不同氮磷钾配比对‘北冰红’光合性能及产量和品质的影响

摘 要 以新疆5 a的山葡萄‘北冰红’为研究对象，探讨氮、磷、钾不同施肥量对‘北冰红’光合特性、产量和品质的影响，为山葡萄在新疆的发展提供合理的施肥依据。采取“3414”施肥效应试验，测定氮、磷、钾不同施肥配比条件对果实成熟期‘北冰红’叶片光合特性、光合-光响应曲线（净光合速率（Pn）-光强（PAR）曲线）、产量和果汁基础理化性状，采用不同模型（直角双曲线模型（RH模型）、非直角双曲线模型（NRH模型）、指数模型（EX模型）、直角双曲线修正模型（MRH模型））对不同氮、磷、钾肥配比条件下的Pn-PAR曲线进行拟合，并分析光合参数（Pn、Tr、Ci、WUE）对产量和品质的响应。MRH模型Pn-PAR曲线拟合效果最佳，求解出的AQY、LCP和Rd、Pnmax和LSP最接近于实测值。结果表明，通过对‘北冰红’产量分析得出N2P2K3和N1P2K2的施肥配比，较N0P0K0配比单株产量分别提高了282.38%和234.43%；并通过果汁理化性状得出N2P2K3较N0P0K0在可溶性固形物、总酚、维生素C和总糖含量分别提高32.85%、30.77%、17.87%和" 34.13%；N1P2K2较N0P0K0总酸降低72.61%，花色苷含量降低20.69%。综合比较分析，N、P2O5和K2O施肥（纯量）分别为93.568 kg/hm²、41.364 kg/hm²和109.355 kg/hm²时，能够提高‘北冰红’成熟期的光合特性、产量及品质。

关键词 北冰红；光合特性；产量；品质

新疆作为中国最早栽培葡萄的地区和葡萄酒的发源地，自然条件得天独厚，种植的酿酒葡萄品质优良^[1]，是中国酿酒葡萄种植和葡萄酒酿造大区^[2]。近五十年来，新疆葡萄酒产业先后经历了规模化发展-四大产区形成-工业化量产和高端休闲式酒庄、酒堡同步高速发展-大规模回落-缓慢优化调整的趋势。究其原因，一方面是酿酒葡萄品种多为欧亚种葡萄（Vitis vinifera），同质化严重，无法满足市场多元化产品需求^[3]；另一方面是新疆葡萄南北疆越冬均需埋土防寒，造成生产成本居高不下，同时埋土开墩过程中也不同程度伤害树体，影响下一年果树正常生产能力的全面发挥，也不同程度降低了我区葡萄产业发展的市场综合竞争力^[4]。山葡萄（Vitis amurensis Rupr.）作为葡萄属中最抗寒的一个种^[5]，冬季根系能耐-16～-18 ℃的低温，地上部分能耐" -40 ℃低温，2019年由新疆林科院抗寒葡萄研究团队陆续引种至新疆，经区域栽培试验，山葡萄在环塔盆地生态区域可直立安全越冬^[6]，节省生产成本支出，提高果农收益，极具推广价值。

合理施肥是生产中用于调节果树生长发育与产量的重要措施之一^[7]，谭博等^[8]在分析不同施肥处理对全球红葡萄光合日变化、产量和品质的影响是发现，施肥能有效提高全球红葡萄光合效率及果实品质。黄婉莉等^[9]在研究不同氮磷钾配比对番石榴生长发育及果实品质影响时发现，在保证氮肥施用量的基础上，提高钾肥、降低磷肥的施肥处理能有效促进番石榴的产量，同时对果实可溶性糖、可溶性固形物等品质指标具有一定提升作用。由此可得出，均衡施肥对提高作物产量和改善果实品质尤为重要。由于山葡萄在疆栽培时间较短，缺乏在新疆干旱环境下完善的生产栽培技术，关于施肥对山葡萄产量品质的影响尚不完善。基于此，本试验以5 a山葡萄‘北冰红’为研究对象，测量‘北冰红’光合和果实产量品质等指标，探究氮磷钾不同施肥量对‘北冰红’产量及果实品质的影响，提出恰当的施肥参数，为新疆山葡萄丰产栽培技术中的施肥技术提供指导。

