路 潔，閆鵬科，馬婷慧，王 銳,3

(1.寧夏農林科學院，銀川 750001；2.寧夏大學農學院，銀川 750021；3.中國葡萄酒產業(yè)技術研究院，銀川 750021)

0 引 言

【研究意義】北緯30°～40°是釀酒葡萄種植的黃金地帶，寧夏賀蘭山東麓恰好處于這個區(qū)域，優(yōu)勢的光熱資源和土壤條件具備了生產優(yōu)質釀酒葡萄的前提，在20×104hm2的地理標志保護區(qū)內已經種植釀酒葡萄4×104hm2，年產優(yōu)質葡萄酒1×108瓶以上[1-3]。注重大量礦質營養(yǎng)元素的施用，忽略中微肥的投入，少施或不施有機肥，致使葡萄園營養(yǎng)不均衡，土壤質量下降，肥料利用率降低降，制約釀酒葡萄樹體的生長發(fā)育和優(yōu)質果實的生產。針對寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄施肥管理過程中長期施用化肥，不施或少施有機肥導致土壤板結，土地質量下降，肥料利用率不高，釀酒葡萄品質下降等問題，研究有機替代對土壤特性及釀酒葡萄根活力和漿果品質的影響，對促進發(fā)展釀酒葡萄產業(yè)的健康發(fā)展。【前人研究結果】有機肥有機質含量高、養(yǎng)分全面、肥效長，在改良土壤、培肥地力、提高作物產量和改善作物品質等方面發(fā)揮著重要作用[4-7]。王振龍[8]對5年生釀酒葡萄研究得出，液體有機水溶肥可提高土壤養(yǎng)分含量，增加土壤微生物量，提高土壤酶活性和釀酒葡萄根系活力，對釀酒葡萄品質的提升有促進作用。施用有機肥料可以改善土壤質地和耕性，培肥地力，提高土壤微生物的活性，促進作物增產[9,10]。周媛等[11]通過對巨峰葡萄研究得出，施用推薦量有機無機復合肥較不施肥和習慣施肥減少氮磷鉀用量42.5%，產量分別增加了25.8%和5.1%，果實可滴定酸含量下降了10.7%～42.9%，可溶性固形物含量提高1.8%～8.2%，能提高葉片微量元素的含量。在貧瘠土壤上施用土壤調理劑對土壤理化性質有改善作用，同時對釀酒葡萄的生長發(fā)育和品質提升有促進作用[12]?！颈狙芯壳腥朦c】寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄施肥管理過程中長期施用化肥，不施或少施有機肥導致土壤板結，存在土地質量下降，肥料利用率不高，釀酒葡萄品質下降等問題，研究有機替代化肥減施模式下的優(yōu)質釀酒葡萄生產營養(yǎng)管理途徑。【擬解決的關鍵問題】以寧夏賀蘭山東麓主栽的6年生赤霞珠為對象，通過田間試驗，分析有機替代化肥減施對釀酒葡萄根活力、土壤生物學特性及釀酒葡萄品質的影響，為寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄園土壤質量提升和優(yōu)質釀酒葡萄生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在寧夏釀酒葡萄核心產區(qū)立蘭酒莊(105°58′20″ E，38°16′38″ N，海拔 1 060 m)進行，該區(qū)域屬于干旱大陸性氣候，干旱少雨，日照充足，年均降雨量180～200 mm，年均蒸發(fā)量1 580 mm，年太陽總輻射量6 100 MJ/m2，年均氣溫8.9 ℃，全年日照時數2 851～3 106 h，無霜期176 d左右，晝夜溫差大，有利于釀酒葡萄糖分積累。供試土壤為礫質灰鈣土，質地壤質為砂土，土壤呈堿性，有機質低，全氮和全磷含量極低，隨土壤深度的增加，堿解氮和有效磷逐漸下降，速效鉀的含量先上升后下降。表1

表1 土壤基本化學性質Table 1 The basic physical properties of soil

供試釀酒葡萄為6年生赤霞珠(CabernetSauvignon)，南北行向定植，整形方式為長梢修剪，傾斜上架，株行距0.6 m×3.5 m，種植密度4 760 棵/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，依據前期調查結果，共設置5個處理，CK(不施肥)、T1(化肥100%)、T2(有機肥100%)、T3(有機50%+化肥50%)、T4(有機25%+化肥25%+土壤調理劑)，其中有機肥(有機質≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)。每個處理重復3次，共15個小區(qū)，小區(qū)面積為60 m×7 m=420 m2，每個小區(qū)有釀酒葡萄樹200棵，所有處理灌溉、修剪和病蟲害防治措施一致，全生育期灌溉定額3 000 m3/hm2。表2

