王小龍，劉鳳之，史祥賓，王孝娣，冀曉昊，王志強，王寶亮，鄭曉翠，王海波

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院 果樹研究所，遼寧 興城 125100；2.農(nóng)業(yè)部園藝作物種質(zhì)資源利用重點實驗室，遼寧 興城 125100；3.遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點實驗室，遼寧 興城 125100)

隨著消費者生活水平的不斷提高，對鮮食葡萄的果品品質(zhì)要求也逐漸升高。消費傾向也開始向有機、綠色和無公害等轉(zhuǎn)移，栽培管理措施和產(chǎn)地環(huán)境對此類葡萄的生產(chǎn)具有嚴格的限制。隨著葡萄栽培面積的不斷擴大，逐漸暴露出很多葡萄種植肥水管理的不足。大多葡萄園選擇持續(xù)單一施用化肥，化肥作為一種速效化學肥料，其效果迅速，但長期施用會造成土壤有機質(zhì)含量降低，甚至板結(jié)[1]，影響葡萄正常生長發(fā)育，最終導(dǎo)致果實產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2]；同時，化肥施用量越來越大，會嚴重影響化肥利用率[3]；另外，施用化肥成本高，易隨水流失，會引起土壤和水源污染等一系列問題。

為了維持土壤使用的可持續(xù)性，人們應(yīng)該積極改善近年來化肥施入高、有機肥施入低的施肥現(xiàn)狀[4]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的有機肥主要有農(nóng)家肥、商品生物有機肥和微生物有機肥等[5-6]。在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由綠肥(植物秸稈)、動物糞便(豬糞、雞糞、牛糞)或各種餅肥為原料的農(nóng)家肥，施入土壤后可提高植物生長所需的各種營養(yǎng)元素，改善微生物環(huán)境和土壤理化性質(zhì)，提高作物產(chǎn)量[7-8]。然而，由于有機肥原料不同，造成化學組成差別大，如雞糞或豬糞的C/N為6.5，羊糞C/N小于25(300 ℃炭化溫度)，谷物秸稈的C/N為92.0[9]，導(dǎo)致施肥效果的差異較大。生物有機肥含有豐富的有機質(zhì)、腐殖酸及植物所需的多種營養(yǎng)元素[10]。施用生物有機肥可以有效減少土壤中氮、磷、鉀元素的淋溶和氨素的揮發(fā)，同時能夠增強土壤的保水保肥能力[11]。釀酒葡萄園施用生物有機肥能夠提高肥料的利用率，減少化肥的施用量，消除土壤板結(jié)，提高葡萄品質(zhì)[9]。增施有機肥能夠提高葡萄光合作用，促進化學物質(zhì)的積累及轉(zhuǎn)化[12-13]。生物有機肥增產(chǎn)及環(huán)境保護作用突出，但肥效時間不及農(nóng)家肥[14]。目前，關(guān)于不同種類有機肥在桃[15]、梨[16]、蘋果[17-18]、蘆柑、龍眼、荔枝[19]等果樹上的研究均有相關(guān)的報道。

關(guān)于農(nóng)家肥和生物有機肥在果樹上的良好應(yīng)用效果報道較多，但其對葡萄根系生長狀況及土壤中元素含量影響的研究較少。鑒于此，針對遼寧巨峰葡萄主栽區(qū)土壤特定環(huán)境，通過田間試驗和實驗室分析，研究3年生鮮食葡萄生物有機肥、豬糞和羊糞的施用效果，為今后結(jié)合巨峰葡萄因地制宜選肥施用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗在中國農(nóng)科院果樹研究所2012年定植的葡萄園進行。葡萄園所處位置為溫帶濕潤季風氣候，年平均降水量為758 mm，四季分明；年平均溫度為9.7 ℃，年極端氣溫最高為35.5 ℃，最低氣溫為-26.2 ℃。試驗材料為多年生巨峰，株行距0.7 m×4.0 m，露地栽培，斜干水平龍干形配合水平葉幕。供試肥料：生物有機肥由煙臺市綠源有機肥有限公司生產(chǎn)，有機質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%；羊糞和豬糞選用當?shù)夭牧希?種肥料施用量為22.5 t/hm2。3種有機肥中不同元素含量詳見表1。

