基于5416配方施肥的‘赤霞珠’葡萄品质分析与施肥建议

王小龙，王志强，刘畅，张艺灿，王宝亮，冀晓昊，史祥宾，王海波

（中国农业科学院果树研究所/农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室/辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，辽宁兴城 125100）

‘赤霞珠’葡萄酿造的葡萄酒色泽浓烈、单宁强劲、香气醇厚，且适应能力强，在世界各地已广泛种植[1]。葡萄原料的可溶性固形物、酚类物质、香气等因素是保障葡萄酒品质的物质基础[2-3]。酚类物质作为“第七类营养素”，不仅具有促进身体健康的潜能，还对葡萄酒的口感、色泽、营养价值等生理活性功能发挥重要作用。总酚、单宁、黄酮类、花色苷、黄烷醇等作为酚类物质的重要组成部分，主要分布在种子和果皮中。酚类物质含量受葡萄品种、肥水管理、地域特征、气候条件等影响[4]。因此，通过栽培管理措施提高‘赤霞珠’果实品质一直是重点研究方向。

施肥是维持土壤肥力、保证果树正常生长发育和获得优质果品的重要措施之一。在葡萄生长发育过程中，各生育期的营养重点不同，因此结合葡萄生长特性配施个性化肥料是达到优质丰产的重要手段。已有研究发现，配方肥可促进‘阳光玫瑰’葡萄养分吸收，提高果实产量和品质，增加果实香气物质种类和相对含量[13]。研究表明，设施栽培条件下‘巨玫瑰’葡萄的NPK复合肥的适宜施用水平应为300 kg·hm-2[14]；马晓丽等[15]通过对‘巨峰’分别补充5、7.5、10 kg三个水平的镁、铁、锌、锰后发现，以上元素均可有效减轻葡萄叶片黄化的发生，并使果实品质有一定程度提高。每公顷施用尿素900 kg+过磷酸钙600 kg+硫酸钾1275 kg的‘红地球’葡萄在产量、果实可溶性固形物和总糖含量均较高[16]。陈丽楠等[17]研究表明，与单施N、P、K肥相比，在施用N 15%、P2O557.5%、K2O 18%的基础上，增施钙、硅、硼、锌肥可提高葡萄产量和品质。因此，科学的肥料施用量和配比是葡萄产业实现可持续发展的重要基础。目前针对葡萄施肥的研究多集中在N、P、K肥的效果方面，而对Ca和Mg肥同时配施的研究较少。

河北省定州市酿酒葡萄种植区多数果农施肥基本靠经验，盲目性、随意性比较大，导致土壤板结，透气性差，果实品质不高。不同的施肥配方对土壤的结构和微生物活动都有一定的影响，同时也会影响果树对营养物质的吸收，从而影响酿酒葡萄果实的品质。因此，研究不同N、P、K、Ca和Mg元素配比的配方肥对获得较高的果实品质有重要意义。试验于2021年在定州市黄家葡萄酒庄有限公司的葡萄园区内进行，设计了16个施肥配比处理，研究其对‘赤霞珠’果实品质的影响，旨在为当地酿酒葡萄施肥配方提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年进行，选取河北省定州市东亭镇代表性葡萄园的酿酒葡萄‘赤霞珠’为试材，树龄12年，砧木为‘贝达’，株行距为2 m×2.5 m。‘赤霞珠’葡萄根系在0～40 cm的土层富集生长，该土层土壤碱解氮、速效磷、速效钾、可交换性钙和可交换性镁的含量分别为86.0、482.6、276.8、310.7、106.7 mg·kg-1。

1.2 施肥处理

选择16个树体健康、长势中庸、产量较稳定的园区作为固定试验区，进行5416配方肥施试验[18]。在距离葡萄主干30 cm处，沿行向开15～20 cm深的施肥沟。将5416配方肥充分溶解于水，均匀倒入施肥沟内，随即覆土灌水。5416配方肥是指5因素（N、P、K、Ca、Mg）、4水平（每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍），共计16个处理（表1）。配方肥是基于7500 kg·hm-2的单位目标产量，设定5416试验每公顷各肥料原料的基础用量分别为：N 124.5 kg、P2O546.5 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 46.5 kg[19]。各肥料在萌芽期、初花期、末花期、转色期和成熟期的施用比例参考王小龙等[20]的研究。

