韓秀麗　李嘉偉　張杰　郭艷杰　張麗娟　吉艷芝

摘要：為了明確生物有機肥替代化肥對‘赤霞珠葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤肥力的影響，于2019—2020年設(shè)置傳統(tǒng)水肥（CK）、優(yōu)化水肥（Opt）及優(yōu)化水肥中化肥氮的20%（B1）和40%（B2）分別由生物有機肥替代，比較不同處理下的土壤養(yǎng)分含量及葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)。結(jié)果表明，優(yōu)化水肥及施用生物有機肥替代部分化肥能較好地改善土壤理化性質(zhì)，提升土壤肥力，促進葡萄生長。其中，B1處理可顯著增加葡萄園經(jīng)濟效益，2年平均收益較CK提高33.59%；B2處理提升土壤肥力效果較好，與CK相比，成熟期0—40 cm土層的pH與硝態(tài)氮含量均有降低，有機質(zhì)顯著增加，與Opt處理相比，成熟期0—40 cm 土層土壤的有效磷、速效鉀含量分別顯著提升109.90%、32.20%。由此表明，生物有機肥替代部分化肥是實現(xiàn)果園高效、安全、持續(xù)生產(chǎn)的有效途徑。

關(guān)鍵詞：生物有機肥替代；產(chǎn)量；品質(zhì)；土壤肥力；赤霞珠

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0914

中圖分類號：S663.1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：10080864（2024）04019511

我國葡萄栽培面積逐年增加，2020年種植面積為7.31×105 hm2，產(chǎn)量達1.43×108 t，成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]。由于過于追求經(jīng)濟效益，河北省果園平均氮素投入量高達438 kg·hm-2，遠超國外果園100～150 kg·hm-2 的氮素投入量。過量施用氮素導(dǎo)致土壤肥力下降，同時影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。為使葡萄提質(zhì)增效、提升園地土壤肥力，合理施用有機肥成為重要途徑。

生物有機肥是微生物與有機肥效應(yīng)兼具的肥料，含有豐富的有機質(zhì)，能有效促進土壤緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)向松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化，釋放果園土壤中固持的磷、鉀等養(yǎng)分，促進土壤有機碳積累[34]，對促進作物生長、提高產(chǎn)量與品質(zhì)、培肥土壤具有顯著效果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用[5]。研究發(fā)現(xiàn)，配施生物有機肥對山核桃和蘋果園土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀具有顯著提升作用[67]；申小冉等[8]在20年長期定位試驗中發(fā)現(xiàn)，生物有機肥處理的土壤全氮含量是單施化肥的2～3倍；生物有機肥更有利于樹體吸收養(yǎng)分，降低氮代謝[910]，配施有機肥后氮肥的偏生產(chǎn)力較相同施氮量提高11.29%～49.84%[11]。生物有機肥通過釋放養(yǎng)分，滿足葡萄生長的養(yǎng)分需求，進而實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。周喜榮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，有機、無機肥配施使葡萄平均果粒質(zhì)量增加1.25%～9.45%，產(chǎn)量較CK增加1.07%～26.48%；且生物有機肥可提高果實可溶性固形物和總糖含量，糖酸比及花青苷 [1314]、總酚含量[15]明顯上升，顯著提升品質(zhì)指數(shù)[1617]；謝凱等[18]研究表明，施用生物有機肥替代部分化肥使‘黃冠梨的產(chǎn)量及果實中可溶性糖含量和糖酸比分別較單施化肥提高3.85%～22.83%、10.12%～17.00%、18.68%～23.08%。

