栽培与土肥研究室养分管理岗位
王海波 刘凤之 王小龙 史祥宾 冀晓昊 李银萍 于坤淼
为进一步完善葡萄‘5416’测土配方精准施肥技术，对环渤海湾传统优势产区辽宁兴城中国农业科学院果树研究所砬子山基地的设施促早栽培和露地栽培的‘87-1’鲜食葡萄矿质营养需求规律进行挖掘，具体结论如下：
1.1 干物质规律
为明确栽培模式、生长阶段和组织类型对葡萄矿物质元素吸收与分配的影响，需进一步分析葡萄的生物量积累规律。露地栽培和设施栽培葡萄的地上部生物量从初花期开始逐渐增加，盛花末期至种子发育期持续增长，初花期-盛花末期和种子发育期-转色期基本保持稳定，最终在成熟期前再次急剧增加（表2）。成熟期的生物量最高，设施栽培和露地栽培葡萄成熟期的生物量分别约为转色期的1.4倍和1.2倍。成熟期时，新梢、叶片、叶柄和果实的年生长量对设施栽培葡萄地上部总生物量的贡献率为54.6%，对露地栽培葡萄的贡献率为44.7%。设施栽培葡萄果实发育的干物质最大增长率出现在转色期-成熟期（35.6%），其次是盛花末期-种子发育期（32.3%）；而露地栽培葡萄果实发育的干物质最大增长率出现在盛花末期-种子发育期（22.8%），转色期-成熟期（21.3%）次之。设施栽培葡萄的新梢生物量增长率呈现两个明显阶段：初期快速增长，成熟期达到135.0%，随后增长减缓，落叶期降至84.9%；露地栽培葡萄的新梢生物量增长率在盛花末期-种子发育期达到最大值（118.3%）。设施栽培葡萄的叶片生物量增长率在盛花末期-落叶期保持相对稳定（8.4%-15.9%），而露地栽培葡萄的叶片生物量增长率在种子发育期-转色期急剧增加（70.3%）。结合生长阶段和栽培模式，分析生物量积累的差异，为后续葡萄矿物质元素供应的精准调控和营养管理优化提供了核心生物量水平依据。
1.2 矿物质营养积累
不同组织中，两种栽培模式下矿物质元素的积累在不同生长阶段存在差异（图1）。除萌发期外，设施栽培葡萄根系中氮和磷的积累在其他所有生长阶段均比露地栽培高38.0%-212.5%；在萌发期、转色期、成熟期和落叶期，露地栽培葡萄根系中钾、钙和镁的积累比设施栽培高4.3%-102.9%。转色期和成熟期，设施栽培葡萄根系中铁、锰、锌、铜、硼和钼的积累比露地栽培高30.9%-1626.7%。所有生长阶段中，露地栽培葡萄树干中磷、钾、钙、铁、铜和硼的积累比设施栽培高36.4%-933.7%。种子发育期至落叶期，露地栽培葡萄主蔓中钙、铁、铜和硼的积累比设施栽培高12.2%-391.7%；萌发期、成熟期和落叶期，设施栽培葡萄主蔓中氮、锰、锌和钼的积累比露地栽培高9.0%-899.5%；萌发期至种子发育期，设施栽培葡萄主蔓中钾和镁的积累比露地栽培高3.4%-100.2%。
转色期至成熟期，露地栽培葡萄新梢中氮、磷、钾和铜的积累比设施栽培高6.5%-101.8%；初花期、盛花末期和落叶期，设施栽培葡萄新梢中镁、锰和钼的积累比露地栽培高7.4%-657.7%；落叶期，设施栽培葡萄新梢中铁、锌、钙和硼的积累比露地栽培高59.4%-1301.6%。初花期至落叶期，露地栽培葡萄叶片中钾、钙和镁的积累比设施栽培高3.9%-268.6%；但初花期和落叶期，锰和钼的积累呈现相反趋势，设施栽培葡萄叶片中锰和钼的积累比露地栽培高3.3%-503.4%。初花期、转色期和成熟期，露地栽培葡萄叶柄中氮、钾、钙、镁和铜的积累比设施栽培高15.0%-149.5%；相反，初花期、转色期和成熟期，设施栽培葡萄叶柄中锰、锌和钼的积累比露地栽培高38.8%-602.6%。初花期的花序和转色期的果实中，露地栽培葡萄的氮、磷、钾、钙和镁的积累比设施栽培高20.3%-283.0%；转色期和成熟期的果实中，设施栽培葡萄的锰、锌和钼的积累比露地栽培高136.7%-838.8%；盛花末期和成熟期的果实中，露地栽培葡萄的铁、铜和硼的积累比设施栽培高12.1%-300.6%，而转色期的果实中，设施栽培葡萄的铁、铜和硼的积累比露地栽培高26.9%-103.0%。综上，葡萄不同组织中矿物质元素的积累对栽培模式的响应具有显著的组织特异性和生长阶段依赖性，这种差异为不同栽培模式下葡萄各生长阶段营养供应策略的针对性优化提供了直接依据。
