酿酒葡萄霞多丽植株矿质元素含量与果实品质关联分析*

王小龙，张正文，邵学东，钟晓敏，王福成，史祥宾，张艺灿，王海波

（1 中国农业科学院果树研究所，农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，辽宁兴城 125100）

（2 君顶酒庄有限公司）

（3 烟台市蓬莱区葡萄与葡萄酒产业发展服务中心）

矿质营养是促进果树生长发育、提高产量及改善果实品质的物质保障，果实、叶片、叶柄中矿质元素含量高低可以反映树体的营养丰缺状况，且与果实品质密切相关[1-2]。由于果树种类、品种、水肥管理、土壤条件等因素差异，矿质元素含量与果实品质间的关系较为复杂[1,3-4]。N、P、K 是果实生长必需的矿质营养，通过多种调控路径参与植株的光合作用，合理施用N、P、K 肥可促进同化物向果实中转运，提升果实品质[5-6]。叶面喷施Ca、Mg 肥可以克服荔枝果皮滞绿和果肉退糖的问题[7]。柑橘喷施Ca、Mg 果叶面肥，可增加产量，改善果实品质，增强抗病性，提高经济效益[8]。植物体内矿质营养的平衡对于植物正常生长发育发挥重要作用，矿质元素的缺失或过量均会引起植物生长受限的现象，只有各元素含量的比例处于最佳平衡状态时，其产量和品质才会得到应有的提升[9]。果树矿质元素主要源于根系从土壤中吸收，因此平衡施肥是果园优质高产的重要保证。树体矿质元素含量的诊断作为开展多年生果树平衡施肥的重要依据，对于指导科学施肥以达到优质高产的目标具有重要的意义[10]。

组分营养诊断法（CND）作为树体营养诊断的方法，具有计算量小、能够体现多元素间的协同与拮抗作用、基于调研的基础上确定高优群体的划分标准、人为因素的干扰较小等特点，其结果科学性更强[11]。CND 法最早用于马铃薯和玉米[12-13]，至今在作物、木本植物、果树方面的应用研究也相继出现[14-16]。范元广等[17]选择同时满足产量和品质的划分标准临界值的富士苹果园，结合专家咨询法，确定了高产优质果园的叶营养诊断标准。郑永强等[18]运用CND 法、诊断施肥综合法（DRIS）和标准含量适宜偏差百分数法（DOP）对花期叶片营养状况进行诊断，确定了高产脐橙园的叶片矿质元素适宜范围。由此可见，过去CND 法多是基于单一生育期、单一组织部位，缺乏营养诊断的多样性。通过测定树体组织部位矿质元素含量，不仅能够监测树体对矿质营养的吸收、运转及分配状况[19]，还可以挖掘植株矿质元素动态变化和产量、品质形成的相互关系[20-21]，指导果树栽培的平衡施肥。通过对赤霞珠、霞多丽、玫瑰香、巨峰、夏黑等普通的花、果实、叶片、叶柄矿质营养的规律研究发现，不同品种甚至不同砧木对矿质营养的吸收和利用规律不尽相同，而且矿质营养元素对不同品种的果实品质指标的影响差异较大[2,22-25]。因此，通过挖掘葡萄植株在盛花期、转色期和成熟期的花、果实、叶片、叶柄矿质元素含量与果实品质的关系，可以利用相应组织部位元素含量调配树体所需要的养分，进而改善果实品质。

山东省蓬莱地区作为我国酿酒葡萄主要产地之一，存在果实大小不均一、生理病害严重、果实品质不佳等问题，这些问题是否与果园营养供给及施肥管理有关系尚未见明确报道。过去对于葡萄矿质营养领域的研究，多集中在营养与施肥对果树生长发育、叶片营养元素、果实发育与品质形成等方面[26-28]。而对于霞多丽花、果实、叶片、叶柄矿质营养与果实品质的相关性研究几乎没有报道。本研究通过相关性分析探讨了霞多丽多个生育期的花、果实、叶片、叶柄矿质元素含量与几个主要果实品质指标及品质指数的关联性，并给出基于高优品质指数的霞多丽果园矿质元素适宜范围，旨在为蓬莱产区霞多丽补充养分、提高果实品质等提供理论依据和指导方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