表1 三種有機肥中不同元素含量Tab.1 The content of different elements in three organic fertilizers

1.2 試驗設(shè)計

在葡萄園開溝施用生物有機肥、羊糞和豬糞3種不同肥料，以不施肥為對照(CK)，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計。每處理20株鮮食葡萄，各處理均設(shè)3次重復(fù)，肥料于2015年9月初一次性開溝施完，距離主干兩側(cè)30 cm分別人工開溝(20 cm寬、40 cm深)，10～40 cm與土混勻施入，0～10 cm回填園土覆蓋；灌溉采用滴灌方式。行間采取自然生草；葡萄樹行暨樹盤寬1.0 m。葡萄園的田間管理措施均同一般果園。2016年取樣時期分別是轉(zhuǎn)色期(8月中旬左右)和收獲期(10月中旬左右)，每個處理均挖取根系、土壤樣品進行測定。連續(xù)2 a施肥并取樣。

1.3 土壤與根系樣品采集

以葡萄樹體作為橫向?qū)挾绕鹗键c、地表作為縱向深度起始點，葡萄園縱向深度0～40 cm和橫向?qū)挾?～30 cm，分別采集葡萄根系和土壤樣品，用以測定根系長度和根系表面積。其他指標(根系中礦質(zhì)元素、土壤有機質(zhì)和礦質(zhì)元素含量)樣品均來自縱向深度0～40 cm和橫向?qū)挾?～30 cm的混合樣品。剔除植物殘體、石子等雜物，并用速封袋裝好，帶回實驗室進行風干，研磨，過1 mm篩，待測。

1.4 測定指標與方法

土壤有機質(zhì)采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測定；全氮采用凱氏法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；根系形態(tài)選擇EPSON1680掃描儀，使用黑白二值圖像進行掃描，其分辨率和比例尺分別設(shè)置為300 dpi和100%。再用WinRhizo 2009根系分析軟件進行分析，獲得根系總長度、總表面積形態(tài)數(shù)據(jù)。采用ICP等離子體原子發(fā)射光譜儀測定土壤和根系樣品中全磷(P)、全鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硼(B)、鉬(Mo)等元素含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007和SPASS 23軟件進行數(shù)據(jù)整理、圖表繪制和差異顯著性檢驗(Duncan′s)。圖表中不同小寫字母表示同一時期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機肥對葡萄根系生長狀況的影響

由圖1可知，不同施肥條件下葡萄根系長度的變化趨勢在轉(zhuǎn)色期和收獲期是不同的。轉(zhuǎn)色期的根系長度在不同施肥方式之間具有顯著性差異(P<0.05)，其變化趨勢表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照，生物有機肥、羊糞、豬糞較對照分別顯著升高117.00%，103.06%，36.29%(P<0.05)。而在收獲期，生物有機肥、羊糞、豬糞施肥條件下的根系長度均顯著高于對照(P<0.05)，分別為1 458.48，1 441.89，1 476.10 cm，但三者之間沒有顯著性差異。

圖中不同小寫字母表示同一時期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。圖2-7同。

The different lowercase letters in the figure indicate that the significant difference at theP<0.05 level in the same period and different treatments. The same as Fig.2-7.

