凉州灌区酿酒葡萄氮肥施用研究

李 强, 史星雲, 牟德生, 张 军, 王 鑫, 何 彩

(武威市林业科学研究院, 甘肃 武威 733000)

氮素在作物产量和品质形成中起着关键作用[1-4]，但是不合理的氮肥施用不仅降低了产量和品质，还极易造成氮肥浪费和潜在的环境污染[5-7]。闫湘等[8]通过分析全国20个省165个田间试验表明，中国主要粮食作物小麦、水稻、玉米当季氮肥利用率平均仅为28.7%，远低于国际水平。在经济林果生产中由于经济价值较高，过量施肥更容易发生。白茹[9]在渭北旱塬87个苹果园的调查发现，果园多年施肥后，0—120 cm土层矿质氮累积量最高可达到940 kg/hm2；王探魁等[10]的研究表明，连续多年施肥后，鲜食和酿酒葡萄园中氮素盈余量可达到693，146 kg/hm2。残留的氮素不仅造成严重的资源浪费还带来严重的生态环境污染等问题[11]。所以，合理的氮肥量和施氮方式成为保证作物产量，提高氮肥利用效率，减少氮肥资源浪费和污染的关键。

凉州区地处河西走廊东端，北纬30°—40°，为世界葡萄种植的“黄金”地带。近年来该地区酿酒葡萄栽植面积不断增加，但是，区域内酿酒葡萄合理的施肥量和施肥方式并不清楚，相关的研究也很少。因此，本研究拟通过田间试验，研究酿酒葡萄对不同氮肥施用量及施用深度的响应，以期为凉州灌区酿酒葡萄氮肥合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验地点位于甘肃省武威市凉州区武威市林业科学研究院。地理位置为：东经102°42′，北纬38°02′。海拔高度1 632 m，年平均降雨量为160 mm，年均蒸发量为2 020 mm，平均气温为7.8 ℃，无霜期150 d，日照时数2 873.4 h，属于温带大陆干旱性气候；土壤为砂质壤土，供试品种选用梅鹿辄(Merlot)，2009年定植建园，南北行向，行距3 m，株距0.5 m。本试验始于2015年，试验开始前土壤的基本理化性状详见表1。

表1 供试土壤理化性质

1.2 田间试验设计

试验处理设施氮量和施肥深度2个因素，施氮量参照当地施氮水平设180(低氮)、240(中氮)、300(高氮)kg/hm2(以N计)3个水平，施肥深度设10(浅施)和30(深施)cm这2个水平，共6个处理，重复4次。试验小区长5 m，宽3 m，小区面积15 m2，每小区葡萄10株，采用完全随机区组设计。全生育期共施肥3次，氮肥施用量和施用时间见表2。施肥后进行传统沟灌，全生育期分别于4月20日、5月15日、6月14日、7月5日、7月20日、8月15日、10月26日进行7次灌水，每次灌水量750 m3/hm2。肥料采用穴施的方式，分别于施肥期在每株葡萄的东西两侧约30 cm处，人工分别开挖长×宽=40 cm×20 cm，深度为10和30 cm的施肥穴，将氮肥与磷、钾肥混合均匀后撒施于施肥穴底。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，P2O5225 kg/hm2，钾肥为硫酸钾，K2O 225 kg /hm2。10月7日进行果实采收，果实采收后，施腐熟羊粪60～75 t/ hm2(含N 0.7%～0.8%，P2O50.2%～0.3%，K2O 0.35%～0.45%)。其他修剪、病虫害防治等田间管理同农户处理。

表2 研究区田间试验设计

1.3 样品采集与测定

土壤样品：酿酒葡萄萌芽期、收获期，各小区分别在葡萄东西两侧约30 cm(沟底)和100 cm(垄上)处，避开施肥穴选取4个土壤样品采样点，用土钻分别采集0—200 cm剖面土壤样品，每20 cm为一层，4个采样点同一土层土壤混合作为一个分析样品，土壤矿质氮测定采用鲜土样，用1 mol/L的KCL溶液浸提，液土比10∶1，分光光度计测定，并换算成用烘干土重表示的土壤硝态氮含量[6]。

植物样品：葡萄采收期，各小区果穗全部采收测产，每株4个方向各选1个果穗，每个果穗中部取果粒20个测定含氮量；同时各小区葡萄植株分上、中、下3层随机采取葡萄叶片100片，用剪刀将叶柄和叶片分开，分别测定含水量，烘干样品粉碎后保存测定全氮含量；全氮含量用H2SO4—H2O2法消解，半微量法测定。