选取君顶酒庄有限公司基地的霞多丽葡萄为试材，于2018—2020 年连续进行5416 配方施肥试验[29]，树龄10～13 年，砧木为SO4，行株距为2 m×1 m。霞多丽根系的富集深度为0～40 cm，土壤容重为1.3 g/cm3，pH 值为6.7，土壤的碱解氮、速效磷、速效钾、可交换性钙、可交换性镁含量分别为101.6、667.9、126.9、491.6、44.3 mg/kg。

1.2 施肥处理

选择16 个树体健康、长势中庸、产量较稳定的园区作为固定试验区，进行5416 配方肥施用试验。5416 配方肥是指五因素（N、P、K、Ca、Mg）、四水平（每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即0、0.5、1.0、1.5 倍），共计16 个处理（表1）。配方肥是基于每公顷7 500 kg 果实的产量目标，设定5416 试验每公顷各肥料原料的基础用量分别为N 124.5 kg、P2O546.5 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 46.5 kg[30]。各肥料在萌芽期、初花期、末花期、转色期和成熟期的施用量参考王小龙等[31]的研究。

表1 5416 试验处理

1.3 样品采集及项目测定

2018—2020 年成熟期，每处理随机选取30 个果穗，从果穗的上、中、下各部位随机采集果粒720 粒，用于测定单穗重、百粒重、可溶性固形物含量、皮果比、籽果比、籽粒数。单穗重、百粒重利用电子秤称重，可溶性固形物含量的测定采用手持糖量计。皮果比、籽果比分别是果皮与果实重量比、籽粒与果实重量比，以30 粒为1 组，剥离果皮和种子并称重，按照定义进行计算，同时计算每组果实种子数量的平均值，即为籽粒数。于盛花期、转色期和成熟期采集花序或果穗上或对生的叶片、叶柄及花序或果实，带回实验室，冲洗干净，105 ℃下杀酶20 min，85 ℃下烘干，粉碎混匀，待测其矿质元素含量。结合H2SO4-H2O2消解法，用流动分析仪测定植株N，用电感耦合等离子发射光谱仪测定植株P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 全量。以上所有测定指标均进行3 次生物学重复。将单穗重、百粒重、可溶性固形物含量、皮果比、籽果比、籽粒数等指标按照DPS 中的Topsis 分析方法进行综合评价，并形成品质指数。根据品质指数和各生育期矿质元素含量的相关性，确定营养诊断因子。基于品质指数，利用CND 法确定霞多丽高品质指数果园划分的临界值，将高品质指数的果园称为高优园，其余果园称为低优园。

1.4 数据处理

采用Excel 2016 和SPSS 20.0 软件对3 年数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对果实品质的影响

由表2 可知，各施肥处理对各品质指标极值分布的影响不尽相同。2018 年，百粒重和品质指数的最大值处理均为T14，百粒重和可溶性固形物含量最小值处理均为T15，皮果比和籽粒数最小值处理均为T3。2019 年，单穗重和品质指数最小值处理均为T12，皮果比和籽果比最小值处理均为T8。2020 年，皮果比和籽粒数最大值处理均为T4，籽果比和品质指数最小值处理均为T14。各施肥处理条件下各品质的平均值在2018—2020 年间表现显著差异。2020 年各处理单穗重平均值最高，为198.1 g，较2018 年和2019 年分别显著提高了10.5%和21.5%，且2018 年和2019 年单穗重差异显著。2018 年各处理百粒重平均值最高，为153.8 g，较2019 年和2020 年分别显著提高了9.4%和3.9%。2018 年和2020 年各处理可溶性固形物含量平均值无显著差异，分别为15.6%和15.8%，较2019 年分别显著下降了17.0%和16.0%。2018 年和2020 年各处理品质指数平均值无显著差异，较2019 年分别显著提高了33.4%和24.6%。皮果比、籽果比和籽粒数各处理平均值在年份间无显著差异。