圖1 不同施肥處理的葡萄根系長度
Fig.1 The root length of grape treatedwith fertilizer in the vineyard

由圖2可知，轉(zhuǎn)色期時的生物有機肥、羊糞、豬糞施肥條件下的根系表面積均高于對照，從高到低依次為生物有機肥、豬糞和羊糞，分別為229.80，217.14，193.90 cm2。而收獲期與轉(zhuǎn)色期不同，施肥處理組的根系表面積均低于對照，生物有機肥、羊糞和豬糞處理組的根系表面積較對照分別減少了17.66%，30.53%，18.07%。

2.2 不同有機肥對葡萄根系中礦質(zhì)元素含量的影響

由圖3可知，園內(nèi)施用生物有機肥均能引起轉(zhuǎn)色期和收獲期的根系全氮含量出現(xiàn)最高值，均表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照。在轉(zhuǎn)色期，根系全氮含量在生物有機肥與羊糞、豬糞和對照之間存在顯著性差異(P<0.05)，而豬糞和對照之間不存在顯著性差異；生物有機肥條件下的根系全氮含量較羊糞、豬糞和對照分別提高了28.63%，55.14%，76.21%。在收獲期，根系全氮含量在生物有機肥條件下顯著高于羊糞、豬糞和對照(P<0.05)，分別提高了36.55%，39.50%，55.20%；而羊糞和豬糞之間不存在顯著性差異，且分別較對照顯著提高了13.66%，11.26%(P<0.05)。

圖2 不同施肥處理的葡萄根系表面積Fig.2 The root surface area of grape treated with fertilizer in the vineyard

由表2可知，在轉(zhuǎn)色期的生物有機肥條件下，P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Mo元素含量均高于對照，但只有P、K、Zn和Mo元素顯著高于對照(P<0.05)，且分別提高了29.99%，33.75%，42.10%，17.77%；P、Ca、Mg和Fe元素含量在生物有機肥條件下最高；K、B和Mo元素在豬糞條件下含量最高；Mn和Zn元素在羊糞條件下含量最高。在收獲期，生物有機肥條件下的Fe、Zn和B元素與對照無顯著性差異，而表2中其他元素含量均顯著高于對照(P<0.05)；除B元素外，表2中其他所有元素的含量最高值均出現(xiàn)在生物有機肥條件下。

圖3 不同施肥處理的葡萄根系全氮含量Fig.3 Total nitrogen content of grape root treated with fertilizer in the vineyard

表2 不同施肥處理的葡萄根系礦質(zhì)元素含量Tab.2 The content of mineral element in root treated with fertilizer in the vineyard

注： 表中不同小寫字母表示同一時期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。表3同。

Note：Different lowercase letters in the table indicate significant differences at theP<0.05 level between the same periods and different treatments.The same as Tab.3.

2.3 不同有機肥對土壤有機質(zhì)含量的影響

由圖4可知，不同施肥條件下均顯著提高了土壤有機質(zhì)含量(P<0.05)，均表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照，但各施肥處理組之間不存在顯著性差異。在轉(zhuǎn)色期，生物有機肥、羊糞和豬糞有機質(zhì)含量分別為27.32，24.59，24.37 g/kg，較對照分別顯著提高了70.72%，53.67%，52.31%(P<0.05)。在收獲期，生物有機肥、羊糞和豬糞有機質(zhì)含量分別為28.77，25.83，25.59 g/kg，較對照分別顯著提高了51.61%，36.14%，34.84%(P<0.05)。

圖4 不同施肥處理的土壤有機質(zhì)含量Fig.4 The organic matter content of soil treated with fertilizer in the vineyard

2.4 不同有機肥對土壤中植物必需元素含量的影響

由圖5可知，生物有機肥、羊糞和豬糞條件均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤中堿解氮含量，均表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照。在轉(zhuǎn)色期，土壤堿解氮含量在生物有機肥條件下較對照顯著提高了24.80%(P<0.05)；羊糞和豬糞處理組的土壤堿解氮含量與對照組沒有顯著性差異，分別為 176.45，166.87 mg/kg。在收獲期，生物有機肥處理組的土壤堿解氮含量較羊糞、豬糞和對照組分別顯著提高了7.01%，9.69%，12.16%(P<0.05)；與轉(zhuǎn)色期相似，羊糞和豬糞處理組的土壤堿解氮含量與對照組不存在顯著性差異。