1.4 数据计算

土壤硝态氮残留量(kg/hm2)=土层厚度(m)×土壤面积(m2/hm2)×土壤容重(kg/m3)×土壤硝态氮含量(mg/kg)÷1 000 000

数据统计分析和图表制作采用Microsoft Excel 2007及DPS 7.05软件(Duncan新复极差法)。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄产量的影响

从图1可以看出，同一氮肥施用量水平条件下，10和30 cm这2个施肥深度之间酿酒葡萄产量差异不显著。10 cm施肥深度条件下，低氮、中氮、高氮处理酿酒葡萄产量分别为10 961.3，13 959.0，14 419.8 kg/hm2，高氮处理和中氮处理之间产量差异不显著，但相对于低氮处理显著增产31.6%和27.3%；30 cm施肥深度条件下，低氮、中氮、高氮处理酿酒葡萄产量分别为11 983.0，14 469.8，15 035.3 kg/hm2，高氮处理和中氮处理之间产量差异不明显，但相对于低氮处理显著增产25.5%和20.8%，可见高氮和中氮处理相对于低氮处理产量显著增加了28.6%和24.1%。通过对酿酒葡萄产量试验结果的方差分析表明氮肥施用量对酿酒葡萄产量的影响达到显著水平(p=0.013 6),氮肥施用深度对酿酒葡萄产量的影响未达到显著水平(p=0.097 0)，交互作用不显著(p=0.711 6)，说明氮肥施用量对酿酒葡萄产量有一定影响，而氮肥施用深度对酿酒葡萄产量的影响不明显。

注：不同小写字母(a,b,c)表示差异显著(p<0.05)。下同。图1 研究区氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄产量的影响

2.2 不同氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄果实、叶片和叶柄含氮量的影响

从表3—4可以看出，同一施氮量条件下，10和30 cm施肥深度对酿酒葡萄果实、叶片和叶柄含氮量的影响差异不明显。同一施肥深度条件下，施肥量对酿酒葡萄果实含氮量影响差异不明显，随着施氮量的增加，高氮和中氮处理之间叶片和叶柄含氮量差异不明显，但相对于低氮处理叶片和叶柄含氮量却显著增加，其中高氮和中氮处理叶片含氮量相对于低氮处理显著增加了17.4%和11.3%，叶柄含氮量相对于低氮处理显著增加了40.7%和33.0%。通过对酿酒葡萄果实、叶片和叶柄含氮量试验结果的方差分析表明，氮肥施用量对酿酒葡萄叶柄含氮量的影响达到显著水平，氮肥施用深度对酿酒葡萄果实、叶片和叶柄含氮量均未达到显著水平，从氮肥施用量和施用深度的交互效应看，仅叶片含氮量差异达到显著水平。

表3 不同氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄果实、叶片和叶柄含氮量的影响g/kg

注：同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。

表4 不用氮肥施用量下酿酒葡萄果实、叶片及叶柄的响应

2.3 不同氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄收获后土壤硝态氮含量的影响

从图2可以看出，酿酒葡萄收获期和第2 a萌芽期，低氮浅施、低氮深施、中氮浅施、中氮深施、高氮浅施、高氮深施0—200 cm土层剖面均累积了不同程度的硝态氮，硝态氮含量分别为86.3，83.5，102.9，111.7，157.0，173.1，105.9，101.4，123.3，134.1，174.4，189.9 kg/hm2，即同一施肥深度条件下，随着氮肥施用量的增加，土层硝态氮含量不断增加，100 cm以下硝态氮含量也不断增加，其中收获期，高氮处理相对于中氮和低氮处理0—200 cm土层硝态氮含量增加了53.8%和94.4%，第2 a萌芽期，高氮处理相对于中氮和低氮处理0—200 cm土层硝态氮含量增加了41.8%和76.1%。同一氮肥施用量水平条件下，10和30 cm施肥深度之间酿酒葡萄0—200 cm土层硝态氮含量差异不明显。