河北省的葡萄種植面積與產(chǎn)量分別位居全國第3 和第2 位，2020 年種植面積與產(chǎn)量分別達4.39×104 hm2 與1.19×106 t[1]，化肥投入量逐年升高，導(dǎo)致果園土壤肥力下降、土壤養(yǎng)分累積量增加。研究發(fā)現(xiàn)，化肥帶入的N、P2O5、K2O是葡萄需求量的3.67、4.20、2.12 倍；有機肥用量下降41.70%，土壤有機質(zhì)含量降低9.66%，硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀的累積量增加30.02%、69.90% 和50.55%[1920]。因此，開展生物有機肥替代化肥研究對促進葡萄生長、提升土壤肥力具有重要意義。本研究通過生物有機肥部分替代化肥的2年田間試驗，分析不同替代量下的葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)及果園土壤肥力特征，明確生物有機肥的適宜替代量，為葡萄園合理施肥與地力提升提供科學(xué)依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在河北省定州市黃家葡萄酒莊園基地（38°49′ N、115°15′ E）進行。試驗地處于冀中南地區(qū)，屬溫帶-暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候，半濕潤暖濕氣候區(qū)，年均日照2 611.9 h；年均氣溫12.4 ℃，且年際間氣溫差異較小；年均降水量503.2 mm，主要集中在7—9月。試驗地土壤類型為潮土，質(zhì)地為中壤土，0—20 cm土層土壤容重1.30 g·cm-3，pH 8.37，有機質(zhì)13.37 g·kg-1，硝態(tài)氮14.99 mg·kg-1，有效磷81.64 mg·kg-1，速效鉀359.87 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗釀酒葡萄品種為‘赤霞珠，種植12年，株行距0.4 m×2.0 m。共設(shè)置4個處理，分別為傳統(tǒng)水肥（CK）、優(yōu)化水肥（Opt）、優(yōu)化水肥中化肥氮20%由生物有機肥替代（B1）、優(yōu)化水肥中化肥氮40% 由生物有機肥替代化肥（B2）。生物有機肥替代處理以氮素為基準(zhǔn)進行替代，遵循氮磷鉀等養(yǎng)分量施肥，總施氮量與優(yōu)化水肥保持一致，偏差養(yǎng)分利用磷酸一銨（含N 12%，P2O5 61%）、硫酸鉀（含K2O 50%）補齊。每個處理3次重復(fù)，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積150 m2（2.0 m×75.0 m）。4個處理均采用水肥一體化施肥灌水。生物有機肥為河北閏沃生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的“地沃潤”生物有機肥（N 2.5%、P2O5 2.5%、K2O 1.8%），有機質(zhì)≥40%，有效菌種為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌，有效活菌數(shù)≥0.2億CFU·g-1。生物有機肥分別于2019和2020年葡萄萌芽期施用，在距離葡萄主干30 cm處，挖40 cm深的溝將生物有機肥施入，覆土后進行灌溉。各處理養(yǎng)分投入量和灌水量詳見表1。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集

土壤樣品：分別于2020年葡萄萌芽期（4月7日）、開花期（5月22日）、膨大期（6月22日）和成熟期（9月24日）采集0—100 cm（間隔20 cm）土層土壤樣品。在距離葡萄主干25 cm，用土鉆以“S”形采集3個樣點，同層土樣混勻后，用封口袋帶回實驗室。一部分鮮樣用于測定土壤硝態(tài)氮和含水量，另一部分風(fēng)干去雜，分別過1 mm和0.25 mm篩，用于測定土壤pH及有機質(zhì)、有效磷、速效鉀含量。

植物樣品：于2020年葡萄收獲期，每個處理取10穗長勢均勻一致的果穗，重復(fù)3次，在每穗上、中、下部位各取10個果粒，用于測定果實品質(zhì)。

1.3.2 測定方法

土壤樣品：采用ZD-型酸度計（北京卓川電子科技有限公司）測定土壤pH（水土比為2.5∶1）；采用重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量；采用1 mol·L-1 KCl浸提-Skalar SAN++型流動分析儀（荷蘭Skalar分析儀器公司）測定土壤硝態(tài)氮含量；采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量；采用CH3COONH4浸提-FP6410型火焰光度計（上海奧析科學(xué)儀器有限公司）測定土壤速效鉀含量 [21]。

葡萄產(chǎn)量：2019年和2020年的收獲期，全小區(qū)采摘測產(chǎn)。

葡萄品質(zhì)：采用UV1700PC型分光光度計（上海奧析科學(xué)儀器有限公司） 測定總酚含量[22]；采用pH示差法測定花色苷含量[23]；采用比色法測定單寧含量[24]；采用PAL-BX ACID5糖酸一體機（上海碩群電子科技有限公司）測定可滴定酸和可溶性固形物含量。

