水肥协同对葡萄果粒生长、产量及品质的影响

张超，白云岗，柴仲平，刘旭辉，刘洪波，郑明，丁平，江柱

水肥协同对葡萄果粒生长、产量及品质的影响

张超1,2，白云岗2*，柴仲平1，刘旭辉1,2，刘洪波2，郑明2，丁平2，江柱2

（1.新疆农业大学 资源与环境学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

【目的】探究滴灌条件下适宜葡萄生长并有利于提高葡萄产量和品质的水肥协同模式。【方法】以多年生“无核白”葡萄为供试对象，设置3个灌水水平（W1：10 950 m3/hm2、W2：9 150 m3/hm2、W3：7 800 m3/hm2）和3个施氮水平（N1：750 kg/hm2、N2：450 kg/hm2、N3：300 kg/hm2），共计9个处理，每个处理重复3次，开展田间水肥协同试验，研究不同水肥耦合模式对葡萄果粒生长发育、产量及品质的影响。【结果】W2N2处理下葡萄外观品质、百粒质量、产量、可溶性固形物量及硬度均优于其他处理，而W2N3处理的固酸比最优，但与W2N2处理差异不显著，W1N1处理葡萄维生素C量最优，并与其他各处理差异显著。【结论】综合考虑葡萄各项指标，W2N2处理（灌水量为9 150 m3/hm2、施氮量为450 kg/hm2）为最优的水肥耦合模式。通过建立水肥输入量与葡萄产量的二元二次回归模型，确定高产的水、肥最适宜用量分别为9 723 m3/hm2、557 kg/hm2，目标产量为38 636.53 kg/hm2。

果粒形态；百粒质量；产量；品质

0 引 言

【研究意义】吐哈盆地位于新疆东部，具有光热充足、日照时间长的优势。当地瓜果品质优良，葡萄作为该地区的代表性经济作物，是该地区农业生产的支柱性产业。受西风带气候影响，该地区夏季高温多风，年平均降水量仅为16.5 mm，而年平均蒸散量却高达3 300 mm，蒸降比高达200∶1，水资源短缺已成为当地农业生产亟须解决的难题[1]。目前，该地区仍主要采用沟灌的灌溉方式，不仅造成了水资源浪费，还造成土壤养分流失。此外，田间施氮缺乏统一的技术指导，导致葡萄营养不均衡，影响产量与品质[1-2]。合理的水肥耦合模式可以达到“以肥促水，以水调肥”的效果，充分发挥水肥协同效应，减少水肥用量，提高产量和品质，对于提高葡萄水肥生产效率，防治农业面源污染，促进灌区可持续发展具有重要意义。【研究进展】近年来，诸多国内外学者在水肥协同与调控方面做了大量的研究工作。张江辉等[3]研究发现，水分、肥料在一定范围内具有明显的正效应，同时还存在着显著的耦合效应。曹晓庆等[4]在研究膜下滴灌施氮对樱桃产量及品质的影响时发现中水高肥（灌水定额209.7 m3/hm2，施氮量150 kg/hm2）可使产量、品质与水分利用效率达到最高。王评等[5]研究发现，灌水量、施氮量过高或过低均不利于核桃树体生长、果实产量及品质的提升。刘诚等[6]在研究不同水肥配比对小麦生育性状的影响中得出施氮量和灌水量与株高呈正相关；施磷量与穗粒数呈正相关；施氮量和灌水量、千粒质量呈正相关。Hatfield等[7]认为，合理的水肥管理模式可以提高作物产量及水分利用效率。史星雲等[8]研究指出，在一定范围内，酿酒葡萄生长及品质随水肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，合理的水肥管理有利于酿酒葡萄新梢生长及品质改善，水肥施用过多或过少都会导致葡萄品质下降[9]。【切入点】目前，水肥协同已逐步成为研究作物调质增效的关键要素，诸多学者在水肥模式对作物的影响方面已取得了大量研究成果，但对于极端干旱区“无核白”葡萄的最优水肥耦合模式的研究较少。【拟解决的关键问题】鉴于此，以吐鲁番“无核白”葡萄作为试验材料，通过田间小区试验，设计不同的水肥耦合处理，探明不同水肥处理下葡萄果粒各项指标及产量的影响，得出极端干旱区最适宜的水肥协同模式，为实现葡萄优质高产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年4—9月在新疆吐鲁番市鄯善县葡萄瓜果研究中心试验基地开展，试验区坐标42.91°N，90.30°E，海拔419 m。试验区年平均降水量25.3 mm，年平均蒸发量2 751 mm，有效积温4 522.6～5 548.9 ℃，全年日照时间2 900～3 100 h，无霜期192～224 d，土壤质地为砾石沙壤土。