表2 不同施肥处理条件下的果实品质

2.2 不同生育期各组织矿质元素动态变化

由图1 可知，各矿质元素含量在不同生育期的各处理平均值差异显著，且其变化规律存在相似性和特异性。花序或果实N、P、Mg、Fe、Zn，叶片K，叶柄N 均表现为盛花期显著高于转色期和成熟期，且转色期和成熟期无显著差异。花序或果实K，叶片N、P，叶柄P 均表现为盛花期＞转色期＞成熟期，且相互之间差异显著。叶片Cu，叶柄K、Cu 均表现为转色期＞成熟期＞盛花期，且相互之间差异显著。叶柄Ca、Mn、Mo，花序或果实Cu 均表现为转色期和成熟期无显著差异，且均显著高于盛花期。花序或果实B，叶片Mn、B、Mo，叶柄B 均表现为盛花期和成熟期无显著差异，且均显著低于转色期。

从图1 可以看出，各矿质元素含量在不同组织部位的各处理平均值差异显著，且其变化规律存在相似性和特异性。盛花期N、Mn，转色期N 和成熟期N 均表现为叶片＞果实＞叶柄，且相互之间差异显著。盛花期P、K，成熟期P、B 均表现为果实和叶柄无显著差异，且均显著高于叶片。盛花期Zn、Cu，转色期B 均表现为叶片和叶柄无显著差异，且均显著低于果实。转色期Ca、Mg、Zn，成熟期Ca、Mg 均表现为叶柄＞叶片＞果实，且相互之间差异显著。盛花期Mg，成熟期Mn、Zn 均表现为果实和叶片无显著差异，且均显著低于叶柄。转色期Fe 和盛花期Mo 均表现为果实和叶柄无显著差异，且均显著低于叶片。转色期和成熟期Mo 均表现为叶片＞叶柄＞果实，且相互之间差异显著。

图1 各组织部位不同生育期矿质元素含量

2.3 不同生育期各组织矿质元素含量与果实品质的相关性

由表3、4、5 可知，不同生育期各组织矿质元素含量与果实品质之间存在较为复杂的相关性。在盛花期，各组织（花序、叶片、叶柄）K 含量与百粒重、可溶性固形物含量、籽果比、品质指数均显著或极显著相关；各组织Mg 含量与皮果比均显著或极显著相关；各组织Mn 含量与可溶性固形物含量均显著或极显著相关。在转色期，各组织N 含量与皮果比、籽粒数和品质指数均显著或极显著相关；各组织P 含量与可溶性固形物含量均极显著相关；各组织K 含量与可溶性固形物含量、籽果比均显著或极显著相关；各组织Ca 含量与皮果比、品质指数均显著或极显著相关；各组织Mg 含量与皮果比均显著或极显著相关；各组织Zn 含量与可溶性固形物含量、籽果比、品质指数均极显著相关。在成熟期，各组织N 含量与皮果比、籽粒数均极显著相关；各组织Ca 含量与百粒重、可溶性固形物含量、籽果比、籽粒数、品质指数均显著或极显著相关；各组织Mg 含量与可溶性固形物含量、皮果比、籽果比均显著或极显著相关；各组织Zn 含量与可溶性固形物含量、品质指数均显著或极显著相关；各组织B 含量与单穗重均极显著相关。

表3 各生育期花序或果实矿质元素含量与果实品质的相关系数

表4 各生育期叶片矿质元素含量与果实品质的相关系数

表5 各生育期叶柄矿质元素含量与果实品质的相关系数

续表5

此外，成熟期果实N、转色期果实P、盛花期叶片K、转色期果实Ca、成熟期叶柄Mg、转色期果实Fe、成熟期果实Mn、转色期叶柄Zn、转色期果实Cu、盛花期花序B、盛花期叶片Mo 与品质指数的正相关性较强，且均达到显著或极显著水平，其相关系数分别为0.519、0.626、0.335、0.461、0.529、0.318、0.459、0.556、0.432、0.430、0.544（表3、4、5）。因此，选择上述生育期各器官所对应的元素作为植株营养诊断因子。