1 材料与方法

试验地位于新疆阿克苏地区温宿县境内的佳木果树学长期科研基地，地理位置北纬41°15′，东经80°32′，属温带干旱气候，年均降水量不足100 mm；年均气温10.1 ℃，年平均降水量65.4 mm，年平均无霜期185 d。

供试的品种为5 a‘北冰红’，砧木为‘贝达’。南北行向，株行距为1 m×3.5 m，沿南北行向定植，“厂”字树形，直立叶幕，田间水肥正常管理，各样株长势一致。

2022年在开展施肥试验前，采集土壤样品进行分析，结果表明，园区土壤为土层深厚的沙壤土，0～40 cm土层土壤基础理化性状的速效N、速效P、速效K、有机质含量分别为78.06、19.37、208.22、7650 mg/kg，pH为7.812，电导率（EC）为180" μS/cm。按照全国第3次土壤普查养分分级标准，园内土壤速效N为4级、速效P为3级、速效K为2级，土壤有机质含量较低，综合土壤养分条件中等。

采取“3414”最优回归试验设计（表1），设置N、P、K 3个肥料因素，4个水平分别为0（不施肥）、1（常规施肥量50%）、2（常规施肥量）、3（常规施肥量150%），共计14组处理（Ti，i= 2，" 3，…，14），每组处理划定3个重复小区，随机排序，每个小区选取5株树，共计210株。供试株的平均地径、新梢第4节平均基径分别为（11.97±" 1.12）mm、（7.10±0.82）mm。氮选用质量分数达46.30%的（CO（NH2）2）结晶，上海同瑞生物科技有限公司生产；磷选用有效磷（P2O5）≥16%的过磷酸钙，供应商为湖北红山化工有限公司；钾选用K2O≥50%的硫酸钾，供应商为中农集团控股股份有限公司。

按照2022年施肥试验量，每株‘北冰红’N、P2O5和K2O的常规施肥量（纯量）分别为" 0.024、0.020和0.030 kg，于2022年4月4日‘北冰红’萌芽前一次性施入，施肥方式为两株葡萄间挖长、宽、深均为40 cm的坑，将肥料用千分之一电子天平称量后混合，一次性施入坑内，施肥后立即浇水。

1.1 测量方法

1.1.1 光响应曲线 试验于8月19日（果实成熟期），选择晴朗天气，测量时间为9：00-11：00，挑选基部向上第4～6片生长良好、无病虫害的功能叶，采用美国LI-COR公司生产的Li-6400便携式光合仪，测量结果取平均值。测量前将PAR设置为1 200μmol/（m²·s），叶片诱导时间为" 15～20 min，利用红蓝光源系统测量不同PAR所对应的Pn，PAR梯度为2 000、" 1 700、1 500、" 1 200、1 000、800、500、300、200、150、80、50、20、" 0" μmol/（m2·s），由最高PAR开始测定，每个梯度测定时间为180 s，红蓝光比例为3∶1（红光650 nm、蓝光450 nm）。测定时，CO2浓度为（375±10）" μmol/mol，叶室温度控制在（25±" 0.5） ℃，空气流速为（400±1） mmol/s。

本研究采取直角双曲线模型（RH模型）、非直角双曲线模型（NRH模型）、指数函数模型（EX模型）和直角双曲线修正模型（MRH模型）绘制Pn-PAR曲线，4种模型的拟合方程见表2。

按照实测数据绘制不同施肥量Pn-PAR曲线时，利用弱光环境（PAR≤200" μmol/（m2·s））下的实测数据进行回归分析，即可得出初始量子效率α、光补偿点LCP和暗呼吸速率Rday，最大净光合速率Pnmax及光饱和点LSP由实测数据走势估算得出^[14]。

1.1.2 光合特性 试验于8月22日（果实成熟期）进行，以测定光响应曲线的‘北冰红’叶片为样本，选在9：00-11：00，使用Li-6400便携式光合仪，测定不同处理的净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、胞间CO2浓度Ci、气孔导度Gs，瞬时水分利用效率WUEi是Pn与Tr的比值。本试验取上述4个果实生长发育阶段光合数据的平均值进行分析。