圖5 不同施肥處理的土壤堿解氮含量Fig.5 Soil alkaline nitrogen content of vineyard treated with fertilizer

由圖6可知，生物有機肥、羊糞和豬糞均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤全氮含量，表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照。在轉(zhuǎn)色期，生物有機肥、羊糞和豬糞處理組的土壤全氮含量分別為5.63，4.54，3.96 g/kg，較對照分別提高了58.43%，27.72%，11.53%。同樣，在收獲期土壤全氮含量在生物有機肥和對照之間出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，較對照顯著提高了50.42%；而羊糞和豬糞與對照不存在顯著性差異。

圖6 不同施肥處理的土壤全氮含量Fig.6 Total nitrogen content of soil treated with fertilizer

由圖7可知，生物有機肥、羊糞和豬糞均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤有效磷含量，其中生物有機肥和羊糞較對照均有顯著性差異(P<0.05)。轉(zhuǎn)色期的土壤有效磷含量在生物有機肥、羊糞和豬糞條件下較對照分別提高了14.44%，13.13%，0.30%。收獲期的土壤有效磷含量在生物有機肥、羊糞和豬糞條件下分別為258.25，249.97，180.21 mg/kg，較對照分別提高了48.58%，43.82%，3.68%。

圖7 不同施肥處理的土壤有效磷含量Fig.7 Soil available phosphorus content of vineyard treated with fertilizer

由表3可知，在轉(zhuǎn)色期，生物有機肥較對照顯著提高了土壤中P、K、Ca、Mg元素含量(P<0.05)，分別提高了23.45%，23.69%，50.00%，33.33%，羊糞較對照顯著提高了P和Mg元素含量(P<0.05)，分別提高了23.45%，20.00%；豬糞較對照顯著提高了Mg元素含量(P<0.05)，提高了26.67%。在收獲期，表3中所有元素含量在生物有機肥條件下較對照均有所提高，其中P、Ca、Mg、Fe、Mn、B和Mo元素與對照存在顯著性差異(P<0.05)；羊糞條件下較對照顯著提高P和Mo元素含量(P<0.05)，分別提高了50.00%，17.86%；豬糞條件下較對照顯著提高Zn和Mo元素含量(P<0.05)，分別為19.05%，21.43%。

表3 不同施肥處理的土壤礦質(zhì)元素含量Tab.3 The content of mineral element in soil treated with fertilizer

3 結(jié)論與討論

3.1 不同有機肥對葡萄根系生長狀況的影響

由于生物有機肥中定殖的功能微生物可在作物根際范圍形成優(yōu)勢菌群，從而降低有害病的繁殖能力，同時又可以向作物根際的土壤環(huán)境中釋放多種代謝產(chǎn)物，從而促進作物生長[20]。在轉(zhuǎn)色期，生物有機肥處理組葡萄根系總長度顯著高于羊糞、豬糞和對照(P<0.05)，而根系表面積在上述4個處理組中并無顯著性差異，且高于對照。在收獲期，生物有機肥、羊糞和豬糞處理條件下葡萄根系總長度不存在顯著性差異，且均顯著高于對照(P<0.05)，而根系表面積在4組處理中不存在顯著性差異，且低于對照。試驗說明，生物有機肥、羊糞和豬糞均有效促進了葡萄根系伸長，根系直徑小于對照，說明施肥條件增加了細根生長量，由此也擴大了葡萄根系的吸收范圍。孫少霞等[21]研究表明，合理使用生物有機肥可增加玫瑰香葡萄根系數(shù)量，擴大吸收范圍，增加了營養(yǎng)物質(zhì)的形成、吸收和及時供應(yīng)。另有研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥促進了土壤表層根系的發(fā)生與生長[22]。上述研究與本研究結(jié)果相同，說明合理使用生物有機肥可促進巨峰葡萄根系生長。

