栽培与土肥研究室养分管理岗位
王海波 刘凤之 王孝娣 史祥宾 冀晓昊 王小龙 张艺灿 王宝亮 刘畅
1 葡萄‘5416’测土配方施肥技术的研发依据
国家葡萄产业技术体系养分管理岗位借助树体解剖试验，历经10多年时间，研究发现鲜食葡萄和酿酒葡萄植株的氮、磷、钾、钙和镁含量分别为0.67~0.92%和0.85~0.94%、0.28~0.36%和0.52~0.70%、0.67~0.96%和0.68~0.70%、0.83~0.96%和0.33~0.34%、0.14~0.18%和0.13~0.15%。植物营养学中将植物体内含量大于0.5%的营养元素定义为大量元素、含量介于0.1%~0.5%为中量元素、含量低于0.1%为微量元素[1]。按照上述划分标准，针对鲜食葡萄和酿酒葡萄而言，传统上将氮、磷、钾三种营养元素定义为大量元素的做法与实际不符，同时考虑到营养元素磷和镁的重要性，今后在葡萄的营养与施肥研究中应将氮、磷、钾、钙和镁五种营养元素全部纳入考虑，但‘3414’测土配方施肥研究方案不能满足实际需要。鉴于此，养分管理岗位研究提出了葡萄‘5416’测土配方施肥研究方案并获发明专利，为葡萄养分的精准供应和葡萄专用配方肥的研发提供了有力工具，为葡萄按需和精准施肥的实施提供了技术支撑。
2 葡萄‘5416’测土配方施肥技术的概念和创新点
2.1 葡萄‘5416’测土配方施肥技术的概念
葡萄‘5416’测土配方施肥技术吸收了非完全实施正交试验的回归处理少、效率高的优点，是指基于葡萄营养元素的年需求规律，开展氮、磷、钾、钙和镁5因素，全年施肥量4水平的‘5416’非完全实施正交田间试验，固定产量以获得优质果品（产品）为目标，首先借助相关分析等统计方法，明确葡萄植株营养诊断的最佳取样时期和取样部位以及土壤营养诊断的最佳取样时期和取样位置，然后借助CND等方法，制定出葡萄植株及土壤的营养诊断标准和施肥建议，进而实现在葡萄的各关键生育阶段，将准确种类和数量的氮、磷、钾、钙和镁等肥料施入正确的位置，为按需施肥和精准施肥提供技术支撑。为确保数据的可靠性和实用性，本田间试验至少需开展3年以上。结合树体解剖，通过葡萄‘5416’测土配方施肥技术，可确定试验葡萄园土壤的供养分量和肥料利用率等关键的基础数据。
2.2 葡萄‘5416’测土配方施肥技术的创新点
（1）基于系统思维，充分考虑了各关键生育阶段之间以及各营养元素之间的互作，克服了过去多年生葡萄施肥研究方案只能针对单一生育阶段或单一营养元素而无法全面考虑的缺点。
（2）基于满足人民对美好生活的需要，明确了品质指数为评价标准。以生产优质果品（产品）为目标，将果品（产品）的品质指数作为评价标准，解决了过去基于产量不考虑果实/产品品质的缺陷，为葡萄产业的供给侧改革提供了技术支撑。
（3）基于市场导向，建立了消费者参与式的品质评价指标体系。基于消费者和销售商的调查问卷，确定了果品（产品）的品质指数。对于果品的品质评价而言，经调查问卷分析，消费者和销售商对果品的好看、好吃、好运等三类指标关注度最高，其中好看主要包括果皮亮度或色泽和单果（粒）重两指标、好吃主要包括可溶性固形物和特征香气（若品种没有典型香味则不予考虑）两指标、好运主要包括带皮硬度指标，上述指标按照一定权重（以消费者和销售商的调查问卷计算得出最佳）即可计算得出相应果品的品质指数。而对于产品如葡萄酒等品质的评价而言，主要通过代表性消费者的品鉴打分计算得出相应产品的品质指数。
（4）基于根域管理理念，建立了土壤样品的取样标准。根据葡萄植株吸收根的分布情况，确定土壤样品采集的取样位置[距中心干的水平位置和垂直位置（深度）]和不同位置土样的混合比例。例如，施肥位置土壤的取样数量由施肥位置吸收根占整个根域吸收根的比例确定，暨施肥位置土壤样品占土壤总样品的比例与施肥位置吸收根占整个根域吸收根的比例相同。
3 葡萄‘5416’测土配方施肥技术的实施
3.1 关键参数基础数据的确定
3.1.1 葡萄营养元素年需求规律图的绘制