1.1.3 果实品质 2022年10月20日（果实成熟期），统计每个小区山葡萄的果穗数，每株固定调查株随机摘取15穗具有代表性的‘北冰红’葡萄，称取平均值，对不同处理随机选取600粒，带皮压榨成汁，用纱布过滤保存，测量果汁可溶性固形物^[15]、pH^[16]、总酸^[17]、总酚^[18]、维生素C^[19]、总糖^[20]和花色苷^[21]等指标。

小区总产量=总穗数×果穗质量（5）

1.2 数据统计

不同N、P、K配比对‘北冰红’产量及果汁品质影响采用单因素方差分析（one-way ANOVA）的Duncan’s法进行检验^[22]，数据分析采取SPSS和Excel软件完成，采用Origin软件做图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对‘北冰红’Pn-PAR曲线的影响

不同氮磷钾肥配比对‘北冰红’实测Pn-PAR曲线的影响如图1所示。当PAR≤300 μmol/（m2·s）时，Pn伴随PAR的增加急速上升，此后Pn伴随PAR的增加，上升幅度趋于平缓，直至PAR≥1 700" μmol/（m2·s）后，各别处理Pn略有降低。在磷、钾同一水平下，随着氮肥施用量的增加，Pn呈“先升后降”的趋势，并在施低氮肥（N1P2K2）Pn最高，说明低氮可提高‘北冰红’叶片的净光合速率；在氮、钾同一施用量下，施高磷肥（N2P3K2）Pn最高，不施磷（N2P0K2）的Pn最低，且显著低于其他处理，说明增施磷肥能提升‘北冰红’光合效率；在氮、磷同一施用量下，伴随钾肥施用量的增加，Pn呈“逐渐升高”的趋势，最终在1.5倍施钾量（N2P2K3）Pn最高，增施钾肥有益于叶片光合作用的提高。14组处理中，N1P2K2处理Pn值最高，其次是N2P3K2处理。

不同氮磷钾肥配比对‘北冰红’4种光响应模型Pn-PAR曲线的影响见图2。图2可以看出，不同模型对‘北冰红’Pn-PAR曲线的拟合效果存在显著差异。PAR≤300" μmol/（m2·s）

时，曲线变化基本一致，Pn伴随PAR的增加而升高；在PAR持续增加的过程中，RH、RH和EX模型所拟合的Pn-PAR曲线为一条无极值的渐近线，MRH模型所拟合的曲线在达到Pnmax后呈非线性的下降趋势。4种拟合模型对不同氮磷钾施肥量的适应性存在较大差异，其中RH模型所拟合的Pn-PAR曲线与实测曲线差异最大，尤其无法较好的拟合不同磷钾肥配比条件下的Pn-PAR曲线，MRH模型适用于不同氮磷钾肥配比下Pn-PAR曲线的拟合。

2.2 不同施肥处理对‘北冰红’光响应参数的" 影响

14组施肥处理对‘北冰红’4种光响应模型拟合参数与实测值的比较结果见表3。4个模型中，RH模型的R2均值最小，拟合精度最低；NRH和EX模型所拟合的R2次之；MRH模型所拟合的R2平均值最高（R2＞0.999），拟合效果最优。AQY、LCP和Rd3个参数反映‘北冰红’在弱光环境中的光能利用水平，Pnmax和LSP则反映在强光环境下的光利用水平^[23]，在磷、钾同一施肥量下，常规施氮量（N2P2K2）的Pnmax和LSP均值高于其他处理，说明常规施氮量可以增加‘北冰红’在强光环境下的适应力，不施氮（N0P2K2）AQY、LCP和Rd最低，说明不施氮肥可减少叶片的呼吸消耗，以适应暗光环境；在氮、钾同一施肥量下，高磷肥（N2P3K2）的Pnmax最高，常规施磷量（N2P2K2）的LSP最高，不施磷（N2P0K2）的AQY、LCP和Rd最低；在氮、磷同一施肥量下，高钾肥（N2P2K3）的Pnmax最高，不施钾（N2P2K0）的AQY、LCP和Rd最低，说明在光照充裕的地区，增施磷、钾肥有助于‘北冰红’制造更多的碳水化合物，帮助枝条储备营养物质。