供试葡萄品种为“无核白”葡萄，于2012年定植，试验开始前树龄为8 a，大沟定植，东西走向，沟长54 m，沟宽1.0 m，沟深0.5 m，株距1.5 m，行距4.0 m。栽培方式为棚架栽培，棚架高度2.0 m。

1.2 试验设计

田间灌溉方式为滴灌，滴灌带布置方式为1沟3管，即主根二侧30 cm处各设置1条滴灌带，棚架下设置1条滴灌带，滴灌带直径为16 mm，滴头间距为30 cm，滴头流量为3.2 L/h。灌水量设置3个水平（高水W1：10 950 m3/hm2、中水W2：9 150 m3/hm2、低水W3：7 800 m3/hm2），施氮量设置3个水平（高肥N1：750 kg/hm2、中肥N2：450 kg/hm2、低肥N3：300 kg/hm2），采用田间随机组合方式，共计9个处理，每个处理设3个重复，共计27个试验小区，每个试验小区面积为48 m2，具体方案见表1。施用氮肥为尿素（含氮46%），随水施氮。

表1 试验灌水施氮量

1.3 测定项目及方法

1.3.1 葡萄外观测定

葡萄进入果实膨大期后，每个处理随机选取10串生长良好的果穗，在每串果穗的上、中、下部位各取3粒葡萄果实，共计90粒，用游标卡尺对果粒进行纵径、横径测量，果形指数用果粒纵、横径之比来描述。每20天测定1次，以分析葡萄果粒形态的动态变化。

1.3.2 葡萄百粒质量测定

在葡萄成熟采摘期，每个处理挑选100粒大小均一、健康的果粒，用电子秤称取质量。

1.3.3 葡萄产量测定

在葡萄成熟采摘期，统计好每个处理的葡萄总穗数，同时在每个处理中随机摘取20穗有代表性的葡萄，所摘葡萄尽量能够反映整个处理葡萄的生长状况，并对每穗葡萄称取质量，取均值得到该处理的单穗质量，用总穗数与单穗质量的乘积得到小区的总产量，通过各小区总产量与实际面积的比值得到单位面积产量，最后换算成每公顷产量。

1.3.4 葡萄品质测定

在葡萄成熟采摘期，每个处理随机选取10串长势均一、生长良好的果穗，使用手持式折光仪测定可溶性固形物量；用滴定法测定可滴定酸量，以酒石酸计；维生素C量采用钼蓝比色法测定；用可溶性固形物量与可滴定酸量的比值表示固酸比；用GY-4型水果硬度计测定果粒硬度。

1.4 数据分析

采用Excel 2020进行统计分析并作图，采用双因素Duncan’s新复极差法对各处理进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 水肥协同对葡萄外观品质的影响

图1为葡萄果粒纵径动态变化情况。各处理果粒纵径前期增长速度较快，而后逐渐趋于平缓。相同灌水量条件下，果粒纵径增长随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，增加施氮量可以促进果粒纵径的生长；相同施氮量条件下，果粒纵径增长随着灌水量的增加呈先增加后减小的趋势，合理的灌水量有利于果粒纵径生长。在低施氮量条件下，增加灌水量对果粒纵径的生长影响较小。W2N2处理果粒纵径动态生长最优，其次为W2N1处理。图2为葡萄果粒横径动态变化情况。横径同样是前期增长速度较快，而后逐渐趋于平缓。不同处理下果粒横径动态生长情况没有明显差异，坐果后20～40 d，W3N1处理果粒横径生长最优，坐果40d后，W3N2处理果粒横径生长状况最优。