表1 5416试验处理施肥总量Table1 The total amount of fertilizer applied in 5416 tests kg·hm-2

1.3 样品采集及项目测定

于成熟期取样，每处理随机选取30穗果，从果穗的上中下各部位随机采集720粒，用于测定百粒质量、可溶性固形物、皮果比、籽果比、籽粒数、皮/籽总酚、花色苷、皮/籽总黄酮、皮/籽黄烷醇、皮/籽单宁含量。百粒质量的测定是利用电子秤称重，可溶性固形物的测定采用手持测糖量计；皮果比、籽果比分别是果皮与果实质量比和籽粒与果实质量比，以30粒为1组，剥离果皮和种子并称重，按照定义进行计算；同时计算每组果实种子数量的平均值，记为籽粒数。葡萄果皮和葡萄籽总酚、花色苷、总黄酮、黄烷醇、单宁物质的提取和含量测定参照苏鹏飞[21]的方法，以上所有测定指标均进行3次生物学重复。同时，基于上述测定指标进行主成分分析[22]和综合评价。利用SAS软件计算N、P、K、Ca和Mg对各品质指标及综合品质的影响力大小排序和获得相应最佳品质的理论施肥最佳配比，由此制定施肥建议。SAS分析程序见表2。表中1、2、3、4分别代表5416配方肥方案中的4个施用水平（每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即0倍、0.5倍、1倍、1.5倍）由此组成16行5列的矩阵，其中各行代表5416配方施肥方案的施肥处理，各列代表5416配方施肥方案的各施肥因素。将待计算的品质数据对应输入并运行即可。

表2 SAS分析程序Table 2 SAS analysis program

1.4 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 20.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对果实基本性状的影响

由表3可知，果实基本性状受不同施肥处理影响显著。各处理的可溶性固形物分布范围为15.8%～19.9%。T8处理的百粒质量和籽粒数均显著高于其他处理。与之相似，T8和T16的籽果比显著高于其他处理，分别为0.0578和0.0594。T1、T2、T3、T4、T7、T12、T15处理的皮果比无显著差异，其分布范围为0.1691～0.1849。由此说明，T8处理对百粒质量和籽粒数的提升作用明显。

表3 不同施肥处理条件下的果实基本性状Table 3 Basic characters of fruit under different fertilization treatments

2.2 不同施肥处理对果实酚类物质的影响

由表4可知，不同施肥处理对果皮酚类物质含量有显著影响。皮总酚分布范围为2.17～3.88 mg·g-1，其中T3、T4、T5、T6皮总酚含量分别为3.81、3.55、3.86、3.88 mg·g-1，显著高于其他处理。T4籽总酚含量最高，为43.61 mg·g-1；T8籽总酚含量最低，为21.63 mg·g-1。皮黄烷醇含量的分布范围为10.66～28.26 mg·g-1，其中T3与T5黄烷醇含量无显著差异且显著高于其他处理（T4、T6除外）。T1、T2、T4和T13籽黄烷醇含量较高且无显著差异，其含量分别为723.88、739.18、726.36、684.41 mg·g-1。T5皮总黄酮含量最高（2.97 mg·g-1）显著高于T6、T7和T15，与其他处理无显著差异。T1籽总黄酮含量最低，T13含量最高，分别为32.82、71.79 mg·g-1。T5和T6花色苷含量较高，分别为0.089、0.090 mg·g-1，均显著高于其他处理。T3处理的皮单宁含量显著高于其他处理，为2.63 mg·g-1。除T2外，T4处理的籽单宁含量显著高于其他处理，为26.70 mg·g-1。由此说明，T4处理对籽总酚和籽单宁提升作用明显，T5对皮黄烷醇和皮总黄酮提升作用明显，T6对皮总酚和花色苷提升作用明显。

表4 不同施肥处理条件下的果实酚类物质含量Table 4 Contents of phenolic substances in fruit under different treatments mg·g-1

