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科学施肥有利于提高葡萄果实产量和品质。孙德谦等[1] 的研究发现，N 300 kg/hm2、 P2O5 180 kg/hm2、K2O 360 kg/hm2 施肥处理的‘赤霞珠’葡萄植株生长、叶片光合效率和产量均最高，且该处理可提高葡萄的含糖量和 Vc 含量，有利于糖酸比的提高。为获得美乐葡萄多酚物质的最佳综合评价，其各元素的最佳理论组合为 N4P2K4Ca2Mg3，即 N、P2O5、K2O、CaO、 MgO 施用量分别为 214.5、50.0、192.6、71.1、 28.7 kg/hm2[2]。与习惯施肥对照相比，全程营养施肥能够明显改善红提葡萄叶片质量，其单穗重、产量、可溶性固形物含量分别提高 14.0%、 17.6%、12.0%[3]。N 160 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、 K2O 210 kg/hm2 处理的‘马瑟兰’果实香气成分含量最高、种类数居中，且有利于果实中高级醇类、醛类、羟类以及苯类衍生物含量的提高[4]。相比无氮、无钾处理，投入氮肥 350 kg/hm2、钾肥 350 kg/hm2 可显著提高红提葡萄产量，幅度分别达 16.6%、12.0%，但继续增加肥料投入量，氮肥 450 kg/hm2、钾肥 450 kg/hm2 时葡萄产量不增反降[5]。由此可见，不同肥料的施用总量和配比对果树生长、产量和品质有不同的影响。
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近年来，随着葡萄设施栽培技术的应用和推广，辽西地区设施葡萄栽培面积迅速扩大，市场对葡萄果实大小、风味、耐贮运等商品性状提出了更高的要求。根据葡萄生长特性和产品竞争力的需要，追施不同配方的肥料是达到葡萄优质高产的必要条件。目前，对栽培技术尚未系统掌握，特别是设施条件下葡萄肥料高效利用的研究还不够深入，无法确定设施条件下葡萄获得优质高产的肥料施用总量和配比。因此，研究土施 N、P、K、 Ca、Mg 不同配方肥对设施葡萄‘87-1’各生育期不同组织部位矿质营养和果实品质（单粒重、可溶性固形物、硬度）的施用效果，有利于制定更具针对性的施肥方案，同时提高果实商品性状和经济效益。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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2019 和 2020 年连续 2 年在中国农业科学院果树研究所砬子山基地的 1 号和 10 号温室内同时进行施肥试验。温室东西走向，长度 60 m、跨度 7.5 m。试验材料为 2015 年定植以贝达为砧木的‘87-1’，单穴双株，株行距为 1 m×2 m，直立主干单层倾斜龙干型，“V”形叶幕，新梢间距为 15 cm，行内覆盖黑地膜，膜下滴灌，其他为常规管理。土壤 pH 值为 7.0，土壤有机质含量为 1.2%，碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁含量分别为 77.2、903.5、726.6、8600、 990.2 mg/kg。
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1.2 试验设计
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在 1 号和 10 号温室内分别选择 16 行树体健康、长势中庸、产量较为稳定的园区作为固定试验区，进行 5416 配方肥施用试验[6]。将肥料充分溶解于水，利用施肥泵打入滴灌带进行施肥。5416 配方肥是指五因素（N、P、K、Ca、 Mg）、四水平（每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即 0、0.5、1、1.5 倍），共计 16 个处理（表1）。配方肥是基于 22500.0 kg/hm2 果实的产量目标，设定 5416 试验每公顷各肥料原料的基础用量分别为 N 375.0 kg、P2O5 141.0 kg、K2O 337.5 kg、CaO 337.5 kg、MgO 141.0 kg。N 在萌芽期、初花期、末花期、转色期和成熟期的施用比例为 14.0∶ 14.0∶ 38.0∶ 0.0∶ 34.0；P 在上述各生育期的施用比例为 16.0∶16.0∶40.0∶0.0∶ 28.0；K 在上述各生育期的施用比例为 15.0∶ 11.0∶50.0∶9.0∶15.0；Ca 在上述各生育期的施用比例为 10.0∶14.0∶46.0∶8.0∶22.0；Mg 在上述各生育期的施用比例为 10.0∶12.0∶43.0∶13.0∶ 22.0[7]。
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1.3 样品采集及指标测定
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于成熟期取样，每处理随机选取 10 个果穗，从果穗的上、中、下各部位随机采集果粒 120 粒，用于测定单粒重、可溶性固形物、硬度。随机选取 30 粒果实作为一组，用电子秤称重。随机选取 10 粒果实作为一组，采用手持测糖计测定可溶性固形物含量。随机选取 20 粒果实作为一组，采用物性分析仪测定果实硬度。于盛花期、转色期和成熟期采集花序 / 果穗上或对生的叶片、叶柄及花序 / 果实，带回实验室，105℃下杀青 20 min，85℃下烘干，粉碎混匀，待测其矿质元素含量。结合 H2SO4-H2O2 消解法，用流动分析仪测定植株 N，用电感耦合等离子发射光谱仪测定植株 P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、 B、Mo 全量。以上各测定指标，均进行 3 次重复。