葡萄成熟采摘后各处理果粒形态见表2。灌水量和施氮量对果粒纵径、横径和果形指数的影响均达到了极显著水平（<0.01），水肥协同对果粒纵径的影响达到了显著水平（<0.05），对果粒横径和果形指数的影响达到极显著水平（<0.01）。W1和W3灌水量条件下，果粒纵径随着施氮量的增加呈逐渐增大的趋势，而果粒横径呈先增大后减小的趋势；W2灌水量条件下，果粒纵径随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势，果粒横径呈逐渐减小的趋势，果形指数无明显变化规律。相同施氮量条件下，果粒纵径随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势，果粒横径则呈先减小后增大的趋势，果形指数呈先增大后减小的趋势。W2N2处理果粒纵径最大，达21.93 mm，W3N2处理果粒横径最大，达15.87 mm，W2N2处理果形指数最大，为1.41。

图1 果粒纵径变化

2.2 水肥协同对葡萄百粒质量的影响

不同处理对葡萄百粒质量的影响见表2。灌水量和施氮量对葡萄百粒质量的影响均达到了显著水平（<0.05），水肥耦合的交互效应对百粒质量的影响未达到显著水平（>0.05）。W1和W3灌水量条件下，百粒质量随着施氮量的增加呈逐渐增大的趋势；W2灌水量条件下，百粒质量随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势。相同施氮量条件下，百粒质量随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。W2N2处理百粒质量最高，达356.4 g，其次为W2N1处理和W3N1处理，W3N3处理百粒质量最低，仅为277.8 g，且与W2N2处理有显著差异。

图2 果粒横径变化

2.3 水肥协同对葡萄产量的影响

不同水肥处理对葡萄产量的影响见表2。灌水量与施氮量均对葡萄产量的影响达到了极显著水平（<0.01），水肥耦合的交互效应对葡萄产量的影响未达到显著水平（>0.05）。相同灌水量条件下，产量随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势；相同施氮量条件下，产量随着灌水量的增加呈先增加后减小的趋势。W2N2处理产量最高，达34 552.05 kg/hm2，其次为W2N1处理和W1N2处理，W3N3处理产量最低，仅为16 040.4 kg/hm2，与W3N1处理差异不显著。

表2 不同水肥处理下葡萄外观品质及产量

注 同一列不同小写字母表示处理间差异显著（<0.05），*表示在=0.05水平差异显著，**表示在=0.01水平差异显著，下同。

2.4 水肥协同下葡萄产量回归模型的建立

以灌水量和施氮量为自变量，葡萄产量为因量，建立二元二次回归模型如下：

式中：为葡萄产量（kg/hm2）；为灌水量（m3/hm2）；为施氮量（kg/hm2）；下同。对产量回归模型进行显著性检验，得到=41.37，=0.006<0.01，达到了极显著水平。

利用回归模型计算出各处理的理论产量，得到理论产量与实际产量的回归关系，见图3。二者呈正相关关系，回归系数为0.985 7，回归模型极为可靠。灌水量和施氮量的一次项系数均为正值，施氮量的一次项系数绝对值大于灌水量，表明灌水量和施氮量都具有增产效应，且施氮量的主效应要大于灌水量。灌水量和施氮量的二次项系数均为负值，表明产量随着灌水量和施氮量的增加均呈先增加后减小的趋势，当灌水量和施氮量超过一定限度后均会对产量产生负效应。进一步对回归模型求偏导，得到灌水量和施氮量的最优值分别为9 723 m3/hm2、557 kg/hm2，此时产量最大值为38 636.53 kg/hm2。

图3 理论产量与实际产量相关分析

2.5 水肥协同下单因子产量效应与边际效应分析

采用降维法，将葡萄产量与水、氮用量的二次回归模型中的其中一个因子固定在0水平，另外一个作为变量，进而得到一组单因子回归方程：

图4为通过一元二次回归方程得出的试验因子产量主效应图。灌水量和施氮量对产量的单因子主效应均呈抛物线趋势，且开口向下，再次佐证了产量随着灌水量和施氮量的增加呈先增加后减小的趋势。

图4 产量单因子效应

产量边际效应可反映各因素的最适宜用量以及对产量增减速率的影响。对式（2）和式（3）进行求导，得到灌水量和施氮量的边际产量方程见式（4）和式（5），根据边际效益方程得到图5。