肥料偏生產(chǎn)力（partial fertilizer productivity，PFP）及經(jīng)濟效益的計算公式如下。

肥料偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=產(chǎn)量/肥料施用量（1）

產(chǎn)值（元·hm-2）=產(chǎn)量×果實價格（2）

投入（元·hm-2）=肥料成本+人工費+柴油費+水電費（3）

收益（元·hm-2）=產(chǎn)值-投入（4）

產(chǎn)投比=產(chǎn)值/投入（5）

通過對試驗地農(nóng)資市場進行調(diào)查，各種水溶肥的價格如下，磷酸一銨7 元·kg-1、硫酸鉀12 元·kg-1、尿素5元·kg-1，生物有機肥2.5元·kg-1。試驗?zāi)攴葆劸破咸选嘞贾槭召徠骄鶅r格為4元·kg-1。種植葡萄1年的柴油費、人工費為15 600 元·hm-2，CK處理的水電費為1 300元·hm-2，優(yōu)化水肥處理的水電費為1 000 元·hm-2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理，采用Origin2018作圖，采用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析、顯著性檢驗和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機肥替代化肥對葡萄產(chǎn)量與肥料偏生產(chǎn)力的影響

由表2可知，2019、2020年Opt、B1、B2處理的葡萄產(chǎn)量較CK均略有增加，其中2020年B1、B2處理顯著高于CK。2020年，B1、B2處理葡萄產(chǎn)量較Opt處理分別顯著提高24.37%、9.74%，其中B1處理的產(chǎn)量最高，為13 761 kg。從肥料偏生產(chǎn)力來看，2020年B1、B2處理的N、P2O5、K2O肥料偏生產(chǎn)力均顯著高于CK和Opt處理，且B1處理顯著高于B2處理。由此表明，生物有機肥替代部分化肥能有效提高葡萄產(chǎn)量，提升肥料偏生產(chǎn)力。

2.2 生物有機肥替代化肥對葡萄品質(zhì)的影響

不同施肥處理的葡萄品質(zhì)如表3所示。B1、B2處理的總酚含量低于CK和Opt處理，但差異不顯著。B2處理籽粒和果皮的單寧含量最高，且顯著高于其他處理；而B1處理與CK、Opt處理差異不顯著。B2處理果實的花色苷含量分別較CK、Opt處理相比，B1、B2處理果實的可溶性固形物含量呈上升趨勢，但差異不顯著。葡萄果實中的可滴定酸含量隨著生物有機肥替代量的增加呈降低趨勢，其中B2處理較CK和Opt處理分別顯著降低26.89%和29.27%；且B2處理果實的糖酸比較CK、Opt分別顯著增加38.54%和40.81%。綜上所述，生物有機肥替代部分化肥能有利于提高釀酒葡萄的品質(zhì)。

2.3 生物有機肥替代化肥對園地土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 對土壤pH 的影響

各生育期土壤pH 如表4所示。各處理土壤的pH隨生育進程呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢。在成熟期，B1、B2處理0—20、20—40 cm土層土壤的pH顯著低于CK和Opt處理，且B2處理0—20 cm土層土壤的pH顯著低于B1處理。在0—20 cm土層，CK處理在成熟期的土壤pH較萌芽期顯著增加0.22個單位；Opt處理顯著增加0.17個單位；B1、B2處理有降低趨勢，其中B2處理顯著降低0.14個單位。在20—40 cm土層，B1和B2處理在成熟期的土壤pH較萌芽期均顯著降低0.10個單位。在40—100 cm土層，各處理的pH在整個生育期變化較小。由此表明，生物有機肥部分替代化肥有利于調(diào)節(jié)土壤pH，使其更適宜葡萄生長，其中生物有機肥替代40%化肥對調(diào)節(jié)土壤pH效果較佳。

2.3.2 對土壤有機質(zhì)含量的影響

由表5可知，在20—100 cm土層， B1、B2處理在成熟期的有機質(zhì)含量較萌芽期增加，而CK、Opt處理略有降低。在0—100 cm土層，各生育期均呈現(xiàn)B1、B2處理的有機質(zhì)含量高于CK、Opt處理，說明生物有機肥含有豐富的有機碳，可以有效提升土壤有機質(zhì)含量。在成熟期， B1、B2處理在0—20 cm土層土壤有機質(zhì)含量較CK處理分別顯著增加37.20%、43.15%，較Opt 處理分別顯著增加30.85%、36.51%；在20—100 cm土層土壤的有機質(zhì)含量較Opt處理顯著增加。由此表明，生物有機肥替代部分化肥可以有效改善土壤肥力，更好地滿足作物生長過程對養(yǎng)分的需求。