2.4 基于品质指数的高优园植株矿质元素适宜范围

各矿质元素累积方差函数参数FCi（Vx）与品质指数（X）之间存在函数关系见图2。根据CND法的理论要求[15]，可得各元素所对应的高优园的拐点值分布范围为0.163 9（XN）～0.697 6（XZn）。根据CND 法关于高优群体比例≥12%的原则[15]，划分高优园临界值应选择0.596 8（XR），则高优园有6 个，占总体采样园的12.5%。同时，依据高优园划分结果，可获得高优园和低优园的植株矿质元素含量状况（表6）。由高优园确定霞多丽葡萄植株矿质元素含量适宜范围为N 10.15～18.46 mg/g、P 6.03～9.24 mg/g、K 8.65～22.90 mg/g、Ca 8.38～46.91 mg/g、Mg 16.21～22.02 mg/g、Fe 88.30～281.58 mg/kg、Mn 15.00～343.25 mg/kg、Zn 69.39～100.40 mg/kg、Cu 20.14～1 405.50 mg/kg、B 14.00～63.03 mg/kg、Mo 0.67～2.28 mg/kg。

表6 不同果园各组织矿质元素含量

图2 各元素累积方差函数与品质指数的函数关系

低优园各矿质元素平均含量均低于高优园，除Mg、Fe 和Zn 外，其他元素含量在高、低优园之间均存在显著差异（P＜0.05），低优园各矿质元素含量较高优园降幅范围为6.75%～64.48%。低优园除Zn 外，其他元素的变异系数均高于高优园。根据CND 法营养诊断计算得出，高优园的营养不平衡指数CNDr2为10.00，而低优园的CNDr2显著（P＜0.05）高于高优园，为51.79。由此可见，高优园矿质营养比较均衡，而低优园矿质营养存在较大差异。同时，计算得出低优园各矿质元素的诊断指数分别为IN＝0.74，IP＝0.49，IK＝1.98，ICa＝-0.78，IMg＝1.48，IFe＝2.14，IMn＝-1.42，IZn＝0.85，ICu＝-0.97，IB＝0.02，IMo＝0.81。结果表明，低优园的需肥顺序为Mn＞Cu＞Ca＞B＞P＞N＞Mo＞Zn＞Mg＞K＞Fe，其中Mn、Cu、Ca 含量表现偏低，其他元素含量充足。

3 讨论与结论

3.1 不同生育阶段矿质元素变化动态分析

叶片是植物进行光合作用和呼吸作用的主要营养器官[32]，能够为树体发育、营养积累及果实品质的形成提供营养基础。从盛花期至转色期，霞多丽叶片中Mn、Cu、B、Mo 含量均显著提高，此阶段叶面积迅速增大，叶片光合作用也增强，而Mn、B、Mo 参与叶面积增加、叶绿素合成、净光合速率提高等过程[33-35]。叶片Cu 大量积累，可能与铜制杀菌剂的大量施用相关。霞多丽叶片N、P、K 含量和叶柄N、P 含量在盛花期至转色期均显著下降，叶片Mg、Mn、Zn、Cu、B、Mo 含量和叶柄K、Cu、B 含量在转色期至成熟期均显著下降，与黄霄等[20]研究结果相似，可能与树体在果实发育期对矿质元素需求量较高有关[36]，导致叶片和叶柄中矿质元素向其他组织部位转移而降低。因此，在霞多丽花果发育期追施速效肥，尤其是针对低优园Mn、Cu 元素的叶面补充，能够有效促进花和果实的生长发育。