当W>-6 863.625+29.75N时，灌水效应>施氮效应，当W<-6 863.625+29.75N时，灌水效应<施氮效应。

2.6 水肥协同对葡萄品质的影响

不同处理对葡萄品质的影响见表3。灌水量对各品质因素的影响均达到了极显著水平（<0.01）；施氮量对维生素C量的影响达到了极显著水平（<0.01），对硬度的影响达到了显著水平（<0.05），对可溶性固形物量、可滴定酸量、固酸比的影响未达到显著水平（>0.05）；水氮耦合的交互效应对各品质因素的影响均未达到显著水平（>0.05）。

相同灌水量条件下，可溶性固形物量随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势；相同施氮量条件下，可溶性固形物量随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。W2N2处理可溶性固形物量最大，达24.29%。相同灌水量条件下，固酸比随着施氮量的增加整体呈逐渐减小的趋势；相同施氮量条件下，固酸比随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。W2N3处理固酸比最大，达45.6%。相同灌水量条件下，维生素C量随着施氮量的增加呈逐渐增大的趋势；N1和N3条件下，维生素C量随着灌水量的增加呈逐渐增大的趋势，N2条件下，维生素C量随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。W1N1处理维生素C量最大，且显著大于其他处理。相同灌水量条件下，葡萄硬度随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势；相同施氮量条件下，葡萄硬度随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。W2N2处理硬度最大，达到1.71 kg/cm2，W1N3处理硬度最小，为1.37 kg/cm2。综上，W2N2处理可溶性固形物量和硬度最优，可滴定酸量较低，固酸比和维生素C量较高，且水肥用量合理。因此，从品质综合分析角度出发，W2N2处理要优于其他处理。

表3 不同水肥处理葡萄品质

3 讨论

葡萄生长发育离不开水肥调控。水肥是一对互相作用的因子，既会产生协同效应又会产生拮抗效应，互相制约[10]。适当的水分条件和养分供给是实现高产优质、降低资源投入的基本保证[11-12]。

葡萄果实的外观品质决定了其商品性，果实大小和果形指数是决定葡萄外观品质的重要指标[9]。本研究发现，果粒的纵径、横径生长动态均为先快速增长后逐渐趋于平缓，灌水量和施氮量对葡萄外观品质均具有极显著影响，水肥协同对果粒纵径影响显著，对果粒横径和果形指数影响极显著。适宜的水肥施用量对果粒生长有更好的促进作用，这与何振嘉等[13]研究结果一致。

本研究发现，水肥协同对葡萄百粒质量影响不显著，但灌水量和施氮量对葡萄百粒质量均具有显著影响。W1和W3灌水量条件下，百粒质量随着施氮量的增加呈逐渐增大的趋势，W2处理灌水量条件下，百粒质量随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势；相同施氮量条件下，百粒质量随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势。这与王振华等[14]的研究结果有所不同，这可能与试验地土质及灌水量和施氮量梯度上的差异有关，有待于进一步验证。

本研究发现，水肥协同对葡萄产量影响不显著，但灌水量和施氮量对葡萄产量均具有极显著影响。相同施氮量条件下，灌水量过多过少均会影响氮素的有效利用，使得产量达不到预期；高的灌水量需要更多的施氮量来促进葡萄的生长，而低的灌水量无论施氮量多少均不利于葡萄高产。所以适宜的水肥用量是提高葡萄产量的保证，这与赵春艳等[15]和周兴本等[16]研究结果一致。Liu等[17]认为在合理范围内增加灌水量和施氮量可以提高作物的产量，但超出一定范围后会降低增产效果、提高支出并对品质造成负面影响；王连君等[18]认为水肥之间存在一定的阈值，超过阈值后，无论是在产量还是品质方面都会下降。本研究发现，在一定范围内增加葡萄水肥用量可以提高葡萄产量，但随着水肥用量的不断增加，葡萄产量不会继续提高，反而会降低，这与以上学者研究结果一致。