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1.4 品质指数和 SAS 分析
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将单粒重、可溶性固形物、果实硬度按照 1∶1.23∶1.04 的权重[8]进行 Topsis 分析，以评价结果的得分值作为品质指数。以品质指数为新的指标，进行 SAS 分析，得到各元素对果实品质的影响力排序及最佳理论配比。基于品质指数，利用组分营养诊断法[9]进行营养诊断分析。
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1.5 数据处理和分析
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采用 Excel 2019 计算 2019—2020 年植株矿质元素含量和果实品质数据的平均值及相关统计；采用 SPSS 22.0 进行 Pearson 相关性分析。
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2 结果与分析
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2.1 不同施肥处理对‘87-1’葡萄果实品质的影响
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如表2 所示，单粒重在各处理条件下的分布范围是 4.3（T14）～5.0 g（T7）；T3、T5、T7、T9、 T11、T15、T16 处理的单粒重均高于 T1 处理，其增幅范围是 4.4%～11.1%。T1 和 T3 处理的可溶性固形物含量最低，均为 17.1%；T10 处理的可溶性固形物含量最高，为 18.5%；除 T3 外，其他处理的可溶性固形物含量均高于 T1 处理，其增幅为 3.5%～8.2%。T14 处理的果实硬度最低，为 380.6 g；T3 处理的果实硬度最高，为 471.9 g。T3 处理的品质指数最高，为 0.6071；除 T6、T8、T14、T16 外，其他处理品质指数均高于 T1 处理，其增幅为 1.8%～33.4%。由此说明，T7 和 T10 处理分别对单粒重和可溶性固形物含量的提升作用明显，T3 处理对果实硬度和品质指数的提升作用明显。
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2.2 配方施肥条件下‘87-1’葡萄植株矿质元素变化规律
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如图1 所示，设施‘87-1’葡萄各矿质元素在不同组织部位或生育期间的含量变化规律差异显著（P<0.05）。盛花期 Ca 和转色期 N、P、Ca、 Zn 及成熟期 P、Cu 含量表现为叶片 >叶柄 >果实，且各组织部位差异显著。盛花期 N、Fe 和成熟期 Mo 含量表现为叶片 >果实 >叶柄，且各组织部位差异显著。盛花期 K、Zn 含量表现为花序 >叶柄 >叶片，且各组织部位差异显著。转色期和成熟期 K 含量表现为叶柄 >果实 >叶片，且各组织部位差异显著。转色期 Mg 和成熟期 Mg、 Mn、Zn 含量表现为叶柄 >叶片 >果实，且各组织部位差异显著。果实 N、K、Mg 和叶片 B 及叶柄 N 含量表现为盛花期 >转色期 >成熟期，且各生育期差异显著。叶片 P、Ca 和叶柄 Ca、Mn、Zn 含量表现为成熟期 >转色期 >盛花期，且各生育期差异显著。叶片 Zn、Cu 和叶柄 Cu 含量表现为转色期 >成熟期 >盛花期，且各生育期差异显著。由此说明，矿质元素通过各组织部位或生育期间的吸收、转运等过程来满足树体营养的需要。
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2.3 ‘87-1’葡萄植株矿质元素含量与果实品质指标的相关性
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不同生育期的各组织部位矿质元素含量与果实品质的相关系数如表3、4、5 所示。盛花期叶柄 Mg、转色期果实 Mg 与单粒重显著相关；转色期和成熟期果实 B、盛花期和转色期及成熟期叶片 B 与单粒重显著或极显著正相关；成熟期果实和叶柄 N 与单粒重显著相关。盛花期花序和叶片及叶柄的 N、Mn、转色期花序和叶片及叶柄的 Fe、Mn、Cu 与可溶性固形物含量呈极显著相关；成熟期叶片和叶柄 K、Fe、 Mn、Cu 与可溶性固形物含量极显著相关。盛花期花序和叶片及叶柄的 Zn、Cu、转色期和成熟期花序及叶片以及叶柄的 B 与果实硬度显著或极显著相关。转色期果实和叶柄 Mg、果实和叶片 Fe、果实和叶柄 Mo 与果实硬度显著或极显著相关。成熟期果实和叶柄 P、K，叶片和叶柄 Mg、Mn、Zn，果实和叶片 Fe、果实和叶柄 Mo 与果实硬度显著或极显著相关。盛花期果实和叶柄的 K、Mn，成熟期果实和叶柄的 Zn 与品质指数显著或极显著正相关。由表4、5、6 可知，成熟期果实 N、成熟期叶柄 P、成熟期叶柄 K、成熟期叶片 Ca、转色期叶柄 Mg 与品质指数相关性最强，且均达到显著或极显著水平，其相关系数分别为-0.313、-0.309、0.396、0.258、0.275。因此，选择上述各生育期、组织部位的元素作为植株营养诊断因子。
