高于W1F1和W1F2。当灌水量为4 950 m3/hm2，果穗长随施肥量的增加表现出逐渐增大的趋势，W2F3达到最高，显著高于W2F1、W2F2 (p<0.05%)。

表4 水肥耦合对酿酒葡萄产量的影响Tab.4 Effect of water and fertilizer coupling on wine grape production

2.4 水肥耦合对酿酒葡萄品质的影响

由表5可知，灌水量为4 950 m3/hm2时，随施肥量的增加可溶性固形物含量逐渐降低，W2F1达到21.63%，显著高于W2F3。灌水6 450 m3/hm2时，随施肥量的增加可溶性固形物含量有增高的趋势，W3F3达到21.05%，显著高于W3F1。水肥单一变动，可滴定酸含量变化不明显，灌水量为4 950 m3/hm2时可滴定酸含量总体较低。灌水量一定，施肥量的增加对糖酸比的影响不规律，W2F2糖酸比最高，W2F3次之。灌水6 450 m3/hm2对可溶性糖含量和单宁含量影响显著，W3F1最高，显著高于W3F2、W3F3，此时施肥量为720 kg/hm2。总体上，水肥耦合处理提高了花色苷含量；灌水量为6 450 m3/hm2对花色苷的影响最大，W3F3最高，达到4.27 mg/g，显著高于W3F2，此时施肥量为960 kg/hm2。总酚含量总体上表现出先降低后升高的趋势，灌水量为3 150 m3/hm2时，总酚含量总体较高，W1F1显著高于W1F2(p<0.05%)。

表5 水肥耦合对酿酒葡萄品质的影响Tab.5 Effect of water and fertilizer coupling on wine grape quality

3 讨 论

树体的健壮是高产优质的基础。在不同滴灌水量下，葡萄新梢长、二次新梢长随滴灌水量的增加而增大[12]。酿酒葡萄各生育期对水分的需求有很大差异，萌芽期和新梢生长期对水分的需求较多，这有利于葡萄叶片的形成[13]。本试验发现施肥960 kg/hm2，灌水4 950 m3/hm2显著促进了葡萄新梢生长，灌水量增加到6 450 m3/hm2对副梢长和株高促进作用显著，叶片生长状况也优于其他处理。高灌水量能增加根际养分的有效性，促进根系吸收养分。在葡萄新梢和副梢生长期的施肥比例为32∶8∶10，氮肥施用比例较高，配施磷钾肥并提高灌水量，对树体营养生长效果促进显著，这与上述研究一致。

根系吸水吸肥状况与净光合速率和蒸腾速率密切相关。在半干旱区，葡萄净光合速率和蒸腾速率随灌水量增加而下降[12]。灌水条件不同，净光合速率年变化呈先升高后降低的趋势，蒸腾强度高灌水量比低灌水量高30.5%[14]。气孔导度与胞间CO2浓度和水分蒸腾紧密关联，进而影响净光合速率和蒸腾速率，有研究发现气孔导度[15]和胞间CO2浓度[16]与净光合速率呈负相关。本试验中，在施肥960 kg/hm2时，灌水6 450 m3/hm2对蒸腾速率和水分有效利用率促进最明显，灌水4 950 m3/hm2对净光合速率促进最明显，蒸腾速率与上述研究一致，而净光合速率随灌水量增加波浪型变化。由于灌水初期根系养分浓度较高，阻止了水分吸收，叶片缺水导致气孔导度下降，所以净光合速率降低。高灌水量促进了养分吸收，根区细胞水势降低，促进水分的吸收，气孔导度随之增大，从而提高净光合速率。由此可见，灌水量和施肥量的交互变动，使得土壤养分浓度上下波动，根系吸水随之波动，而水分是调节气孔导度的关键，所以净光合速率呈波浪形变化。

葡萄植株不同部位的果实对氮、磷、钾的吸收量最大[17]。前人发现酿酒葡萄获得高产的氮磷钾比例为16.7∶25∶8.3(即2∶3∶1)[18]。本试验在果实膨大期采用的氮磷钾比例为15∶19∶16，氮肥施用量与上述研究基本一致，钾肥和磷肥施用量较多，这有利于光合产物向果实转移，从而提升产量。也有研究发现，水肥耦合的最佳模式为灌溉6 750 m3/hm2，施肥 1 298.55 kg/hm2[19]。本试验发现灌水6 450 m3/hm2，施肥960 kg/hm2时，酿酒葡萄产量和单粒重显著高于其他处理。粒径﹑穗长与产量高低有着密切关系，灌水4 950 m3/hm2，施肥720 kg/hm2最显著。由此可见，低灌水量制约了葡萄树体对养分的吸收，灌水量通过影响植株对养分的吸收间接影响到果实产量。

糖酸比是评价酿酒葡萄品质的重要指标。滴灌供水下，酿酒葡萄果实的可溶性糖高于传统沟灌，总酸降低，糖酸比增大[20]。在滴灌节水50%的基础上，果实可溶性固形物含量显著提高，葡萄果实总酸度显著降低，进而改善品质[21,22]。赤霞珠葡萄浆果膨大期至着色期，1∶1∶1.5的氮磷钾混配方式最利于可溶性固形物和花青苷含量的提高，浆果糖酸比较好[23]。本试验中在灌水4 950 m3/hm2时，可溶性固形物和可滴定酸含量随施肥量增加而降低，酸含量降低更剧烈，糖酸比提升明显。灌水6 450 m3/hm2时，总酸含量比可溶性固形物含量升高更明显。灌水4 950 m3/hm2糖酸比明显优于灌水6 450 m3/hm2。高灌水量促进了养分吸收，但并不利于可溶性固形物的积累，不利于改善果实品质。果实着色期采用的氮磷钾比例为9∶9∶32，氮肥和磷肥的施用水平与上述研究相一致。试验中不同水肥措施对单宁﹑花色苷和总酚含量无显著影响。

4 结 语

葡萄根系对水分和养分的吸收相辅相成，施肥效果随灌水量的增加更明显，而土壤养分浓度是制约根系吸收水分的关键因素。贺兰山东麓土壤以风沙土为主，蓄水蓄肥能力差，要保持并提升葡萄产量和品质，需要较高的施肥量。因此，在酿酒葡萄树体营养生长﹑开花和果实膨大各个时期内，施肥960 kg/hm2，并以4 950 m3/hm2为基础，逐次增加灌水量。果实着色期，采用6 450 m3/hm2灌水量，施肥960 kg/hm2。果实成熟期，灌水4 950 m3/hm2，施肥720 kg/hm2有利于改善酿酒葡萄品质。

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