1.3 矿物质营养季节吸收规律
从露地栽培和设施栽培葡萄对不同矿物质元素的吸收模式来看，两种栽培模式在大量元素和微量元素的吸收上呈现显著的特异性差异（图2）。露地栽培和设施栽培葡萄对氮、磷、铁和铜的需求相对稳定，栽培模式对氮、磷、铁和铜的总吸收量无显著影响（P<0.05）。露地栽培葡萄对钾（7.4 g）、钙（11.8 g）、镁（3.4 g）和硼（9.0 g）的吸收量显著高于设施栽培，增幅为53.3%-227.7%；设施栽培葡萄对锰（33.9 g）、锌（211.6 g）和钼（1.9 g）的吸收量显著高于露地栽培，增幅为203.4%-661.9%（P<0.05）。设施栽培葡萄的大量元素吸收顺序为Ca>K>N>P>Mg，各元素间的吸收量存在显著差异（P<0.05）；微量元素吸收顺序为Zn>Fe>Mn>Cu>B>Mo，其中锌（211.6 g）、铁（181.2 g）和锰（33.9 g）的吸收量存在显著差异（P<0.05）。露地栽培葡萄的大量元素吸收顺序为Ca>K>N>Mg>P，各元素间的吸收量存在显著差异（P<0.05）；微量元素吸收顺序为Fe>Zn>Cu>Mn>B>Mo，其中铁（172.9 g）、锌（54.5 g）和铜（18.0 g）的吸收量存在显著差异（P<0.05）。综上，两种栽培模式不仅在葡萄对元素的总吸收量上存在显著的偏好性差异，在元素的内部吸收顺序上也表现出明显差异，这一特征为进一步制定不同栽培模式的差异化矿物质元素供应方案、精准匹配葡萄营养需求提供了关键参考。
葡萄不同生长阶段各元素的吸收占比存在差异，尤其是最大吸收阶段的差异更为显著（图3）。萌发期至初花期，设施栽培（21.8%）和露地栽培（27.9%）葡萄的氮吸收占比均最高，且露地栽培葡萄在此期间铁（36.8%）和锰（36.3%）的吸收占比也最高。初花期至盛花末期无元素的吸收占比达到最大值，这可能与该生长阶段持续时间较短有关。盛花末期至种子发育期，设施栽培葡萄的硼（27.1%）和钾（28.8%）吸收占比最高，而露地栽培葡萄的钼（44.0%）吸收占比在此阶段达到最大值。种子发育期至转色期，设施栽培葡萄的锰（64.1%）吸收占比最高，露地栽培葡萄的铜（45.8%）吸收占比在此期间达到最大值。转色期至成熟期，设施栽培葡萄的钙（46.7%）、铁（29.6%）、锌（54.1%）和钼（40.9%）吸收占比最高；相反，露地栽培葡萄的磷（29.0%）、钾（37.4%）、钙（34.9%）、镁（37.2%）和硼（35.3%）吸收占比在此阶段达到最大值。成熟期至落叶期，设施栽培葡萄的磷（24.8%）、镁（37.6%）和铜（40.2%）吸收占比最高，而露地栽培葡萄的锌（47.6%）吸收占比在此期间达到最大值。根据葡萄不同生长阶段各元素的吸收占比，尤其是明确其最大吸收阶段，可以精准安排施肥时间，确保肥料在葡萄对元素需求最强烈的时期被高效吸收利用，从而更好地满足葡萄生长过程中的元素需求，促进葡萄优质生产。
1.4 矿物质营养的组织特异性分配
在设施栽培和露地栽培两种模式下，各矿物质营养在葡萄不同器官中的分布模式存在显著差异（P<0.05）（图4）。设施栽培葡萄的氮、钙、镁、锰、铜、硼，以及露地栽培葡萄的氮、钙、锰，在营养器官（NO）中的吸收量显著高于储存器官（SO）和生殖器官（RO）。设施栽培葡萄的铁、锌、钼，以及露地栽培葡萄的铁、铜，在器官中的吸收量呈现SO>NO>RO的模式，且三类器官间存在显著差异。同时，栽培模式对同一器官吸收特定营养的影响也十分明显：设施栽培葡萄储存器官中氮、锰、锌、钼的吸收量，营养器官中铁、锰、锌、钼的吸收量，以及生殖器官中锰、锌、钼的吸收量均显著高于露地栽培；相反，露地栽培葡萄储存器官中钾、钙、镁、硼的吸收量，营养器官中氮、镁的吸收量，以及生殖器官中氮、磷、钾、钙、镁、铁、铜、硼的吸收量均显著高于设施栽培。