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图1 不同生育期各组织部位矿质元素含量
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注：大写字母表示相同组织部位的元素含量在不同生育期之间差异显著；小写字母表示相同生育期的元素含量在不同组织部位之间差异显著（P<0.05）。
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2.4 各矿质元素对品质指标的影响力排序及最佳理论配比
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如表6 所示，N 对可溶性固形物和硬度影响力最大，Mg 和 P 分别对单粒重和品质指数影响力最大。单粒重和品质指数达到最佳时，P、Ca、Mg 的施用水平分别为 3、3、2。单粒重、硬度、品质指数达到最佳时，P、Ca 的施用水平分别为 3、3。可溶性固形物和品质指数达到最佳时，N、K 的施用水平分别为 3、4。当单粒重、可溶性固形物、硬度和品质指数达到最佳时，每公顷 N、P2O5、K2O、 CaO、MgO 的建议施肥总量分别为 736.5、1332.0、 788.3、1430.0 kg。由此说明，不同施肥量对果实品质的施用效果不同，且单粒重、可溶性固形物、硬度与品质指数的形成密切相关。
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续表
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注：* 和 ** 分别表示二者之间相关性达显著（P<0.05）和极显著水平 （P<0.01）。下同。
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续表
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注：最佳理论配比中的 1、2、3、4 分别代表每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即 0、0.5、1、1.5 倍。
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根据各矿质元素累积方差与品质指数的函数关系，选择 0.5873 作为划分高优园的临界值（图2 和表7），其中 19 个满足高优标准，占总体采样园的 29.7%。同时，依据高、低优园的植株矿质元素含量分布特征，确定高优园矿质元素含量适宜范围分别为：N 1.0～2.4mg/g、P 1.0～3.0 mg/g、K 4.0～10.4 mg/g、Ca2.9～9.6 mg/g、Mg 0.6～9.7 mg/g。根据高优园分析参数 V* x 的平均值和标准差，计算低优园各矿质元素的诊断指数分别为：IN=0.02、 IP=0.49、IK=-0.48、ICa=-0.42、IMg=0.37。由此可见，低优园的需肥顺序为 K>Ca>N>Mg>P，其中 K 和 Ca 元素含量表现偏低，其他元素含量充足。根据植株营养诊断，计算出高优园和低优园的营养不平衡指数 CNDr2 分别为 5.7 和 9.6，说明低优园营养平衡状况较差。
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图2 植株矿质元素含量累积方差函数与品质指数之间的关系
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3 讨论
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3.1 施肥与果实品质的关系
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科学合理施肥不仅有利于土壤物理性状和化学指标的恢复与提高，而且有助于当季作物高产[10]。本研究表明，与 T1 处理相比，T3、T5、 T7、T9、T11、T15、T16 处理的单粒重增幅分别为 5.4%、3.9%、11.4%、7.2%、4.3%、3.8%、8.3%，说明施肥对设施‘87-1’葡萄单粒重起到了提高作用。T3、T5、T7、T9、T11、T15、T16 的施肥总量分别为 957.0、905.3、905.3、1289.3、896.3、 1378.5、1182.0 kg/hm2，其单粒重较不施肥增幅不同，说明仅仅依靠提高化肥施用量难以满足设施 ‘87-1’葡萄的增产需要，应更加注重各肥料的施用配比[11]。苹果施肥效应中 K 肥的增产效应最大，其次为 N 肥，P 肥最小[12-13]。本研究中，T7 处理的单粒重最大，较 T1 提升了 11.1%，说明高 K 型肥料对提高单粒重发挥重要作用；分析原因是设施‘87-1’葡萄施用 K 肥后，先是提高叶片的含 K 量，随着果实生长，叶片 K 向果实中转移，促进细胞膨大而成大果。李铭等[14]研究表明，K 肥有利于提高科瑞森无核葡萄果实可溶性固形物含量和果实硬度。与本研究相似，T10 处理的可溶性固形物含量最高，且较 T1 处理提高了 8.2%，说明高 K 型肥料对设施‘87-1’葡萄可溶性固形物含量提升作用明显。其原因可能是 K 可以影响果实中糖的代谢与积累，促进淀粉与蔗糖的合成与转化，使之在贮存器官中得以积累[15]。