1.2.2 測定指標1.2.2.1 土壤呼吸強度

采用靜態(tài)氣室堿吸法，測定土壤CO2釋放量[13]。通過與土壤接觸并密閉的條件下，經過一段時間內，密閉容器內堿液吸收來土壤釋放出的CO2，通過酸堿滴定法分析。土壤呼吸強度以1 h每1 000 g干土釋放CO2的毫克數表示[mg/(kg·h)]。

1.2.2.2 土壤微生物量碳、氮、磷

在釀酒葡萄成熟期，分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤帶回實驗室，自然風干，過2 mm篩，用于測定土壤微生物量碳、氮、磷，其中微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)采用氯仿熏蒸浸提法測[14,15]，微生物量磷(MBP)采用氯仿熏蒸NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定[15]。

1.2.2.3 根系活力

在釀酒葡萄轉色期，采集地下20～40 cm釀酒葡萄根系分布密集區(qū)域的毛細根用于測定根系活力，采用TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮銼)法進行測定[13]。

表2 試驗設計Table 2 Experiment design

1.2.2.4 釀酒葡萄品質

在釀酒葡萄采收期，對每個處理各小區(qū)隨機采集20個有代表性的果穗，在每個果穗的上、中、下3個部位隨機采集大小相近的15粒葡萄榨汁，用于測定可溶性固形物、可滴定酸、單寧、總酚和花色苷。其中可溶性固形物用手持糖量計法測定，可滴定酸采用NaOH滴定法測定，單寧采用福林-丹寧斯(Folin-Denis)法測定，總酚采用福林-肖卡法測定，花色苷采用pH示差法測定[16]。

1.3 數據處理

采用Excel 2007整理數據和制圖，SPSS 21.0軟件進行方差分析和主成分分析，顯著性水平為0.05，表中數據為平均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 有機替代對土壤呼吸強度的影響

研究表明,同一土層下各處理的土壤呼吸強度有顯著性差異，不同土層下同一處理的土壤呼吸強度均呈先上升后下降的趨勢。在0～20 cm土層，T2處理土壤呼吸強度最高，為18.21 mg/(kg·h)，較CK、T1、T3和T4處理分別高58.21%、24.81%、6.87%和14.96%，在20～40 cm土層，CK處理呼吸強度顯著低于其他各處理，較T1、T2、T3和T4處理分別低26.42%、23.70%、36.33%和31.56%，在40～60 cm土層土壤呼吸強度大小順序為T2>T3>T4>T1>CK，其中T2處理與T3處理無顯著性差異，分別較CK、T1和T4處理高59.68%、26.06%、15.99%和59.23%、25.71%和15.67%。圖1

注：圖中小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 有機替代對土壤微生物量碳、氮、磷的影響

研究表明,有機替代對土壤微生物量碳(圖2A)有顯著影響，隨土層的增加，土壤微生物量碳先上升后下降，其中在0～20 cm土層T4處理微生物量碳最高，為92.12 mg/kg，較CK、T1、T2和T3處理分別高19.25%、9.65、1.54和5.56，各處理在20～40 cm土層微生物量碳大小順序為：T3>T2>T4>T1>CK，在40～60 cm土層CK處理微生物量碳最低，較T1、T2、T3、T4處理分別低19.34%、30.54%、39.57%和37.82%。各處理間對土壤微生物量氮(圖2B)有顯著性差，在0～20 cm土層T2處理微生物量氮最高，較CK、T1、T3和T4處理分別高42.53%、12.81%、2.91%和14.32%，在20～40 cm土層CK處理微生物量氮最低，T1、T2、T3、T4處理較CK處理分別高17.78%、32.82%、44.65%和31.74%，在40～60 cm土層微生物量氮含量大小順序為：T3>T2>T1>T4>CK，其中CK、T1、T2和T4處理較T3處理分別高33.65%、19.94%、9.21%和20.85%。施肥處理土壤微生物量磷顯著高于不施肥處理(圖2C)，0～20 cm土層微生物量磷含量大小順序為：T3>T1>T2>T4>CK，較CK分別高71.52%、46.36%、101.32%和21.85%，20～40 cm土層T3處理微生物量磷最高，較CK處理高89.08%，在40～60土層CK處理微生物量磷最低，T2、T3和T4處理之間無顯著性差異，CK處理較T1、T2、T3、T4處理分別低28.37%、41.22%、39.84%和41.67%。圖2