为促进养分的合理循环利用，明确营养器官中茎、叶和叶柄的吸收占比是关键前提（图5）。设施栽培葡萄中，所有供试元素的吸收占比均呈现茎>叶>叶柄的顺序（P<0.05），其中茎的吸收占比显著高于叶10.8%-938.0%，叶的吸收占比显著高于叶柄35.9%-992.3%。露地栽培葡萄中，除镁和钼外，所有供试元素的吸收占比均呈现叶>茎>叶柄的顺序（P<0.05），其中叶的吸收占比显著高于茎2.8%-299.2%，茎的吸收占比显著高于叶柄43.6%-1316.5%。茎中所有供试元素的吸收占比均为设施栽培高于露地栽培（P<0.05），增幅为17.1%-351.8%；相反，叶中所有供试元素的吸收占比均为露地栽培高于设施栽培（P<0.05），增幅为7.4%-817.3%。叶柄中，设施栽培葡萄的铁、铜、钾、氮、硼吸收占比高于露地栽培（P<0.05），增幅为16.3%-109.2%；露地栽培葡萄的镁、钙、钼、锌、磷吸收占比高于设施栽培（P<0.05），增幅为10.0%-103.5%。明确各器官间的养分分布差异，为未来制定葡萄枝条、叶片等废弃器官的精准循环利用方案提供了重要理论依据。
1.5 矿物质营养的季节特异性与组织特异性分类
矿物质营养的季节特异性与组织特异性分类会随着栽培模式、器官类型和生长发育阶段的变化而不断动态调整（图6），以适应葡萄不同时期的营养需求。根据Grusak（2001）的定义标准，植物中浓度大于干组织重量0.1%的元素为大量元素，浓度小于干组织重量0.01%的元素为微量元素，本研究对‘87-1’葡萄矿物质营养的季节特异性与组织特异性进行了分类。
设施栽培和露地栽培葡萄中，氮、磷、钾、钙、镁在所有供试生长阶段和整个生长周期的平均浓度均高于1 mg·g-1（图6A）。设施栽培和露地栽培葡萄的铁在各供试生长阶段和整个生长周期的平均浓度均超过0.1 mg·g-1，其中设施栽培葡萄的铁平均浓度为334.4 mg·kg-1-466.4 mg·kg-1，露地栽培葡萄的铁平均浓度为354.5 mg·kg-1-502.7 mg·kg-1（图6B）。设施栽培葡萄的锌在转色期、成熟期、落叶期和整个生长周期的平均浓度均高于0.1 mg·g-1，而在其他供试生长阶段的平均浓度低于0.1 mg·g-1。设施栽培和露地栽培葡萄的锰、铜、硼、钼在所有供试生长阶段和整个生长周期的平均浓度均低于0.1 mg·g-1。
设施栽培和露地栽培葡萄中，氮、磷、钾、钙、镁在所有供试器官中的平均浓度均高于1 mg·g-1（图6C）。设施栽培和露地栽培葡萄的铁在所有供试器官中的平均浓度均高于0.1 mg·g-1（图6D），其中设施栽培和露地栽培葡萄根系的铁平均浓度最高，分别达到1752.3 mg·kg-1和1041.6 mg·kg-1。设施栽培葡萄中，除叶片和叶柄外，所有供试器官的锰平均浓度均低于0.1 mg·g-1；此外，设施栽培葡萄中，除生殖器官（果实）外，所有供试器官的锌平均浓度均高于0.1 mg·g-1，范围为124.9 mg·kg-1-269.8 mg·kg-1。设施栽培葡萄所有供试器官中的铜、硼、钼平均浓度，以及露地栽培葡萄所有供试器官中的锰、锌、铜、硼、钼平均浓度均低于0.1 mg·g-1。
2 结论
除盛花末期外，设施栽培葡萄的总生物量增长率比露地栽培高2.3%-67.5%；所有生长阶段中，设施栽培葡萄的果实生物量占比比露地栽培高4.8%-88.8%，根系生物量增长率比露地栽培高47.9%-948.8%。大量元素吸收方面，设施栽培葡萄的吸收顺序为Ca>K>N>P>Mg，微量元素吸收顺序为Zn>Fe>Mn>Cu>B>Mo；而露地栽培葡萄的大量元素吸收顺序为Ca>K>N>Mg>P，微量元素吸收顺序为Fe>Zn>Cu>Mn>B>Mo。设施栽培和露地栽培葡萄在萌发期至初花期的氮吸收占比均最高，分别为21.8%和27.9%。设施栽培葡萄在盛花末期至种子发育期的钾吸收占比最高（28.8%），转色期至成熟期的钙（46.7%）和锌（54.1%）吸收占比达到峰值；露地栽培葡萄在转色期至成熟期的钾（37.4%）和钙（34.9%）吸收占比最高，成熟期至落叶期的锌吸收占比达到峰值（47.6%）。营养器官（NO）的养分吸收占比方面，设施栽培葡萄表现为茎>叶，露地栽培葡萄则为叶>茎。特定生长阶段或组织中，铁和锌的浓度超过0.1 mg·g⁻¹，突破了传统微量元素的浓度界限。这些发现系统阐明了设施与露地栽培‘87-1’葡萄矿物质营养动态的差异，为制定差异化营养管理策略、优化葡萄产量和果实品质提供了关键理论支撑。