生物有機肥中富含有機氮源，經(jīng)微生物礦化后以硝態(tài)氮、銨態(tài)氮等形態(tài)被植物吸收所利用，與葉片回送的碳水化合物合成氨基酸，再送到葉片合成葉綠素、蛋白質(zhì)、核算等化合物，促成樹體的生長發(fā)育[23]。施肥條件均顯著提高了根系中全氮含量(轉(zhuǎn)色期的豬糞處理除外)(P<0.05)，其中生物有機肥最佳，較對照在轉(zhuǎn)色期和收獲期分別提高了76.21%，55.20%。施用生物有機肥的前期和后期P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Mo元素含量均高于對照，其中前期P、K、Zn和Mo元素含量顯著高于對照(P<0.05)，后期中除Fe、Zn和B元素外，P、K、Ca、Mg、Mn、Mo元素含量均顯著高于對照(P<0.05)。這一結(jié)果與郭潔等[24]研究施用有機肥對釀酒葡萄葉片、葉柄中氮磷鉀等養(yǎng)分積累的影響有相同之處。

3.2 不同有機肥施用對土壤營養(yǎng)狀況的影響

生物有機肥施入土壤后可以增加有機質(zhì)含量，改變土壤物理性狀，減少營養(yǎng)元素的固定和損失。有機質(zhì)可以提高孔隙度，影響空隙的體積分布，增加直徑100～200 μm空隙數(shù)量，尤其是連續(xù)的長空隙，因此會提高土壤持水性[25]。本研究中，施肥處理均顯著提高了轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤有機質(zhì)含量(P<0.05)，皆表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照，生物有機肥、羊糞和豬糞在轉(zhuǎn)色期較對照分別提高了70.72%，53.67%，52.31%；在收獲期，較對照分別顯著提高了51.61%，36.14%，34.84%(P<0.05)。因此，增施有機肥有利于提高葡萄園內(nèi)土壤有機質(zhì)含量，從而提高土壤保水能力。

有機肥對農(nóng)作物的生長具有良好的調(diào)控與刺激作用。有機肥中不僅富含氮、磷、鉀3種必要元素，而且還含有硼、鋅、鈣、鎂、鐵等中微量元素，能夠為葡萄植株的生長發(fā)育提供較為全面的營養(yǎng)條件。氮素是植物體內(nèi)細胞分裂素及生長素等主要成分之一，而有機肥中豐富的有機氮源能夠有效改善土壤氮素供應(yīng)狀況，對植物的生長具有積極作用[23]。本研究表明，施用有機肥能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤中堿解氮和全氮含量，均表現(xiàn)為生物有機肥>羊糞>豬糞>對照，其中只有生物有機肥條件下的堿解氮和全氮含量在不同時期均與對照出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。這與Evanylo等[26]研究結(jié)果一致，有機肥能夠提高土壤中的全氮含量。生物有機肥和羊糞處理組的土壤有效磷含量在轉(zhuǎn)色期和收獲期均顯著高于對照(P<0.05)，而豬糞與對照不存在顯著性差異。施肥處理均能引起多數(shù)元素含量不同程度的提高；其中B和Mo元素在轉(zhuǎn)色期的含量要低于對照，其原因可能是由施肥處理后增強了樹體對微量元素的吸收，而有機肥中微量元素釋放較慢導(dǎo)致的。根系中B和Mo元素含量在轉(zhuǎn)色期和收獲期均高于對照，這與上述假設(shè)相一致。與本研究結(jié)果相同，有機肥被證實能夠增加土壤中的有效磷[26]、鉀[27]和微量元素的含量[28]。這些元素是光合作用的必要元素，能夠加強光合作用并促進積累干物質(zhì)；此外，它們可改善土壤的物理性狀，提高水勢，加強土壤與大氣之間的氣體交換，有利于根系的生長。

綜上所述，3種有機肥料均可改善葡萄根系的生長、提高根系內(nèi)礦質(zhì)元素含量，提高土壤內(nèi)有機質(zhì)、全氮、有效磷及礦質(zhì)元素含量，但生物有機肥施用綜合效果最佳。