王小龍，張正文，邵學(xué)東，鐘曉敏，王福成，史祥賓，張藝燦，王海波

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹(shù)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 興城 125100；3.遼寧省落葉果樹(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 興城 125100；4.君頂酒莊有限公司，山東 蓬萊 265600；5.煙臺(tái)市蓬萊區(qū)葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，山東 蓬萊 265600)

釀酒葡萄果實(shí)品質(zhì)決定葡萄酒的品質(zhì)，釀酒葡萄果實(shí)中的花色苷、單寧等酚類(lèi)物質(zhì)在其發(fā)酵過(guò)程中大量浸出，直接影響葡萄酒的顏色、口感、風(fēng)味等品質(zhì)[1-3]，還決定葡萄酒的一些生理活性功能[4]。紅葡萄酒的顏色成分主要源于釀酒葡萄果皮組織中的花色苷，其對(duì)葡萄酒的色調(diào)、澄清度、穩(wěn)定性等方面影響較大[5]。單寧具有鞣革能力，增強(qiáng)葡萄酒醇厚性[6]。葡萄酒中的酚類(lèi)物質(zhì)含量主要取決于葡萄皮和種子，其含量遠(yuǎn)超過(guò)果肉，使紅葡萄酒具有顏色和特殊的味覺(jué)特征[7-8]。

在果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，不斷地從土壤中吸收用以形成果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的礦質(zhì)元素，因此，肥料是植株獲取養(yǎng)分的重要來(lái)源。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)多因經(jīng)驗(yàn)施肥造成肥料施用量大且失衡，并且植物生長(zhǎng)受最小養(yǎng)分制約[9]，過(guò)量施肥對(duì)果樹(shù)產(chǎn)量及品質(zhì)的積極影響已達(dá)上限。單一或多個(gè)元素的豐缺均會(huì)引起樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)的失衡，并造成該元素特有的缺素癥，甚至對(duì)果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性、果園經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響[10]。因此，樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)診斷作為研究果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)狀況的有效手段和指導(dǎo)果園精準(zhǔn)施肥的重要依據(jù)[11]，已逐漸成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新方向和新趨勢(shì)。前人采用CND法對(duì)馬鈴薯進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)診斷，克服DRIS方法僅能通過(guò)雙元素比例實(shí)現(xiàn)的局限，其確診率在87.5%以上[12-13]。近年來(lái)，CND法在果樹(shù)上的應(yīng)用較為廣泛，如龍眼[14]、柑橘[15]、蘋(píng)果[16]、香蕉[17]、荔枝[18]、87-1葡萄[19]等。由于不同生長(zhǎng)發(fā)育期，樹(shù)體不同組織部位對(duì)各礦質(zhì)元素的需求不同，且采收前樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)狀況直接影響果實(shí)品質(zhì)。因此，研究盛花期、轉(zhuǎn)色期、成熟期的葉片、葉柄、花序/果實(shí)營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化與果實(shí)品質(zhì)的關(guān)系，可為果樹(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化施肥管理提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2018—2020年在山東省煙臺(tái)市君頂酒莊有限公司，在相同試驗(yàn)田選擇16個(gè)“5416”配方施肥處理的梅樂(lè)葡萄園進(jìn)行調(diào)查，共48個(gè)。“5416”配方施肥是基于產(chǎn)量目標(biāo)為7 500 kg/hm2進(jìn)行設(shè)計(jì)，N、P2O5、K2O、CaO、MgO的基礎(chǔ)用量分別設(shè)定為：124.5，46.5，112.5，112.5，46.5 kg/hm2。“5416”試驗(yàn)包括N、P、K、Ca、Mg，即5個(gè)研究因素；各肥料基礎(chǔ)用量的0，0.5，1，1.5倍，即 4個(gè)施用水平；經(jīng)非完全正交組合，共計(jì)16個(gè)施肥處理(T)。根據(jù)“5416”試驗(yàn)處理，將表1中1、2、3、4定義為4個(gè)施用水平，分別為各肥料基礎(chǔ)用量的0，0.5，1.0，1.5倍。具體施肥管理方式和各生育期的施肥量參照王小龍等[20]的研究。研究對(duì)象為紅色釀酒葡萄梅樂(lè)，以SO4為砧木，樹(shù)齡10～13 a，株行距為2 m×2 m。土壤理化性質(zhì)分別為：土壤堿解氮0.078 mg/g、速效磷1.097 mg/g、速效鉀0.139 mg/g、交換性鈣6.511 mg/g、交換性鎂0.644 mg/g，pH值7.4。