2.3 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’光合作用的影响

图3可知，伴随氮、磷、钾不同施肥量的施入，‘北冰红’叶片Pn、Tr、Ci和WUE均有显著差异（Plt;0.05）。在磷、钾同一施肥量下，不施氮（N0P2K2）、施高氮（N3P2K2）和施低氮（N1P2K2）、常规施氮量（N2P2K2）在Pn、Tr上差异显著，说明常规施氮量和施低氮有助于提升叶片净光合速率及蒸腾速率；在氮、钾同一施肥量下，不同施磷量叶片Pn差异不显著，施低磷（N2P1K2）Tr显著低于其他处理，WUE则显著高于其他处理，说明施低磷肥量能减少叶片水分蒸腾散失，提升水分利用效率；在磷、钾同一施肥量下，不施钾肥（N2P2K0）和低钾肥（N2P2K1）Pn显著低于常规施钾量（N2P2K2）和施高钾（N2P2K3），同时前2种施肥处理的Ci均低于后者，不施钾肥（N2P2K0）WUE最高，显著高于其他处理。

2.4 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’果实品质的影响

从表4能够看出，不同氮、磷、钾施肥量对‘北冰红’果汁的可溶性固形物、pH、总酸、总酚、维生素C、总糖和花色苷有不同程度的影响，其中，对可溶性固形物、pH、总酸、总糖和花色苷影响显著。不同氮磷钾施肥量下‘北冰红’的可溶性固形物变幅为20.37%～27.66%，最大可溶性固形物出现在N2P2K3，较N0P0K0高出32.85%；其次是N2P2K2，较N0P0K0高出26.27%，说明适量的钾肥会提高‘北冰红’可溶性固形物含量。pH的变幅为3.40～4.27，N2P2K3的pH最高，为" 4.36，最佳的pH范围在3.0～3.6^[24]，N2P1K2、N2P2K2和N2P2K1和N2P2K3在这一范围内，说明在保持常规施氮量的前提下，适度施用磷、钾肥是保持‘北冰红’果汁在合适pH范围的前提。总酸的变异系数较高，变幅为32.70～131.67g/kg，总酸最低值出现在N1P2K2，较N0P0K0降低72.61%，最高值出现在N2P0K2，较N0P0K0高出10.29%，但差异不明显；总酸最低值N1P2K2，为32.70 g/kg。不同氮、磷、钾施肥量下‘北冰红’总酚和维生素C变化不大，前者集中在0.26～0.45 mg/hg，较N0P0K0提高30.77%，后集中在" 73.34～" 111.52 mg/kg，较N0P0K0提高nbsp; 17.87%。总糖含量变幅在139.07～201.73g/hg，总糖含量最高为N2P3K2，其次是N2P2K3，分别较N0P0K0高出35.33%和34.13%。花色苷变幅在2.39～5.26 mg/hg，花色苷含量最高为N0P2K2，较N0P0K0高出20.92%，其次是N2P1K2，较N0P0K0高出14.02%。

2.5 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’产量与肥料方程效应的响应

本研究基于三元二次肥料效应方程，以平均单株产量Y为因变量，以N、P、K三元二次多项式的非常数项为自变量，进行多元线性回归分析，得到关系式为：

Y=0.969+ 129.573N-28.660 P+" 88.875 K-3 085.750 N²+1 545.758 P²-" 1 537.338 K²+ 1 016.870 NP+1 014.742 NK-1 138.602 PK通过模型分析，以‘北冰红’单株产量为经济目标时，施N为93.568 kg/hm²、施P205为" 41.364 kg/hm²、施K2O为109.355kg/hm²时，单株产量可达4.38 kg/株。氮磷钾对‘北冰红’平均产量的作用排序为：Ngt;Kgt;P。