以生长健壮且处于盛果期的葡萄为试材，萌芽前至少选取21株长势一致的葡萄植株做好编号，于萌芽、始花、末花、种子发育/果实缓慢生长、果实转色/软化、果实采收和落叶休眠7个关键时期各选取至少3株植株进行刨树并将其解剖为根系、主干、主枝（蔓）、枝条、叶片、叶柄、花或果实等部位，测定各部位的氮、磷、钾、钙和镁等营养元素的含量并计算萌芽~始花、始花~末花、末花~种子发育/果实缓慢生长、种子发育期/果实缓慢生长~果实转色/软化、果实转色/软化~成熟采收、果实采收~植株落叶休眠等关键生育阶段植株对氮、磷、钾、钙和镁等营养元素的需求量，然后根据公式（1）-（3）计算得出各关键生育阶段植株对氮、磷、钾、钙和镁等营养元素的需求量占整个年生育周期需求量的比率，最终绘制出葡萄对营养元素的年需求规律图[图1]。为消除年际间差异，试验至少需要3年以上。
整株植株所含营养元素的量=∑（植株各部位该营养元素浓度×对应部位的干质量）·········································································································公式（1）
某生育阶段营养元素的需求量=该生育阶段后一生育时期整株植株所含该营养元素的量－该生育阶段前一生育时期整株植株所含该营养元素的量··································公式（2）
某生育阶段营养元素的分配比率（%）＝整株植株该生育阶段该营养元素的需求量/整株植株全年该营养元素的需求量×100%·····························································公式（3）
3.1.2 葡萄营养元素年需求量的确定
结合葡萄营养元素年需求规律图的绘制，按照公式（4）计算出生产单位产量（100 kg）果实所需的氮、磷、钾、钙和镁等营养元素的年需求量，单位为kg或g。为消除年际间差异，试验至少需要3年以上。
生产100 kg果实营养元素的年需求量=[单株葡萄该营养元素的年需求量/单株葡萄的果实产量（以kg计）]×100··········································································公式（4）
3.1.3 果园土壤年供养分量的测定
在代表性地块上进行不施肥的田间小区（每小区至少4株树以上供试葡萄）试验，该试验小区葡萄的年养分吸收量就是该类型土壤的年供养分量，单位为kg或g/667m2。一般通过公式法和树体解剖法计算得出，其中公式法简单易行，但准确性不如树体解剖法。
（1）公式法：按照公式（5）计算得出该类型土壤代表性地块的年供养分量。
土壤的年供养分量=不施肥区单株葡萄的年养分吸收量×栽培密度（株数/666.7m2）=[单株葡萄实际产量/100）×生产100 kg果实该养分的年需求量]×栽培密度（株数/666.7m2）······················································································公式（5）
（2）树体解剖法：第一步萌芽前至少选取8株长势一致且生长健壮的盛果期葡萄做好编号作为供试材料，将其中半数葡萄于萌芽前刨树、解剖并测定各部位的养分含量，计算出单株葡萄植株所含的总养分量；第二步于果实成熟期采收剩余半数葡萄的果实测定其养分含量，计算出单株葡萄果实所含的总养分量；第三步于落叶期收集所有落叶，同时刨树解剖并测定各部位的养分含量，计算出单株葡萄植株所含的总养分量；第四步按照公式（6）计算出该类型土壤代表性地块的年供养分量。
土壤的年供养分量=不施肥区单株葡萄的年养分吸收量×栽培密度（株数/666.7m2）=[（落叶期测定的单株葡萄植株所含的总养分量+果实成熟期测定单株葡萄果实所含的总养分量-萌芽前单株葡萄植株所含的总养分量]×栽培密度（株数/666.7m2）·········公式（6）
各地应按土壤类型，分品种和栽培模式进行多点试验，取得可靠数据后，方可估算土壤的年供养分量。
3.1.4 肥料养分含量的测定
化肥和商品有机肥的养分含量按出厂包装袋上标明的含量或测定值，农家肥的养分含量按测定值。
3.1.5 肥料养分利用率的测定
肥料的养分利用率受土壤肥力、施肥量、灌溉、施肥方式和土壤条件等影响，化学肥料利用率低，是一个全球性问题，在中国尤其突出。一般情况下，常见肥料的当季利用率如下：碳酸氢铵氮元素的利用率为30~35%、过磷酸钙磷元素的利用率为25%、钙镁磷肥磷元素的利用率为20%、尿素氮元素的利用率为45~50%、磷酸二铵磷元素和氮元素的利用率分别为30%和50%、硝酸铵氮元素的利用率为50～55%、硫酸钾钾元素的利用率为50%、硫酸铵氮元素的利用率为55～60%、有机肥中氮磷钾三元素的利用率为20～30%、复合肥中氮磷钾三元素的利用率略高于同类单质肥或相当、人粪尿氮元素的利用率为55～60%。肥料养分利用率的准确数值需要通过田间施肥试验按照公式（7）计算获得。