表1 “5416”試驗(yàn)處理Tab.1 Treatments of "5416"

1.2 試驗(yàn)方法與項(xiàng)目測(cè)定

在盛花期(FBS)、轉(zhuǎn)色期(VS)和成熟期(MS)均采集不同組織部位樣品，包括葉片(L)、葉柄(P)和花序/果實(shí)(F)，各樣品經(jīng)去離子水沖洗干凈后，于105 ℃條件下進(jìn)行20 min殺青前處理，85 ℃烘箱烘干至恒定質(zhì)量，粉碎后過(guò)篩，測(cè)定葉片、花/果實(shí)礦質(zhì)元素含量。結(jié)合H2SO4-H2O2消解法，用全自動(dòng)流動(dòng)分析儀測(cè)定葉片、葉柄和花序/果實(shí)全氮(N)，用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定葉片、花序/果實(shí)磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、硼(B)、鉬(Mo)全量。成熟期采集果實(shí)，每處理隨機(jī)采集果穗20～30個(gè)，然后從上述果穗的“上、中、下”各部位隨機(jī)采集果粒720 粒，用于測(cè)定花色苷、果皮單寧和種子單寧含量，其測(cè)定方法參照蘇鵬飛[21]的研究方法，進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)。每年3次重復(fù)，連續(xù)3 a取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

首先，利用SPSS 20.0軟件Topsis評(píng)價(jià)法計(jì)算果實(shí)花色苷、果皮單寧和種子單寧的綜合評(píng)價(jià)得分，即品質(zhì)指數(shù)(CI)，CI值越高表示綜合品質(zhì)越佳；其次，依據(jù)CI和植株礦質(zhì)元素含量的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)性最強(qiáng)的礦質(zhì)元素作為營(yíng)養(yǎng)診斷因子；最后，采用CND法[16]對(duì)CI進(jìn)行診斷，確定高優(yōu)品質(zhì)指數(shù)的果園(即高優(yōu)園)劃分標(biāo)準(zhǔn)和參比值。利用SAS軟件計(jì)算土壤各元素對(duì)各品質(zhì)的影響力排序和最佳理論配比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)果實(shí)酚類(lèi)物質(zhì)含量和品質(zhì)指數(shù)的影響

由表2可知，各品質(zhì)指標(biāo)極值的施肥處理組在各年份存在相似性和特異性。2018年，皮單寧含量、籽單寧含量、品質(zhì)指數(shù)最小值的施肥處理均為T(mén)1，分別為0.65 mg/g、0.08 mg/g、0.09；其最大值的施肥處理均為T(mén)13，分別為2.48 mg/g、4.10 mg/g、0.44。2019年，皮花色苷和皮單寧含量最小值施肥處理均為T(mén)12，分別為1.79，0.76 mg/g；籽單寧含量和品質(zhì)指數(shù)最小值施肥處理均為T(mén)5，分別為0.31 mg/g 和0.23。2020年，皮花色苷含量和品質(zhì)指數(shù)的最小值施肥處理均為T(mén)2，分別為1.10 mg/g和0.12；皮花色苷、籽單寧含量和品質(zhì)指數(shù)的最大值施肥處理均為T(mén)11，分別為3.55 mg/g、12.26 mg/g和0.88。其他指標(biāo)的極值處理組表現(xiàn)不同。由此說(shuō)明，各施肥效果可能還會(huì)受當(dāng)年氣象因子的影響，如降雨量和溫度等。

表2 不同施肥處理對(duì)果實(shí)酚類(lèi)物質(zhì)含量和品質(zhì)指數(shù)的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on fruit phenolic content and CI