3 讨论与结论

3.1 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’Pn-PAR曲线的影响

Pn-PAR曲线用以反映叶片光量子通量与植物净光合速率间的关系，Pn体现为植物有机物的累计程度^[25]，伴随PAR的上升，Pn大多表现为“先升后降”的趋势。本试验研究发现，第一阶段[光量子通量≤300" μmol/（m2·s）]，光作为Pn的唯一限制因子，此时Pn与PAR呈线性相关；当PAR持续上升时，CO2浓度、温度和Rubisco亦会成为限制因子^[26]，达到饱和光强后Pn不再伴随PAR的上升而增加。RH、NRH和EX模型Pn-PAR曲线是一条无极值的渐近线，在数据范围内没有最大值，无法拟合叶片在达到LSP后Pn随PAR的变化的数据^[27]，对4个模型对‘北冰红’拟合效果优劣排序发现，MRH模型的R²最高，明显高于RH、NRH和EX模型，可作为模拟不同氮磷钾肥处理‘北冰红’的最佳模型。

借助数学模型对光响应过程进行模拟，能够获得多项有生理意义的光合参数，如Pnmax、AQY、LCP和Rd等。光响应参数LCP和LSP是衡量果树利用弱光和利用强光能力的重要指标，具备低LCP和高LSP的果树对光的适应能力较为突出^[28]。本研究表明，施高氮肥、高磷肥、高钾肥和低氮肥、低磷肥和低钾肥‘北冰红’LCP增高且LSP降低，利用弱光和强光的能力均会收到明显影响；而在常规施肥量下，LCP较低且LSP最高，光适应幅度最宽[2 204.98" μmol/（m2·s）]。AQY是反映叶片光能转化的利用效率，该值越高，叶片在弱光环境下的利用效率越高^[29]。孙静克等^[30]在研究雪里蕻时发现，增施过磷酸钙能有效提升叶片AQY。侯奕瑾等^[31]发现，增施P、K肥可明显提高玉米叶片AQY。本研究发现，适当增施磷钾肥均有助于提高‘北冰红’AQY，但过量施肥会降低AQY，如N2P2K2较N2P1K2，AQY高出3.97%，而N2P3K2较N2P2K2，AQY高出0.64%。Pnmax是反映叶片的光合潜力的重要指标^[32]，向旺等^[33]发现，氮磷比为5∶1时，木荷Pnmax最高，与其他处理及CK差异显著，本研究发现，低氮、高磷、高钾有助于叶片Pnmax的提升。

3.2 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’光合作用的影响

叶片光合作用是植物生长发育的基础，均衡施肥是保证叶片维持较高光合效率的前提^[34]。本研究发现，不同氮磷钾肥施用量对‘北冰红’光合日积累值差异较明显，比如常规施氮量（N2P2K2）和低氮量（N1P2K2）处理分别较高氮处理（N3P2K2）Pn分别高出94.92%和95.28%，低磷钾肥（N2P1K2、N2P2K1）和高磷钾肥（N2P3K2、N2P2K3）Pn都显著低于常规磷钾施肥量（N2P2K2）。蒸腾速率反映的是叶片水分以气态形式向外界散失的过程，叶片通过蒸腾作用使自身适应外界的变化^[35]。本研究发现，Tr与Pn呈正相关，如N2P2K2和N2P3K2的光合日累积值与蒸腾日累积值均高于N0P0K0，说明在适量磷肥作用下，会显著提高‘北冰红’的光合作用效率，该结论与柴仲平等^[36]的结论一致。植物体水分匮缺会直接影响其生长发育。本研究发现，N2P1K2较N2P0K2WUE提高了33.56%，说明施少量磷肥能提高‘北冰红’的水分利用率，该结论与向旺等^[33]的结论一致。

3.3 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’果汁品质的影响

合理施肥是提高果实品质的基础，刘迎雪等^[37]发现，增施氮磷钾肥能提高‘北冰红’糖酸比，但对果实单宁没有显著影响。何振嘉等^[38]发现，氮磷钾肥混合施用能提高‘赤霞珠’糖酸比、花色苷和维生素C含量。本研究中，高钾肥（N2P2K3）处理下，‘北冰红’葡萄汁可溶性固形物、总酚、维生素C和总糖含量较高，低氮肥（N1P2K2）处理下，‘北冰红’葡萄汁总酸含量较低且花色苷含量较高，说明增施钾肥和少使氮肥能够大大提高‘北冰红’葡萄汁的品质。