圖2 有機替代下土壤微生物量碳(A)、微生物量氮(B)、微生物量磷(C)變化Fig.2 Effects of organic substitution on soil microbial biomass carbon (A), microbial biomass nitrogen (B), and microbial biomass phosphorus (C)

2.3 有機替代對根系活力的影響

研究表明,施肥處理與不施肥處理的根活力有顯著性差異，其中T1、T2、T3和T4處理分別較CK處理高29.82%、40.29%、61.46%和58.99%，T3處理的根系活力最高，較CK、T1、T2和T3處理的根系活力分別高61.46%、24.37%、15.09%和1.55%。圖3

圖3 有機替代下釀酒葡萄根系活力變化Fig.3 Effects of organic substitution on root activity of wine grape

2.4 有機替代對釀酒葡萄品質的影響

研究表明,有機替代對釀酒葡萄果實品質有顯著性影響。CK處理可溶性固形物含量最高，較T1、T2、T3和T4處理分別高2.49%、7.06%、7.67%和4.57%，可滴定酸含量T3處理最高，CK處理最低，較T1、T2、T3和T4處理分別低5.97%、8.70%、16.00%和4.55%，單寧含量的多少決定葡萄酒的風味、結構與質地，各處理單寧含量大小順序為T3>T2>T4>T1>CK，其中T3處理較CK、T1、T2和T4處理分別低25.36%、14.43%、4.64%和12.03%，酚類物質主要決定葡萄汁的色澤和風味，施肥處理(T1、T2、T3和T4)顯著高于不施肥處理(CK)，分別較CK處理高7.06%、14.64%、17.70%和10.81%，T2處理和T3處理花色苷含量無顯著差異，分別較CK、T1和T4高33.33%、17.26%、10.16%和35.22%、18.92%、11.72%，固酸比是判斷釀酒葡萄果實成熟度的重要指標，施肥處理較不施肥固酸比均低，其大小順序依次為CK>T1>T4>T2>T3。表3

表3 有機替代下釀酒葡萄漿果品質變化Table 3 Effect of organic substitution on quality of wine grape berries

2.5 土壤特性與釀酒葡萄根活力及漿果品質指標的主成分

研究表明,第一主成分貢獻率為84.23%，第二主成分貢獻率10.66%，累計貢獻率94.89%>85%，基本涵蓋了土壤特性及釀酒葡萄根活力和漿果產量品質的全部信息，施肥處理(T1、T2、T3和T4)的綜合得分均高于不施肥處理(CK)，綜合得分排名依次為T3>T2>T4>T1>CK。表4

表4 主成分得分與綜合得分Tab 4 Principal component score and comprehensive score

3 討 論

3.1 有機替代對土壤特性的影響

土壤呼吸強度和土壤微生物量碳、氮、磷是作為評價土壤質量或健康的基本生物學指標[17,18]，同時微生物量碳、氮、磷作為土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，是植物生長發(fā)育所必需的養(yǎng)分來源[19]。賈偉等[20]研究表明,土壤微生物量對土壤施肥管理(有機肥和無機肥)能夠迅速地響應。胡誠等[21]研究得出隨有機肥施用量的增加，土壤微生物生物量碳和土壤的基礎呼吸隨之增加，不同施肥處理對土壤微生物生物量碳和土壤基礎呼吸的影響大小順序依次為有機肥處理>化肥處理>對照。研究發(fā)現,有機替代隨土層深度的增加土壤呼吸強度和土壤微生物量碳、氮、磷均先上升后下降，施用有機肥的處理顯著高于不施肥和施用無機肥的處理，施用100%有機肥和施用50%化肥+50%有機肥較不施肥和施100%化肥處理，在20～40 cm土層土壤微生物量碳含量分別升高18.28%、7.44%和26.17%、14.61%，土壤微生物量氮含量分別升高32.82%、12.77%和44.65%、22.81%，在40～60 cm土層，土壤呼吸強度分別升高59.68%、26.06%和59.23%、25.71%，微生物量磷含量分別升高70.13%、21.86%和66.23%、19.07%。這是因為外界向土壤中所輸入的碳、氮、磷源數量和形式不同所致[22]，有機肥為土壤提供了充足的碳源，但氮源不足，C/N太高，無機肥為土壤提供了充足的氮源，但碳源不足，C/N太低，有機無機配施即保證了碳源又滿足了氮源，C/N適宜，為土壤微生物活動提供了適宜環(huán)境，改善了土壤微生物群落結構及其生態(tài)功能，進而使微生物同化作用加強[20]，提高土壤肥力，使得土壤微生物量增加[23,24]，同時微生物活性越強土壤呼吸強度越大。