2.2 各組織部位礦質(zhì)元素之間及與品質(zhì)指數(shù)的相關(guān)性分析

由表3可知，葉片、葉柄與果實(shí)礦質(zhì)元素含量間存在較為復(fù)雜的協(xié)同與拮抗作用。葉片、葉柄Ca、Mg、Mn、Zn、Cu、B與果實(shí)N均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄Ca、Mn、Zn、B與果實(shí)P均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄N、Ca、Mg與果實(shí)K均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Ca、Mn、Zn、Cu與果實(shí)Ca均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄Ca、Mg、Fe與果實(shí)Fe均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Mn、Zn、Cu與果實(shí)Mn均極顯著相關(guān)。葉片、葉柄P、Ca、Mg與果實(shí)Zn均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄N、P、Mn、Zn、Cu與果實(shí)Cu均極顯著相關(guān)(P<0.01)。葉片、葉柄Mn、Zn、B與果實(shí)Cu均極顯著相關(guān)。由表4可知，轉(zhuǎn)色期果實(shí)N、成熟期果實(shí)P、轉(zhuǎn)色期果實(shí)K、轉(zhuǎn)色期葉片Ca、盛花期花序Mg、轉(zhuǎn)色期果實(shí)Fe、盛花期葉片Mn、成熟期果實(shí)Zn、盛花期葉柄Cu、轉(zhuǎn)色期葉柄B、盛花期葉片Mo與品質(zhì)指數(shù)相關(guān)性最強(qiáng)，且均達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.500，-0.459，0.461，0.523，0.434，-0.534，0.491，-0.440，-0.488，-0.543，-0.345。因此，選擇上述各生育期、組織部位的元素作為植株?duì)I養(yǎng)診斷因子。

表4 梅樂(lè)葡萄植株礦質(zhì)元素含量與品質(zhì)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient of mineral element content and CI of Merlot plant

2.3 基于品質(zhì)指數(shù)的高優(yōu)園營(yíng)養(yǎng)診斷

根據(jù)植株?duì)I養(yǎng)診斷因子元素含量的累積方差函數(shù)與品質(zhì)指數(shù)的關(guān)系得知(圖1)，各元素高優(yōu)園的拐點(diǎn)值分別為：YN=0.724 8，YP=0.819 2，YK=0.675 7，

YCa=0.675 4，YMg=0.714 3，YFe=0.674 6，YMn=0.684 4，YZn=0.729 0，YCu=0.628 5，YB=0.643 2，YMo=0.735 5，YR=0.696 7。高優(yōu)園臨界值選取原則是取研究數(shù)據(jù)范圍內(nèi)拐點(diǎn)值最高，且高優(yōu)群體數(shù)量達(dá)12%以上[22]。因此，選擇0.735 5作為劃分高優(yōu)園的臨界值，有7個(gè)滿足此條件的果園，占總體采樣園的14.58%。同時(shí)，依據(jù)高、低優(yōu)果園的植株礦質(zhì)元素含量特征分布(表5)，確定高優(yōu)園礦質(zhì)元素含量適宜范圍為：N(8.85～11.81)mg/g、P(1.98～4.26)mg/g、K(14.97～20.70)mg/g、Ca(35.57～68.83)mg/g、Mg(3.69～15.51)mg/g、Fe(70.96～103.26)mg/kg、Mn(166.20～277.67)mg/kg、Zn(10.71～20.27)mg/kg、Cu(9.54～14.90)mg/kg、B(11.44～17.07)mg/kg、Mo(0.69～1.60)mg/kg。

由表5可知，高優(yōu)園和低優(yōu)園植株礦質(zhì)元素含量除Zn、Cu和Mo外均存在顯著性差異(P<0.05)。其中，低優(yōu)園的K、Ca、Mg、Mn含量分別顯著較高優(yōu)園低24.32%，42.52%，45.75%和25.27%，而低優(yōu)園的N、P、Fe、B含量分別顯著較高優(yōu)園高38.74%，72.72%，144.97%和48.11%。低優(yōu)園除Mg外，其他元素含量的變異系數(shù)均高于高優(yōu)園，說(shuō)明高優(yōu)園各礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)比較均衡，而低優(yōu)園礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)存在較大差異。由此說(shuō)明，蓬萊產(chǎn)區(qū)梅樂(lè)葡萄葉片、葉柄、花序/果實(shí)礦質(zhì)元素為開(kāi)展?fàn)I養(yǎng)診斷提供了良好的試驗(yàn)材料。