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T3 处理的果实硬度最高，较 T1 处理提高了 9.8%，说明高 K、Ca 型肥料对设施‘87-1’葡萄果实硬度影响较大。这可能是因为 K 肥供应充足时，促进纤维素、木质素等细胞壁物质的合成，从而增加果实硬度，抑制果实的采后软化过程[16]；Ca 对维持果实硬度、减缓果实软化发挥积极作用[17]。与果实硬度表现相似，T3 处理的品质指数最高；SAS 分析结果显示：品质指数达到最佳时的各元素理论配比为 N3P3K4Ca3Mg2，其 N∶P2O5∶ K2O∶CaO∶MgO 配比为 5.3∶2.0∶7.2∶4.8∶1.0，说明高 K 型肥料对设施‘87-1’葡萄果实品质指数提升作用明显。SAS 分析结果表明，K 肥需要增施 50%，Ca 肥需要继续平衡施用；而对低优园植株营养诊断分析结果表明，低优园植株的 K 和 Ca 元素均不足。由此可见，植株缺 K 是由于土壤中缺失 K 肥，而植株缺 Ca 是由于植株对土壤中的 Ca 吸收困难所造成的。
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3.2 植株矿质元素变化规律与果实品质的关系
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在盛花期，设施‘87-1’葡萄叶片 K、Zn 含量较花序显著降低 56.8%、17.3%，叶柄 K、Zn 含量较花序显著降低 10.0%、8.2%，说明在授粉受精过程中花器官对 K 和 Zn 的需求量较大，因为 Zn 能够促进花粉萌发与花粉管伸长，增加受精作用，提高坐果率[18]；而花期 K 可促进花芽分化，并提高花的质量[19]；相关性分析结果显示：盛花期果实、叶片 K 含量与可溶性固形物极显著正相关，盛花期叶片 K 含量与品质指数显著正相关；盛花期叶片 Zn 含量与果实硬度显著正相关，说明 K 和 Zn 是设施‘87-1’葡萄花发育过程中不可或缺的元素。在转色期，果实 K 含量较叶片显著提高了 27.4%；在成熟期，果实 B 含量较叶片显著提高了 19.3%，说明在果实生长发育过程中对 K 和 B 的需求量高于其他矿质元素，这是因为 K 在促进果实膨大、着色、成熟、果肉营养物质的积累等方面具有关键作用[20-21]； B 对果实产量、风味品质和贮藏品质等方面起重要作用[22]。相关性分析结果显示：转色期果实 K 含量与可溶性固形物、品质指数均极显著正相关；成熟期果实 B 含量与果实硬度极显著正相关，与单粒重显著正相关。在盛花期、转色期、成熟期，花序、果实 Ca 含量均显著低于叶片和叶柄，其较叶片、叶柄的降幅分别为 29.1%～46.9%、18.6%～48.7%；说明 Ca 很难从叶片或叶柄中有效转运到果实中满足其生长发育的需要；其原因是植物体内 Ca 的运输主要是依赖蒸腾作用，低蒸腾的果实常常不能得到充足的钙素供应，甚至发生果实 Ca 向茎叶转移的现象[23]。因此，建议补钙结合施用吲哚乙酸、赤霉素和萘乙酸等植物激素，可有效提高果实等器官的 Ca 含量，来达到提高葡萄的品质、延长贮藏期的作用[23]。
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4 结论
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设施栽培‘87-1’葡萄产量和品质的提高，是综合栽培管理技术的反应。在本试验条件下，合理增施钾肥能够平衡土壤中 N、P、K、Ca、Mg 五要素营养成分，促进果实膨大，提高单粒重、可溶性固形物含量、果实硬度及品质指数。
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摘要
为制定基于品质指数的最佳理论施肥方案及营养诊断标准，研究了不同施肥配比和植株矿质元素变化动态与品质形成的关系。以设施‘87-1’葡萄为试材，连续多年进行 5416 配方施肥试验，测定植株矿质元素含量及果实品质，并对其进行 Topsis 综合评价，计算品质指数。研究矿质元素含量与品质指数的相关性，确定营养诊断因子。应用非完全正交方差分析法和组分营养诊断法分别制定最佳综合品质的施肥方案及营养诊断标准。研究结果表明，单粒重在各处理条件下的分布范围是 4.3 ～ 5.0 g。T10 处理的可溶性固形物含量最高，为 18.5%。T3 处理的果实硬度最高，为 471.9 g。T3 处理的品质指数最高，为 0.6071；除 T6、T8、T14、T16 处理外，其他处理品质指数均高于 T1 处理，增幅为 1.8% ～ 33.4%。成熟期果实 N、成熟期叶柄 P、成熟期叶柄 K、成熟期叶片 Ca、转色期叶柄 Mg 被选作为营养诊断因子。高优园矿质元素含量适宜范围为 N 1.0 ～ 2.4 mg/g、P 1.0 ～ 3.0 mg/g、K 4.0 ～ 10.4 mg/g、Ca 2.9~9.6 mg/g、Mg 0.6 ～ 9.7 mg/g，低优园的需肥顺序为 K>Ca>N>Mg>P，其中 K 和 Ca 元素含量表现偏低，其他元素含量充足。当单粒重、可溶性固形物、硬度和品质指数达到最佳时，每公顷的建议施肥总量分别为 736.5、1332.0、788.3 和 1430.3 kg。在本试验条件下，品质指数达到最佳时的元素 N∶P∶K∶Ca∶Mg 理论配比为 3∶3∶4∶3∶2，其 N、P2O5、K2O、CaO、MgO 施肥量分别为 375.0、141.0、 506.3、337.5、70.5 kg/hm2 。