2.3.3 對土壤硝態(tài)氮含量的影響

不同處理下土壤的硝態(tài)氮含量如圖1所示。在萌芽期，各處理土壤的硝態(tài)氮含量在0—80 cm土層均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加逐漸降低，而在80—100 cm土層含量升高；在膨大期與成熟期，各處理在0—80 cm土層也表現(xiàn)為隨土層深度的增加逐漸降低，但在80—100 cm 土層中，CK、Opt 處理的硝態(tài)氮含量較60—80 cm 土層有所增加，而B1、B2 處理較60—80 cm土層硝態(tài)氮含量略有降低。

在萌芽期和開花期，各處理硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為B1

2.3.4 對土壤有效磷的影響

由圖2可知，全生育期各處理的土壤有效磷含量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加逐漸降低。隨著生育進程的推進，CK、Opt處理土壤有效磷含量呈先增加后降低趨勢；而B1、B2處理在開花期較萌芽期略有降低，但膨大期與成熟期均呈現(xiàn)增加趨勢。在0—20 cm土層，各處理在成熟期的有效磷含量較萌芽期均有所增加；在40—80 cm 土層，CK、Opt處理在成熟期的有效磷含量較萌芽期分別降低42.74%、69.63%， 而B1、B2 處理在成熟期的有效磷含量較萌芽期分別增加96.09%、82.07%。生物有機肥中含有大量枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌與膠質(zhì)芽孢桿菌，可釋放土壤中固持的磷，進而提升土壤有效磷含量。

2.3.5 對土壤速效鉀的影響

各生育期土壤速效鉀含量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加呈逐漸降低趨勢（圖3）。在萌芽期與開花期，各土層速效鉀含量均表現(xiàn)為CK>Opt>B1>B2；在膨大期和成熟期，各土層速效鉀含量均表現(xiàn)為B2>B1>Opt>CK。由此表明，生物有機肥有利于硅酸鹽類礦物加速分解，釋放鉀等元素，進而有效提升土壤速效鉀含量。

在成熟期，B1、B2處理土壤的速效鉀含量較CK、Opt處理有所提高，其中，B1處理在20—80 cm土層的速效鉀含量較CK、Opt 處理平均提高67.27%、83.95%；B2處理較CK、Opt處理平均提高166.96%、197.71%。在0—100 cm土層，B1、B2處理在成熟期的土壤速效鉀含量較萌芽期分別提高46.36%、120.21%。由此表明，生物有機肥能有效提高土壤速效鉀含量。

2.4 土壤指標(biāo)與葡萄品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

酸類物質(zhì)含量是評價葡萄酒品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，可促進葡萄皮中色素物質(zhì)的溶解，其適宜的酸度范圍在6～10 g·L-1，酸度過高易致葡萄酒口感酸澀，過低則寡淡無味[25]。由表5 可知，土壤pH與葡萄果實的可滴定酸含量呈極顯著正相關(guān)；土壤有機質(zhì)含量與果實可滴定酸含量呈極顯著負相關(guān)；土壤硝態(tài)氮含量與果實可滴定酸含量呈顯著正相關(guān)。由此可知，生物有機肥通過調(diào)節(jié)土壤pH、提升土壤肥力，進而使葡萄果實中的可滴定酸含量處于適宜水平，提升葡萄品質(zhì)。

2.5 經(jīng)濟效益分析

由表7可知，2019、2020年不同處理的平均收益表現(xiàn)為B1>Opt>B2>CK；產(chǎn)投比表現(xiàn)為B1>Opt>B2>CK。與CK相比，Opt、B1、B2處理的平均收益分別提高18.62%、33.59%、16.56%，其中B1 處理的平均收益最高，產(chǎn)投比最大。說明減施20%化肥不僅降低了生產(chǎn)成本的投入，還有效提高了葡萄經(jīng)濟效益。