2.4 基于品質(zhì)指數(shù)的低優(yōu)果園需肥順序

圖1 植株礦質(zhì)元素含量累積方差函數(shù)與品質(zhì)指數(shù)之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between cumulative variance function and CI

表5 不同果園梅樂(lè)葡萄各組織礦質(zhì)元素含量Tab.5 Contents of mineral elements in various tissues of Merlot grapes in different orchards

3 結(jié)論與討論

3.1 元素間的相互作用影響果實(shí)品質(zhì)

礦質(zhì)元素的豐缺狀況與釀酒葡萄品質(zhì)有著密切關(guān)系。然而，礦質(zhì)元素在植株體內(nèi)并不是孤立地發(fā)揮作用，而是相互間存在著協(xié)同與拮抗等復(fù)雜聯(lián)系[23]。本研究表明，蓬萊產(chǎn)區(qū)梅樂(lè)葡萄葉片、葉柄與果實(shí)各礦質(zhì)元素間同樣存在顯著的協(xié)同與拮抗關(guān)系。其中，梅樂(lè)葡萄葉片K與果實(shí)Fe、葉片B與果實(shí)P均極顯著正相關(guān)，與馬宗桓等[24]關(guān)于黑比諾釀酒葡萄葉片K與果實(shí)Fe、葉片B與果實(shí)P均顯著負(fù)相關(guān)的研究結(jié)果相似。葡萄葉片是其執(zhí)行光合作用，并合成營(yíng)養(yǎng)的重要組織部位[25]，對(duì)果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)形成至關(guān)重要。有研究表明，葉片中N、Fe、Mn、Zn元素在促進(jìn)葉綠素合成、增強(qiáng)光合作用等方面發(fā)揮重要作用[26]。梅樂(lè)葡萄果實(shí)P與葉片N、Mn、Zn顯著負(fù)相關(guān)，果實(shí)中適量的P能促進(jìn)果實(shí)發(fā)育和提高果實(shí)品質(zhì)[27]。梅樂(lè)葡萄果實(shí)K與葉片N、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B顯著或極顯著正相關(guān)，K對(duì)果實(shí)膨大、著色、成熟和改善果實(shí)品質(zhì)等方面影響較大[27]。梅樂(lè)葡萄果實(shí)Cu與葉片Mg、Fe、Mn、Zn、Cu極顯著負(fù)相關(guān)，Cu可以催化果實(shí)內(nèi)部蛋白質(zhì)和碳水化合物的形成[26]。梅樂(lè)葡萄果實(shí)Ca與葉片、葉柄Ca極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明葉片、葉柄Ca能夠有效地轉(zhuǎn)運(yùn)到果實(shí)，供其參與細(xì)胞壁的合成[28]。由此可見(jiàn)，在梅樂(lè)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，各組織部位的礦質(zhì)元素均衡利用非常重要，明確各組織部位、各礦質(zhì)元素含量的適宜值范圍，對(duì)于指導(dǎo)其合理施肥尤為重要。

表6 土壤肥力因子對(duì)品質(zhì)指數(shù)的影響力與最佳施肥配比Tab.6 The influence of soil fertility factors on CI and the theoretical optimum fertilization ratio

3.2 各礦質(zhì)元素含量適宜值范圍的確定

目前，釀酒葡萄植株?duì)I養(yǎng)診斷標(biāo)準(zhǔn)多依靠經(jīng)驗(yàn)或年平均高產(chǎn)園礦質(zhì)元素含量進(jìn)行制定，鮮見(jiàn)涉及基于果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的診斷標(biāo)準(zhǔn)[29-30]。花期作為果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段，直接影響果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)，與葉片營(yíng)養(yǎng)診斷相比，花器官診斷具有一定的前瞻性[31-32]。另有研究表明，葉柄可作為馬哈密地區(qū)葡萄[33]、山葡萄[34]、葡萄[35]、赤霞珠[36]等營(yíng)養(yǎng)診斷的取樣部位。因此，與過(guò)去憑借單一品質(zhì)、單一器官或單一生育期的營(yíng)養(yǎng)診斷研究相比，本研究通過(guò)不同生育期、不同組織部位各礦質(zhì)元素含量的累積方差函數(shù)與品質(zhì)指數(shù)建立關(guān)系，由此獲得的診斷結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義更強(qiáng)。相關(guān)性分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)色期果實(shí)N、成熟期果實(shí)P、轉(zhuǎn)色期果實(shí)K、轉(zhuǎn)色期葉片Ca、盛花期花序Mg、轉(zhuǎn)色期果實(shí)Fe、盛花期葉片Mn、成熟期果實(shí)Zn、盛花期葉柄Cu、轉(zhuǎn)色期葉柄B、盛花期葉片Mo與品質(zhì)指數(shù)相關(guān)性最強(qiáng)，所以將其定義為蓬萊產(chǎn)區(qū)梅樂(lè)葡萄基于品質(zhì)指數(shù)的營(yíng)養(yǎng)診斷因子。