肥料的养分年利用率（%）=（施肥区单株葡萄的年养分吸收量-不施肥区单株葡萄的年养分吸收量）/单株葡萄所施肥料中该养分的总量×100···························公式（7）
3.2‘5416’正交施肥田间试验
‘5416’正交施肥田间试验即氮、磷、钾、钙和镁5因素，0、1（0.5倍）、2（1.0倍）和3（1.5倍）施肥量4水平，16个处理的非完全实施的正交试验（表1）。
试验中氮、磷、钾、钙和镁5营养元素的施用量为全年施肥量，其中2（1.0倍）水平施肥量根据公式（8）~公式（10）计算得出。试验过程中，不同生育阶段5营养元素的施用量基于葡萄矿质营养年需求规律图根据公式（11）计算得出。果实成熟时测定果实的产量和品质，进行统计分析，以固定产量生产出优质果品为目标，首先得出氮、磷、钾、钙和镁等营养元素全年的最优施肥配比和施肥量，然后基于葡萄矿质营养年需求规律图计算得出不同生育阶段的氮、磷、钾、钙、镁等元素的最优施肥配比和施肥量，实现按需施肥。
2（1.0倍）水平667m2全年施肥量=[667m2生产目标产量果实营养元素的年需求量-667m2果园土壤的年供养分量]/[肥料的养分含量×肥料的养分年利用率]···············公式（8）
2（1.0倍）水平单株全年施肥量=2（1.0倍）水平667m2全年施肥量/栽培密度（株/667m2）···························································································公式（9）
2（1.0倍）水平试验用全年施肥量=2（1.0倍）水平单株全年施肥量×每试验处理葡萄株数································································································公式（10）
某生育阶段某营养元素的施肥量=该营养元素的全年施肥量×该营养元素该生育阶段的分配比率··························································································公式（11）
中国幅员辽阔，各地施肥的具体条件差异很大，目标产量的需养分量、土壤的供养分量、肥料的养分利用率等关键参数也不尽相同，对施肥量的估算应因地制宜。
试验表明，每次‘5416’田间试验得出的最优施肥配比和施肥量，最多可用3年，3年后需重新开展‘5416’田间试验确定最优施肥配比和施肥量。
3.3 葡萄植株及果园土壤营养诊断标准的制定
基于‘5416’测土配方施肥田间试验，于萌芽、始花、末花、果实种子发育/果实缓慢生长、果实转色/软化、果实成熟采收和落叶休眠7个关键生育期采集16个施肥处理的葡萄植株不同部位的植物样品（叶片、叶柄、花或果实）和不同位置、不同深度的土壤样品（根据葡萄植株吸收根的分布情况，确定土壤样品采集的取样位置[距中心干的水平位置和垂直位置（深度）]和不同位置土样的混合比例），然后测定植株样品的营养元素总含量和土壤样品营养元素的有效含量。为减少年际间差异，试验要求至少连续开展3年以上。数据全部测完后，首先对不同部位的植株样品矿质元素的总含量和土壤样品的矿质元素的有效含量与果实品质进行相关性分析，以显著相关为判断标准，确定植株营养诊断的最佳取样时期和取样部位以及土壤营养诊断的最佳取样时期和取样位置；然后，采用CND等方法，以固定产量获得优质果品为目标，制定出植株及土壤的营养诊断标准和相应施肥建议，进而实现基于测土配方的精准施肥。
4‘5416’测土配方施肥技术的应用
4.1 葡萄同步全营养配方肥的概念
葡萄同步全营养配方肥是指基于葡萄的营养年需求规律和土壤的供养分量、肥料的养分利用率、肥料的养分含量等基础数据，借助葡萄‘5416’测土配方施肥技术，确定葡萄各关键生育阶段氮、磷、钾、钙和镁等养分的配比和相应肥料种类，进而由化学方法或物理方法制成的肥料。葡萄同步全营养配方肥中的同步是指肥料中各养分的配比与葡萄的营养年需求规律同步；全营养是指肥料中各养分的种类根据土壤的养分释放特性和葡萄的营养需求特性确定，满足了优质果品生产对必需营养元素的需求。