2.3 不同处理对果实品质影响的评价

对‘赤霞珠’葡萄可溶性固形物、百粒质量、皮果比、籽果比、籽粒数和皮/籽酚类物质等14个指标的数据进行标准化处理，再利用主成分分析法对果实基本性状和酚类物质等指标进行降维，最后提取主成分。由表5可知，共提取4个主成分，各主成分Y1、Y2、Y3和Y4的贡献率分别为44.602%、25.585%、9.839%和7.301%，其累计贡献率达87.327%，符合主成分分析法的要求。因此，Y1、Y2、Y3和Y4可以表现出不同处理对‘赤霞珠’果实基本性状和酚类物质的影响效果，与Y1相关较强的为籽果比、籽粒数、籽总酚、籽黄烷醇；与Y2相关较强的为皮总酚、花色苷；与Y3相关较强的为籽总黄酮；与Y4相关较强的为可溶性固形物。

表5 提取的主成分特征值、贡献率及累计贡献率Table 5 Extracted principal component eigenvalue, contribution rate and cumulative contribution rate

以各主成分对应的特征值在所有主成分特征值总和中所占比例为权重，可构建‘赤霞珠’果实品质综合评价方程：Y=0.5108Y1+0.2930Y2+0.1127Y3+0.0836Y4。通过各主成分得分（表6）可知，Y1中T4处理得分最高，说明T4对籽果比、籽粒数、籽总酚、籽黄烷醇的提高作用较强；Y2中T5处理得分最高，说明T5对皮总酚、花色苷的提高作用较强；Y3中T13处理得分最高，说明T13对籽总黄酮的提高作用较强；Y4中T7处理得分最高，说明T7对可溶性固形物的提高作用较强。在综合评分中，T4处理得分最高，说明T4处理对果实基本性状的改善和品质的提升等方面具有较好的综合效果。

表6 不同施肥处理果实各项指标的主成分得分Table 6 Principal component score of various indicators under different treatments

2.4 各矿质元素对不同品质指标的影响力排序及最佳理论配比

由表7可知，K元素对籽果比和籽总酚影响较大，P和K元素对籽总黄酮和籽黄烷醇影响较大，N和Ca元素对百粒质量、籽粒数、皮总酚、皮黄烷醇、籽单宁、皮单宁影响较大，N和Mg元素对花色苷、皮总黄酮、可溶性固形物、综合品质影响较大。各元素对百粒质量和籽粒数影响力排序均为N＞Ca＞K＞Mg＞P，各元素对皮总酚、皮黄烷醇、籽单宁影响力排序均为N＞Ca＞Mg＞K＞P，各元素对花色苷和综合品质影响力排序均为N＞Mg＞Ca＞K＞P。SAS分析结果表明，当花色苷和皮总酚达到最佳时，各元素最佳理论配比均为N2P2K2Ca3Mg3；当百粒质量和籽粒数达到最佳时，各元素最佳理论配比均为N2P4K3Ca2Mg2；当籽黄烷醇和综合品质达到最佳时，各元素最佳理论配比均为N1P2K2Ca4Mg4，即N、P2O5、K2O、CaO、MgO建议施肥量分别为0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。

表7 品质指标最佳时的元素影响力和理论配比Table 7 Element influence and theoretical ratio at the best quality kg·hm-2