3 討論

3.1 生物有機肥替代部分化肥能提升葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)提升

與單施化肥相比，配施生物有機肥能為土壤微生物活動提供更多的能量和養(yǎng)料，有利于加速有機質(zhì)分解[26]，從而提高葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)。生物有機肥中的芽孢桿菌可改良根際微環(huán)境、促進根系生長、增加葉綠素含量、提高光合速率，從而有效促進糖分積累，降低酸類物質(zhì)含量[2728]。本研究表明，葡萄中的可滴定酸含量隨著生物有機肥替代量的增加呈降低趨勢，其中B2處理的糖酸比分別較CK、Opt處理顯著提高38.54%、40.81%。施用生物有機肥可促進果實酚類物質(zhì)含量積累，而酚類物質(zhì)（包括花色苷類與非花色苷類）又是影響葡萄酒顏色、口感及香氣等感官質(zhì)量的重要指標(biāo)[29]。本研究表明，生物有機肥處理葡萄果實的總酚含量未顯著增加，但花色苷含量有所增加，其中B2處理的花色苷含量較CK、Opt處理分別顯著增加7.84%、7.84%。 由此表明，施用生物有機肥有利于提升葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)。

3.2 生物有機肥替代部分化肥能調(diào)節(jié)土壤pH

研究發(fā)現(xiàn)，適宜葡萄生長的土壤pH為5.5～8.3，最適pH為5.8～7.5[30]。土壤pH適宜有利于葡萄成熟，且糖高酸低、酒質(zhì)輕爽[31]。生物有機肥中含有巨大芽孢桿菌與膠質(zhì)芽孢桿菌，其在生長過程中會釋放有機酸，降低土壤pH[3233]。本研究表明，B1、B2 處理0—20 cm 土層在葡萄成熟期的土壤pH較萌芽期分別降低0.03、0.14個單位，表明生物有機肥可改良土壤質(zhì)量，有效調(diào)節(jié)土壤pH，與前人研究結(jié)果一致[3435]。

3.3 生物有機肥替代部分化肥對土壤硝態(tài)氮累積的影響

土壤剖面硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加而增大，易造成淋失[36]。本研究中，傳統(tǒng)施肥處理的氮素投入量是優(yōu)化施肥處理的1.2倍，導(dǎo)致40—100 cm土層土壤硝態(tài)氮含量顯著高于優(yōu)化處理。本研究表明，在0—40 cm土層，B2處理在成熟期的土壤硝態(tài)氮含量較Opt 處理顯著降低46.85%；在40—100 cm土層，CK、Opt處理在成熟期的土壤硝態(tài)氮含量較萌芽期平均增加175.57%、156.49%，但B1與B2處理成熟期與萌芽期無顯著差異。這可能是因為施用生物有機肥促進了反硝化細菌的生長[35]，且生物有機肥中含有大量微生物，耗氧量增加，為反硝化細菌提供更加適宜的生存環(huán)境，使土壤硝態(tài)氮含量降低，從而降低了淋溶風(fēng)險。

3.4 生物有機肥替代部分化肥可培肥地力

本研究表明，‘赤霞珠葡萄的有機質(zhì)含量與總酚含量呈顯著負相關(guān)，與宋建強等[37]研究結(jié)果一致，但張筠筠[38]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)含量提高有利于提升葡萄總酚含量。這可能是因為生物有機肥中含有大量有機碳，可迅速提升土壤有機質(zhì)含量，但葡萄品質(zhì)提升需要養(yǎng)分進一步分解釋放以滿足植株生長需求，具體原因有待進一步研究驗證。

綜上所述，‘赤霞珠葡萄園采用生物有機肥替代20%化肥氮可促進葡萄實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，顯著增加經(jīng)濟效益；生物有機肥替代40%化肥氮可顯著降低土壤硝態(tài)氮含量，降低氮素淋溶風(fēng)險，并能促進土壤固持磷、鉀的釋放，提高土壤肥力。因此，生物有機肥替代部分化肥是實現(xiàn)果園高效、安全、持續(xù)生產(chǎn)的有效途徑。

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（責(zé)任編輯：張冬玲）

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD0201307）。