葡萄综合品质的优劣直接影响市场的销售量及收入。前人研究表明，水肥对葡萄品质存在显著的交互作用[19-20]，但本研究发现，水肥的交互作用对葡萄各品质均未达到显著水平，这可能是地理环境及水肥用量不同所产生的差异。本研究发现，灌水量对葡萄各项品质指标的影响均达到了极显著水平，施氮量只对维生素C量的影响达到了极显著水平，说明灌水量对葡萄品质的影响要大于施氮量，这是因为极端干旱区葡萄对灌水量的需求要高于施氮量。本研究还发现，相同施氮量条件下，可溶性固形物量随着灌水量的增加呈先增大后减小的趋势，N2条件下维生素C量呈相同变化趋势，可滴定酸量则呈相反趋势；相同灌水量条件下，可溶性固形物量随着施氮量的增加呈先增大后减小的趋势，可滴定酸量呈相反趋势，维生素C量随着施氮量增加而增加。这与侯裕生等[19]研究结果一致。硬度的提高可以增加葡萄的耐储运性，当今市场对葡萄硬度的要求越来越高，提高果实硬度已然成为一种趋势。本研究发现，水肥对果粒硬度的影响与可溶性固形物量整体一致，灌水量过多过少均会对葡萄硬度产生明显的负效应，这与何建斌[21]研究结果一致。

4 结论

考虑葡萄的外观形态，W2N2处理为最优的水肥协同模式；考虑百粒质量及产量，W2N2处理优于其他处理；品质上，W2N2处理可溶性固形物量及硬度优于其他处理，固酸比相比W2N3处理略小，但没有显著差异，维生素C量小于W1N1处理，但处于较高水平。

综合而言，W2N2处理（灌水量为9 150 m3/hm2、施氮量为450 kg/hm2）既能实现高产和高品质，又降低了水、肥投入产出比，为最优的水肥处理。

施氮量主效应高于灌水量主效应。通过模型理论分析得出，最优的水肥协同模式是灌水量9 723 m3/hm2、施氮量557 kg/hm2，对应的最大目标产量为38 636.53 kg/hm2。

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Effects of Fertigation on Growth and Fruit Yield and Quality of Grape

ZHANG Chao1,2, BAI Yungang2*, CHAI Zhongping1, LIU Xuhui1,2,LIU Hongbo2, ZHENG Ming2, DING Ping2, JIANG Zhu2

(1. College of Resources and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China; 2. Xinjiang Institute of Water Resources and Hydropower Research, Urumqi 830049, China)

【Objective】Drip irrigation combined with fertilization has become a standard practice in grape production in Xinjiang, China. The purpose of this paper is to study the effect of different combinations of irrigation and fertigation on growth and fruit yield and quality of grape. 【Method】The experiment conducted in a vineyard; it compared three irrigation amounts: 10 950 m3/hm2(W1), 9 150 m3/hm2(W2) and 7 800 m3/hm2(W3), and three fertilizations: 750 kg/hm2(N1), 450 kg/hm2(N2) and 300 kg/hm2(N3). Each treatment had three replicas arranged randomly in the field. In each treatment, we measured the growth, traits of fruit yield and quality. 【Result】Rational combination of irrigation and fertilization improved fruit appearance, 100-fruit weight, and fruit yield and quality. Among all treatments, W2+N2 was optimal in improving fruit appearance, 100-grain weight, fruit yield, soluble solids and hardness of the grape, but less than W2+N3 in increasing the solid-acid ratio in the grape despite the insignificant difference between them. W1+N1 was most effective in increasing vitamin C, and the difference from other treatments was significant. 【Conclusion】Experimental data obtained from all treatments showed that irrigating the grape by 9 150 m3/hm2of water combined with 450 kg/hm2of nitrogen fertilization was optimal. Further analysis of the experimental data using the binary quadratic regression optimization model showed that the optimal fertigation can be further fine-tuned to irrigation amount of 9 723 m3/hm2and fertilization of 557 kg/hm2, which increases the fruit yield to 38 636.53 kg/hm2.

accumulative grain morphology; hundred grain weight; production; quality

1672 - 3317（2022）07 - 0044 - 07

S271

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021505

张超, 白云岗, 柴仲平, 等. 水肥协同对葡萄果粒生长、产量及品质的影响[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(7): 44-50.

ZHANG Chao, BAI Yungang, CHAI Zhongping, et al. Effects of Fertigation on Growth and Fruit Yield and Quality of Grape[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(7): 44-50.

2021-10-18

新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2020D01A80）

张超（1996-），男。硕士研究生，主要从事农业水土工程方面的研究。E-mail: Zhangc2492@163.com

白云岗（1974-），男。教授级高级工程师，主要从事农业水土工程方面的研究。E-mail: xjbaiyg@sina.com

责任编辑：韩 洋