4.2 葡萄同步全营养配方肥配方的确定
基于制定的果园土壤营养诊断标准，根据测土配方数据，确定葡萄同步全营养配方肥的配方。第一步，首先确定全年施肥的肥料配方；第二步，根据葡萄的营养年需求规律，确定各关键生育阶段施肥的肥料配方。
4.2.1 葡萄同步全营养配方肥全年配方的确定
（1）土壤养分有效含量介于土壤营养诊断标准的下限和上限之间：当待施肥果园的土壤中某营养元素的有效含量介于土壤营养诊断标准的下限和上限之间时，该果园该营养元素的667m2全年施用量由公式（12）计算得出。
b=a×[(x2-x)/(x2-x1)]······························································
····公式（12）
公式中：b为某营养元素667m2的全年施用量；x为待施肥果园土壤某营养元素的有效含量；x1为土壤营养诊断标准的下限，当土壤中某营养元素有效含量与土壤营养诊断标准的下限相同时，该营养元素的施用量为a；x2为土壤营养诊断标准的上限，当土壤中某营养元素有效含量与土壤营养诊断标准的上限相同时，该营养元素的施用量为0。
（2）土壤养分有效含量低于土壤营养诊断标准的下限：当待施肥果园的土壤中某营养元素的有效含量低于土壤营养诊断标准的下限时，该果园该营养元素的667m2全年施用量由公式（13）计算得出。
b=a+(x1-x)×[Pb×（s×h）]·························································公式（13）
公式中：b为某营养元素667m2的全年施用量；x为待施肥果园土壤某营养元素的有效含量；x1为土壤营养诊断标准的下限，当土壤中某营养元素有效含量与土壤营养诊断标准的下限相同时，该营养元素的施用量为a；Pb为土壤容重[7]；s为根域面积（根系的集中分布面积，受树种、品种、砧木和栽培模式等影响。一般情况下，葡萄等为叶幕面积的1/5~1/4，矮化密植栽培的桃、苹果和梨等为行距的1/5~1/4）；h为根域深度（根系的集中分布深度，受树种、品种、砧木和栽培模式等影响。一般情况下，葡萄和桃等葡萄为40cm、苹果和梨等葡萄为60cm）
（3）土壤养分有效含量高于土壤营养诊断标准的上限：当待施肥果园的土壤中某营养元素的有效含量高于土壤营养诊断标准的上限，表明该果园土壤中该营养元素过量，该营养元素的施用量为0。
4.2.2 葡萄同步全营养配方肥各关键生育阶段配方的确定
待
施肥果园某关键生育阶段营养元素的667m2施用量由公式（14）计算得出。
c=b×d·····················································································公式（14）
公式中：c为待施肥果园某关键生育阶段某营养元素的667m2施用量；b为该果园该营养元素的667m2全年施用量；d为该生育阶段该营养元素的分配比率，由公式（3）计算得出。
4.3 葡萄同步全营养配方肥的应用效果
借助葡萄‘5416’测土配方施肥技术，中国农业科学院葡萄研究所与石河子市郁茏生物肥料有限公司等联合，研发出国内首款葡萄同步全营养配方肥（登记号：WLSRXJ2021-00038、ZLSRXJ2021-00031、DLSRXJ2021-00054），经中试表明，在葡萄和桃等葡萄上应用效果良好。
4.3.1 鲜食葡萄
在新疆生产建设兵团第八师中试园，与常规施肥相比，施用葡萄同步全营养配方肥不仅使化肥减施20%～60%；而且使果实品质指数增加32.6～106.0%，果实品质显著提升。
4.3.2 酿酒葡萄
在山东君顶酒庄中试园，①与常规施肥对照相比，施用葡萄同步全营养配方肥在保证产量的基础上，不仅使化肥总量减施60%以上、氮肥和磷肥减施70%以上、钾肥减施80%以上；而且葡萄酒品质显著提升，利用霞多丽、梅乐和赤霞珠等原料酿造的葡萄酒品鉴综合评分增加3.7%以上（表2）。②常规施肥对照的贵人香葡萄果实不能正常成熟，收获时果实可溶性固形物仅达14~15%；而施用葡萄同步全营养配方肥后，贵人香葡萄收获时果实的可溶性固形物高达18~19%。