選擇使用CND多元分析法，計(jì)算出本研究是針對(duì)蓬萊產(chǎn)區(qū)梅樂(lè)葡萄植株?duì)I養(yǎng)元素含量開(kāi)展的，利用單一產(chǎn)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)參比值針對(duì)性更強(qiáng)[16]，誤差小、確診率高。根據(jù)CND多元分析法[16]，確定高低優(yōu)果園品質(zhì)指數(shù)的臨界值為0.735 5，其中高優(yōu)果園共有7個(gè)，占總體采樣園的14.58%。依據(jù)高優(yōu)果園礦質(zhì)元素特征，確定各營(yíng)養(yǎng)診斷因子的適宜范圍分別為：N(8.85～11.81)mg/g、P(1.98～4.26)mg/g、K(14.97～20.70)mg/g、Ca(35.57～68.83)mg/g、Mg(3.69～15.51)mg/g、Fe(70.96～103.26)mg/kg、Mn(166.2～277.67)mg/kg、Zn(10.71～20.27)mg/kg、Cu(9.54～14.90)mg/kg、B(11.44～17.07)mg/kg、Mo(0.69～1.60)mg/kg。與鄭永強(qiáng)等[37]研究結(jié)果相似，本研究中，低優(yōu)果園除Mg外，其他元素的變異系數(shù)均高于高優(yōu)果園。由于植株?duì)I養(yǎng)元素含量隨砧木、樹(shù)齡、品種、采樣時(shí)期、氣候條件等因素的不同而存在很大差別[38-39]。因此，為保證營(yíng)養(yǎng)診斷的確診率，應(yīng)針對(duì)性地進(jìn)行試驗(yàn)論證，以期提高其在我國(guó)主產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄營(yíng)養(yǎng)診斷中使用的可靠性。

3.3 低優(yōu)園樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)狀況及施肥建議

本研究表明，蓬萊產(chǎn)區(qū)梅樂(lè)葡萄低優(yōu)園植株K、Ca、Mn、Mg表現(xiàn)偏低。由“5416”試驗(yàn)的研究因素的限制，目前只能研究N、P、K、Ca、Mg共5個(gè)因素，以獲得最高的果實(shí)品質(zhì)指數(shù)為目標(biāo)，其肥力因子最佳配比為N2P3K1Ca2Mg3，建議減施N、Ca肥，平衡施用P、Mg肥，不施K肥。Ca和Mg營(yíng)養(yǎng)診斷結(jié)果與正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果一致，所以植株Ca和Mg元素缺乏可能是由肥料施用不足或土壤保肥能力較弱造成的，因此Ca和Mg肥施用原則應(yīng)少量多次，合理控制施用時(shí)間，以避開(kāi)雨量較大的生育期。K元素植株?duì)I養(yǎng)診斷結(jié)果與正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果不一致，土壤中K、含量表現(xiàn)為豐富，說(shuō)明植株K元素的缺乏可能是蓬萊產(chǎn)區(qū)的灌溉條件較差，水肥得不到合理的配合施用，影響了樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)的吸收，造成了營(yíng)養(yǎng)缺乏。由于土壤酸化趨勢(shì)日益嚴(yán)重，多種植物所需微量元素難以從土壤中吸收[40]。因此，在今后的果園管理中應(yīng)對(duì)水肥進(jìn)行科學(xué)管理，通過(guò)葉面噴施適當(dāng)補(bǔ)充Mn元素。