3.4 不同氮磷钾肥处理对‘北冰红’产量的影响

科学合理施肥是保证作物丰产优产的前提基础^[39]。氮、磷、钾作为果树生长发育所必须的大量矿质营养元素，对果实的生长发育具有深渊影响。彭少兵等^[40]在核桃上采用三元二次肥效方程拟合得出核桃的最大产量、最佳产量及完成上述产量所需的氮、磷、钾肥用量。王灵哲等^[41]采用多元逐步回归分析，计算出氮、磷、钾对产量影响程度高低。本试验以2022年产量为目标，N、P2O5和K2O施肥纯量分别为93.568 kg/hm²、41.364 kg/hm²和109.355 kg/hm²时，‘北冰红’达到优质高产，有效提高‘北冰红’在新疆发展的经济效益。

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Effects of Different" Ratios of Nitrogen， Phosphorus and Potassium

on Photosynthetic Performance， Yield and Quality of ‘Beibinghong’

PAN Yue WANG Jijiao ²，HU Haifang1" and" LI Shude3

（1.Research Institute of Landscaping，Xinjiang Academy of Forestry Science，Urumqi 830000，China;

2.College of Forestry and" Horticulture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China;

3.Xinjiang Niya Wine Co.，Changji Xinjiang 832200，China）

Abstract

To investigate the effects of different fertilization rates of nitrogen， phosphorus and potassium on the photosynthetic characteristics， yield and quality of ‘Beibinghong’， by taking ‘Beibinghong’ as the research object in Xinjiang over five years，" to provide a fertilization recommendations for Vitis amurensis Rupr. development in Xinjiang.The “3414”" fertilization effect test was conducted to determine the effects of different fertilization rates of nitrogen， phosphorus and potassium on the photosynthetic characteristics of ‘Beibinghong’ leaves， photosynthesis-light response curves （net photosynthesis rate （Pn）-light intensity （PAR） curves） at the fruit ripening stage， yield and juice-based physicochemical traits.Different models including the right-angle hyperbola （RH） model， non-right-angle hyperbola （NRH） model， exponential （EX） model， and modified right-angle hyperbola （MRH） model， were used to fit the Pn-PAR" curves under different nitrogen， phosphorus， and potash fertilizer ratios， and to analyze the photosynthetic parameters （Pn， Tr， Ci， and WUE） on yield and quality responses. The Pn-PAR" curve of MRH model was fitted best， and" calculated AQY， LCP and Rd， Pnmax and LSP" were closest to the measured values. The yield analysis of ‘Beibinghong’ yielded that the fertiliser ratios of N2P2K3 and N1P2K2 increased the yield of a single plant by 282.38% and234.43%， respectively， compared to the N0P0K0 ratios. Through the physicochemical traits of the juice， it was concluded that N2P2K3" increased total soluble solids， total phenolics， vitamin， and total sugar content by 32.85%， 30.77%， 17.87%， and 34.13%， respectively， compared to N0P0K0. N1P2K2 reduced total acids by 72.61% and reduced anthocyanin content by 20.69% compared with N0P0K0.A comprehensive comparative analysis showed that fertilization with N， P2O5， and K2O at 93.568 kg/hm2， 41.364 kg/hm2， and 109.355 kg/hm2， respectively， effectively improves the photosynthetic characteristics， yield， and quality of ‘Beibinghong’ during the ripening period.

Key words Beibinghong; Photosynthetic characteristics; Yield; Quality

Received" 2023-12-12 Returned 2024-03-10

Foundation item Xinjiang Uygur Autonomous Region Key Ramp;D Projects （No.2022B02045-2-3）;The “Agriculture，rural areas，farmers” Backbone Talent Cultivation Program of Autonomous Region（No.2022SNGGHT084）.

First author PAN Yue，male，associate" researcher.Research area：forest genetic breeding and fruit tree cultivation.E-mail：18690187637@163.com

Correspondingauthor LI Shude，male，bachelor.Research area：wine grape cultivation technology promotion.E-mail：37228844@qq.com

（责任编辑：成 敏 Responsible editor：CHENG" Min）