3.2 有機替代對釀酒葡萄根活力及漿果品質的影響

根系作為植物吸收水分和養(yǎng)分的重要途徑，根活力是反映植株生命活動強弱的主要指標[25]。研究表明，施100%化肥、100%有機肥、50%化肥+50%有機肥、25%化肥+25%有機肥+土壤調理劑處理釀酒葡萄根活力分別較不施肥處理高29.82%、40.29%、61.46%和58.99%。究其原因可能是適當的養(yǎng)分濃度有助于根系生長發(fā)育，長期施用化肥土壤結構差，漏水漏肥嚴重，根系吸收的養(yǎng)分量少，施用純有機肥養(yǎng)分濃度太低，不能滿足根系生長發(fā)育，有機無機配施，即滿足了養(yǎng)分需求，又改善了土壤結構，為根系生長提供了適宜環(huán)境，土壤改良劑對改良土壤結構有促進作用，為釀酒葡萄根系生長提供適宜環(huán)境，因此根系越發(fā)達，運輸水分和養(yǎng)分能力增強，根系活力越高。

施肥是改善作物品質的重要措施之一，不同肥料配比及施肥模式對作物生長發(fā)育及果實品質的影響機理不同[26]，有機替代化肥減施是優(yōu)質釀酒葡萄生產的重要施肥管理方式。周興等[27]研究表明，施用有機肥顯著提高釀酒葡萄果實的可溶性糖含量、糖酸比、單寧及總酚的含量。趙營等[28]研究得出，有機無機配施能顯著提高釀酒葡萄的產量，降低可滴定酸的含量，提高糖酸比。郭潔等[29]研究發(fā)現，施用有機肥較不施肥釀酒葡萄果實總糖含量提高1.11%～1.94%，總酸下降0.18%～0.27%，糖酸比增大10.04%～16.13%。研究表明，施用50%化肥+50%有機肥對改良釀酒葡萄品質效果最顯著，較不施肥、施100%化肥、100%有機肥、25%化肥+25%有機肥+土壤調理劑處理的釀酒葡萄果實可溶性固形物和固酸比分別降低0.56%～7.12%和8.52%～21.99%，可滴定酸、單寧、總酚和花色苷的含量分別升高19.05%～8.70%、4.64%～25.36%、2.67%～17.70%和1.42%～35.22%。分析其原因可能是有機肥改善了土壤結構，為釀酒葡萄根系生長發(fā)育提供了更加適宜的環(huán)境，同時降低了釀酒葡萄根系晝夜溫差，促進糖代謝過程中各種酶的活性增強，不利于糖分累積，而抑制了酸的降解[30]，同時促進單寧、酚類物質和花色苷的合成。

4 結 論

在寧夏賀蘭山東麓堿性石灰性土壤上，有機無機配施對改善釀酒葡萄園土壤特性，提升釀酒葡萄品質有顯著作用，不施肥或過度的控制化肥用量不利于優(yōu)質釀酒葡萄的生產?；蕼p施有機替代50%改善葡萄園土壤特性和提升釀酒葡萄漿果品質效果最佳，較不施肥和100%施化肥，在20～40 cm土層微生物量碳和微生物量氮含量分別升高26.17%、14.61%和44.65%、22.81%，在40～60 cm土層微生物量磷含量和土壤呼吸強度分別升高66.23%、19.07%和59.23%、25.71%，可溶性固形物和固酸比分別降低7.12%、4.75%和21.99%、14.92%，可滴定酸和單寧含量分別升高19.05%、11.94%和25.36%、12.24%，總酚和花色苷含量分別升高17.70%、9.94%和35.22%、18.92%。