3.2 不同组织矿质元素变化动态分析

在盛花期，霞多丽叶片P、K 含量以及叶片和叶柄Fe、Zn、Cu、B 含量均显著低于花序。由此说明，霞多丽花器官在授粉受精过程中对P、K、Fe、Zn、Cu、B 的需求量较大，是期间不可或缺的元素。有研究表明，P、K、Zn 主要在促进花芽分化、花粉管延伸、果实发育和种子成熟等方面发挥重要作用[37-39]。相关性分析结果表明，在盛花期，花序P 含量与单穗重、籽粒数均显著正相关；花序K 含量与百粒重、皮果比、籽果比、品质指数均极显著负相关，与可溶性固形物含量、籽粒数均极显著正相关；花序Zn 含量与百粒重、籽果比、品质指数均极显著负相关，与可溶性固形物含量极显著正相关。因此，可以通过调控花序中P、K 和Zn 的含量改善相应的果实品质指标。

Ca 作为植物细胞壁的组成成分[40]，除盛花期花序和叶片Ca 含量无显著差异外，各生育期的Ca含量均表现为叶柄＞叶片＞果实，且相互间差异显著，说明叶柄和叶片中的Ca 很难有效转运到果实中被利用。此外，霞多丽果实Ca 含量在各生育期无显著差异。因此，低优园Ca 元素补充应采用少量多次的果面喷施原则。霞多丽转色期果实B 含量显著高于叶片和叶柄，盛花期花序Zn 和Cu 含量显著高于叶片和叶柄。由此可见，在霞多丽果实生长发育过程中对Zn 和B 的需求量高于其他矿质元素，其中Zn 和B 在促进植物光合作用、糖代谢、蛋白质合成及碳水化合物的运输等方面发挥重要作用[41-43]，而且Zn 在果实着色、成熟和果实品质等方面至关重要[44]。相关性分析结果显示，转色期果实B 含量与可溶性固形物含量和籽粒数分别显著负相关和极显著负相关，与皮果比、籽果比、品质指数均显著正相关。盛花期花序Zn 含量与百粒重、籽果比、品质指数均极显著负相关，与可溶性固形物含量极显著正相关。因此，可以通过调控转色期果实B 和盛花期花序Zn 含量改善相应果实品质。

3.3 各矿质元素与果实品质的关联性分析

矿质元素是果树生长发育、产量和品质形成的营养基础[9]，不足或过量均会对果实品质产生不良影响。朱小平等[45]通过调查无缺素症状的赤霞珠养分含量，研究其叶片营养元素含量标准范围是N 10.3～17.3 mg/g、P 3.1～5.4 mg/g、K 22.7～29.1 mg/g、Ca 6.4～11.4 mg/g、Mg 2.8～4.1 mg/g、Zn 18.89～46.68 mg/kg、Fe 25.54～51.74 mg/kg、Mn 230.51～452.86 mg/kg、Cu 78.17～206.39 mg/kg。佟鑫等[46]应用DRIS 法研究赤霞珠叶片矿质营养元素与产量的关系，得出高产园叶片营养元素诊断标准为N 16.5～37.5 mg/g、P 2.6～6.2 mg/g、K 10.2～24.2 mg/g、Ca 5.6～77.3 mg/g、Mg 2.3～12.7 mg/g、Fe 17.5～92.4 mg/kg、Mn 9.2～239.8 mg/kg、Zn 20.4～243.0 mg/kg、Cu 1.0～78.5 mg/kg、B 8.7～130.4 mg/kg。我们应用CND 法建立了果实品质指数与多生育期多组织矿质元素含量的函数关系，得出高优品质指数的霞多丽果园矿质元素含量适宜范围为N 10.15～18.46 mg/g、P 6.03～9.24 mg/g、K 8.65～22.90 mg/g、Ca 8.38～46.91 mg/g、Mg 16.21～22.02 mg/g、Fe 88.30～281.58 mg/kg、Mn 15.00～343.25 mg/kg、Zn 69.39～100.40 mg/kg、Cu 20.14～1 405.50 mg/kg、B 14.00～63.03 mg/kg、Mo 0.67～2.28 mg/kg。我们的结果与前人的研究有差异，主要与试验的葡萄品种、营养诊断方法间的差异有关，不同葡萄品种优质的植株矿质元素含量优化方案还有待研究。