Abstract
To formulate the optimal theoretical fertilization scheme and nutritional diagnostic criteria based on quality index，the relationship between different fertilization ratios，changes of plant mineral elements and quality formation were explored. Taken the ‘87-1’grape in facility as the research object，the 5416 formula fertilizer experiment was carried out continuously to determine the mineral elements content and fruit quality of the plants，and a comprehensive Topsis evaluation was conducted and the quality index was calculated. The correlation between mineral element content and quality index was studied to determine nutritional diagnostic factors. The best comprehensive quality fertilization scheme and nutritional diagnostic criteria were established by using incomplete orthogonal analysis of variance and compositional nutrient diagnosis，respectively. The distribution range of single grain weight was 4.3-5.0 g. The total soluble solid content of T10 treatment was the highest, was 18.5%. The fruit firmness and quality index of T3 treatment were the highest, were 471.9 g and 0.6071，respectively. Except for T6，T8，T14 and T16 treatments，the quality index of other treatments were higher than that of T1 treatment，and the increase was 1.8%-33.4%. Fruit N，petiole P，petiole K and leaf Ca at maturation stage，and petiole Mg at veraison stage were selected as nutritional diagnostic factors. The suitable ranges of mineral element content in high-quality index were：N 1.0-2.4 mg/g，P 1.0-3.0 mg/g，K 4.0-10.4 mg/g，Ca 2.9-9.6 mg/ g，Mg 0.6-9.7 mg/g，the order of fertilizer requirement in low-quality index was K>Ca>N>Mg>P，in which the contents of K and Ca were relatively low，and the contents of other elements were sufficient. To reach the best single-grain weight，soluble solids， hardness and quality index，the recommended total amount of fertilization per hectare were 736.5，1332.0，788.3 and 1430.0 kg， respectively. Under the test conditions，the theoretical ratio of N∶P∶K∶Ca∶Mg when the quality index reaches the best was 3∶3∶4∶3∶2，and the fertilizer amounts of N，P2O5，K2O，CaO，MgO were 375.0，141.0，506.3，337.5，70.5 kg/hm2 ， respectively.
Keywords
facility cultivation ； ‘87-1’grape ； mineral elements ； fruit quality ； quality index ； nutritional diagnosis