图2 不同氮肥施用量及施用深度对酿酒葡萄土层硝态氮含量的影响

3 讨 论

合适的施肥深度不仅能够提高作物的产量和品质，还可以增加肥料利用率，减少肥料资源浪费，降低环境污染。贺兰山东麓酿酒葡萄施肥深度试验表明，40 cm施肥深度较20和60 cm施肥深度产量最高且有利于品质的提高[12]，河北沙城的研究却表明，相对于40 cm施肥深度和表层撒施，20 cm施肥深度更有利于树体对养分的吸收，从而提高葡萄产量和改善品质[13]。但本研究却发现，10和30 cm施肥深度相比，酿酒葡萄产量、收获期果实、叶片、叶柄含氮量没有明显差异，收获期和第2 a时0—200 cm土层硝态氮含量也没有明显差异。研究表明，农田生态系统中，硝态氮在土壤剖面的残留除与施肥、灌溉、耕作方式有密切关系外，还受降水、土壤和植物等因素的影响[14]。例如研究表明过量氮的存在很容易在轻质土壤上发生淋溶，同样氮素在质地粗糙，通透性好的土壤更易发生淋溶[15]。本研究中10和30 cm氮肥施用深度收获期和第2 a的0—200 cm土层硝态氮含量却没有出现明显差异。本研究试验地土壤为灌漠土，表层土壤质地为轻壤—中壤，氮素固定能力较弱，加之在传统沟灌的驱动下，氮素极易随水分而迁移到根层以外，阻碍了根系对氮素的进一步吸收，进而影响了氮素在植株的累积分配和产量的形成。而大量研究表明，在沙土灌区改变传统沟灌和漫灌为滴灌能够在节水的同时又能明显提高作物产量和改善酿酒葡萄品质，同时降低土壤氮素淋失风险，减少肥料资源浪费[16-17]。所以，确定凉州灌区酿酒葡萄合适氮肥施用深度必须以改变现有传统沟灌方式为前提，进而进行更为深入的凉州灌区酿酒葡萄合理氮肥施用深度研究，确定合适的氮肥施用深度。

对于酿酒葡萄施氮量，不同地区由于气候、土壤、树龄、品种、灌溉等条件的差异，其适宜的氮肥用量、配比也不同[17-18]。本试验条件下，高氮和中氮处理之间酿酒葡萄产量、果实含氮量、叶片含氮量、叶柄含氮量并没有出现明显差异，但是高氮和中氮处理与低氮处理相比，产量显著增加28.6%和24.1%，叶片含氮量显著增加了17.4%和11.3%，叶柄含氮量显著增加40.7%和33.0%，而对于收获期和第2 a萌芽期0—200 cm土层硝态氮含量，高氮处理相对于中氮和低氮处理增加了53.8%，94.4%和41.8%，76.1%。可见，凉州灌区氮肥施用量偏低，氮素通过淋失和反硝化等形式损失之后，根层范围内盈余较少，从而影响氮素在树体的整体分配和产量形成；氮肥施用量偏高，盈余的氮素不能及时被树体吸收而残留在土体中，残留氮素极易随灌水和降水而淋失到深层土壤，导致根系无法吸收，进一步限制了产量的形成；氮肥施用量适中，虽然保证了酿酒葡萄产量和植株对氮素的吸收，但酿酒葡萄收获后和第二年萌芽期土层也出现了较为明显的硝态氮残留。综合考虑各施肥量处理下酿酒葡萄产量、植株氮素吸收及收获后和第2 a萌芽期土层氮素含量，本试验认为凉州灌区240 kg/hm2的氮肥施用量较为合适。关于作物氮肥的施用，李生秀[20]认为，用一定深度土壤硝态氮含量可以作为当季作物的供N指标进行推荐施肥，曹寒冰等[21]利用土层硝态氮进行推荐施氮〔施氮量=作物目标产量需氮量+收获期土壤硝态氮安全阈值(55.0 kg/hm2)-收获期1 m深土壤硝态氮。或 施氮量=作物目标产量需氮量+播前期土壤硝态氮安全阈值(110.0 kg/hm2)—播前期 1 m深土壤硝态氮〕，均取得明显效果。据此，可根据下一年酿酒葡萄目标产量需氮量、0—100 cm土层硝态氮含量进行氮肥的推荐施用，进而提高氮肥利用率，减少氮肥资源浪费。

4 结 论

本试验条件下，受土壤质地及传统沟灌的影响，10和30 cm氮肥施用深度对酿酒葡萄产量、收获期果实、叶片和叶柄含氮量、收获期及第2 a萌芽期0—200 cm土层硝态氮含量影响效果不明显，240 kg/hm2虽为酿酒葡萄较为合适的氮肥施用量，但也存在氮素损失风险。所以，凉州灌区酿酒葡萄实际生产过程中还需改变传统灌水方式并进一步进行氮肥的推荐施用。