3 讨论

在果树生长过程中，盲目施肥不仅不能提高果实品质，而且容易造成土壤板结，微生物活力降低，因此合理施肥有着重要的作用[23]。王小龙等[24]研究指出，山东蓬莱地区‘赤霞珠’葡萄每公顷施肥量N 186.8 kg、P2O570.0 kg、K2O 112.5 kg、CaO 112.5 kg、MgO 0 kg时，综合品质理论最佳。马晓丽等[25]研究NPK施肥配比对‘赤霞珠’葡萄生长和结果影响时发现，萌芽期株施尿素27 g，膨果期株施尿素33 g、磷酸一铵33 g和硫酸钾32 g，转色期株施磷酸一铵27 g和硫酸钾58 g对新梢生长和果实品质的改善有更好的作用。朱小平等[26]研究了NPK施用比例对‘赤霞珠’葡萄产量和品质的影响，结果表明施用N∶P2O5∶K2O为1∶1∶1.5的混配肥料最有利于可溶性固形物、可溶性总糖和花青素含量的提高。上述研究均表明，合理的施肥配比可以改善果实品质。主成分分析结果表明，T4（即每公顷施用P2O569.8 kg、K2O 168.8 kg、CaO 168.8 kg、MgO 69.8 kg）是5416配方施肥中对提高‘赤霞珠’综合品质效果最佳的处理，该处理的果皮酚类物质（总酚、黄烷醇、总黄酮、花色苷、单宁）和种子酚类物质（总酚、黄烷醇、总黄酮、单宁）含量分别比对照提高了19.20%～65.85%和0.34%～92.87%。T4处理的N、P2O5、K2O、CaO、MgO施用比例为0.0∶1.0∶2.4∶2.4∶1.0。T4作为高K和高Ca型肥料处理，能够促进植株对K的有效吸收；同时，K能促进CO2的同化及叶片与果实间糖的转移，有利于果实中酚类物质的积累[27]，能够有效促进果皮细胞积累大量可溶性Ca，有利于果皮后期延伸，促进营养物质的积累[28]。由此可见，该处理肥料配比在提高果实综合品质方面更为合理。

‘赤霞珠’果实品质是保证葡萄酒品质的重要物质基础，酚类物质是‘赤霞珠’葡萄酒最重要的感官品质之一，包括总酚、总黄酮、黄烷醇、花色苷和单宁等[29]。花色苷对红葡萄酒的酒体颜色、澄清度、稳定性等方面有重要作用[30]。黄烷醇赋予酒涩味和苦味，也可与花色苷结合使葡萄酒颜色更加稳定[31]。单宁的鞣革特性使葡萄酒更具醇厚的口感[32]。酿酒葡萄果肉中的酚类物质含量远低于果皮和种子，其中果皮和种子中酚类物质分别占果实总酚含量的60%和30%[33]。有研究表明，葡萄籽多酚物质含量高达825.8～3313.5 mg·g-1，显著高于葡萄皮的64.5～352.0 mg·g-1[34]。本试验表明，各施肥处理的籽总酚、籽黄烷醇、籽总黄酮、籽单宁平均含量为36.05、592.48、56.24、12.80 mg·g-1，显著高于皮总酚（2.84 mg·g-1）、皮黄烷醇（18.81 mg·g-1）、皮总黄酮（2.08 mg·g-1）、皮单宁（1.23 mg·g-1），这与上述结果基本一致。由SAS分析结果可知，N元素对皮果比、皮总酚、皮黄烷醇、花色苷、皮总黄酮、皮单宁影响力最大，这可能是因为N有利于蛋白质及叶绿素的合成，促进叶面积增大和光合作用的进行，进而加快葡萄果皮同化合成自身产物的进程[35]。主成分分析结果表明，T4处理的综合评分最高，说明N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2组合是当年本试验条件下提高‘赤霞珠’果实综合品质的最佳施用量。根据SAS分析结果，为继续获得该地区‘赤霞珠’的最佳综合品质，N、P2O5、K2O、CaO和MgO理论上最佳的施用量分别为0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。由此说明，2021年P肥和K肥施用量高于树体生长需要，造成土壤中P和K营养冗余，因此在下一年度建议减量施用。

4 结论

在本试验条件下，T4处理（N 0.0 kg·hm-2、P2O569.8 kg·hm-2、K2O 168.8 kg·hm-2、CaO 168.8 kg·hm-2、MgO 69.8 kg·hm-2）对‘赤霞珠’果实基本性状和酚类物质含量的提升综合效果最佳。为继续获得该地区‘赤霞珠’的最佳综合品质，N、P2O5、K2O、CaO和MgO建议施用量分别为0.0、23.3、56.3、168.8、69.8 kg·hm-2。施肥效果与土壤基础肥力有密切关系，因此在其他土壤条件下的施肥建议有待进一步试验。从果实基本性状和酚类物质含量来看，N、P、K、Ca、Mg对各品质指标的交互作用表现明显差异。因此，在‘赤霞珠’葡萄施肥管理中应注重肥料的配比和均衡。