基于成分营养诊断（CND）的新型加州和俄勒冈州主要葡萄品种叶片营养临界水平及养分含量范围

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Novel Critical Levels and Nutrient Content Ranges in Leaf Tissue for Prominent Grapevine Cultivars in California and Oregon

　　

背景与目标：该研究旨在评估不同县（county）间葡萄品种的营养相似性，并为主要品种和种植区域提出叶片组织营养参考值。该方法值得关注，因为葡萄园养分管理指南通常基于组织分析并形成宽泛解释，统一应用于所有品种和区域，未考虑品种特异性营养需求或各县土壤气候条件差异。方法：所提出方法应用于一个数据库，该数据库包含3,256份完整叶片（blade + petiole）样本，样本采集自多个年份的Cabernet Sauvignon、Chardonnay、Merlot和Pinot Noir葡萄园。葡萄园位于加利福尼亚州和俄勒冈州的五个县：Lake、Monterey、San Luis Obispo、Polk和Yamhill。叶片样本（blade + petiole）经制备并提交分析，以测定N、S、P、K、Ca、Mg、Zn、Cu、Mn、Fe、B和Na浓度。结果：叶片养分数据采用成分营养诊断（Compositional Nutrient Diagnosis, CND）方法分析，从而建立品种和区域特异性的临界水平（critical levels, CL）和养分适宜范围（nutrient sufficiency ranges），包括上限（upper limits, UL）和下限（lower limits, LL）。结论：结果证实，葡萄营养状况和养分适宜范围随品种和种植区域而变化，表明通用养分标准可能不能充分代表葡萄营养需求。由CND推导的CL、UL和LL值为营养诊断提供了更准确的基础，支持位点特异性施肥建议，提高养分利用效率，并有助于可持续葡萄园管理。所提出方法还提供了一个框架，可适用于尚缺乏区域化营养参考值的其他葡萄栽培区域。

研究背景方面，全球葡萄生产规模较大，美国加州和俄勒冈州葡萄种植面积广、品种多，且各县土壤类型、温度、降水和管理条件差异明显。葡萄园土壤有机质和矿质氮（N）有效性常较低，而葡萄根系可深入较深土层吸收养分，并具有养分内部储备和再分配能力，因此仅依靠土壤分析不足以全面诊断营养状况。叶片养分浓度可整合养分吸收与内部再分配过程，并影响生长、产量和果实成分，因而被广泛用于营养诊断。现有问题在于，美国葡萄园养分管理指南通常采用单套采样和解释标准，统一应用于所有品种和县，未充分考虑品种间养分需求差异及区域土壤气候差异；经典单变量临界水平（critical level, CL）也常忽略养分间相互作用。基于此，研究人员提出假设：同一县内不同品种及不同县间葡萄营养状况存在差异，并可为各品种在各县提出CL、上限（upper limit, UL）和下限（lower limit, LL）。研究目的为验证不同县葡萄品种间营养相似性，并提出用于营养状况评价和施肥需求定义的养分参考值。具有重要意义的是，区域化和品种特异性标准可提高营养诊断准确性，支持精准施肥，维持产量和果实品质，并减少养分损失及硝酸盐淋失等环境风险。

关键技术方法（≤250字）：研究基于2011—2015年及2017—2021年加州Lake、Monterey、San Luis Obispo与俄勒冈州Polk、Yamhill商业葡萄园3,256份完整叶片（blade + petiole）样本；采用主成分分析（principal component analysis, PCA）、判别分析（discriminant analysis, DA）、马氏距离（Mahalanobis distance, DM）剔除异常值，并按Parent and Dafir的CND-clr（centered log-ratio）框架计算多养分变量、CND-r²、养分指数及CL/UL/LL。

研究结果中，主成分分析显示，前四个保留因子共解释数据集总变异的62.7%，因子1解释18.6%且特征值最高（2.05），因子2、3、4分别解释17.0%、13.4%和13.7%，说明商业葡萄园养分变异受多过程共同影响而非单一来源控制。因子平面上，P和B与因子1正关联最强，N亦呈正贡献；K与因子2负方向强关联，Ca和Mg与因子2正关联最强；Cu、Zn、Fe、Mn和Na载荷中等。纳入分类变量后，除Ca外，各变量均对解释县有贡献，品种主要由县和B解释，Mn和Na未对品种分类作出贡献。判别分析显示，根1和根2对县累计解释77%变异，对品种累计解释96%变异；Wilks’ lambda检验表明各组差异显著（P < 0.05）。分布结果说明不同地点和品种具有不同营养特征，否定了营养标准通用性。不同县葡萄品种叶片的营养临界水平（CL）、上限（UL）和下限（LL）方面，研究人员为各县每个品种提出养分及Na的CL、UL和LL，原因是同一县内及县间品种在营养上存在差异。CND-r²与DM的回归关系用于表征整体营养失衡，部分品种—县组合决定系数较低，另一些较高；同时给出了经DM剔除后的初始与最终样本量、回归方程参数、决定系数和相关系数。所有标准均针对完整叶片及相应采样方法。

讨论部分总结认为，品种和县均是葡萄营养组成变异的重要来源；N、B和Zn对区分品种和种植区域贡献较大，可能与环境条件、施肥频率、土壤改良、叶面施肥或杀菌剂施用以及温度和降雨差异有关。品种虽具较高判别系数，但由于数据集为观察性且不平衡，品种效应不能与县、砧木和采样时期完全分离；已有研究提示基因型在养分吸收效率、分配、积累和再 mobiliza??o 方面存在差异，并受根系发育、吸收动力学、营养生长、产量潜力和内部再分配影响。县的作用反映土壤性质、气候和施肥历史综合影响，N对县判别贡献较大，可能与土壤有机质和矿质N有效性区域差异有关；Ca贡献较小，K与Ca或Mg未表现明显拮抗。管理措施如修剪、灌溉、施肥和微量元素施用也影响变异。CL及LL、UL在不同品种和县间不同，说明营养标准非通用；砧木因县×品种×砧木组合高度不平衡而未建立砧木特异性标准，所提标准代表各品种—县组合内商业相关砧木范围。N、P、K、Zn、Mn、Fe和Cu的CL差异较明显，Ca和Mg变异较小；与已发表标准比较，N、P、Ca、Mg多较一致，K、Zn、Mn差异较大。实际意义在于区域化CL、LL和UL可提高诊断和施肥建议准确性，维持产量和品质，减少养分失衡及硝酸盐淋失等环境风险。局限性包括观察性数据库缺乏一致详细的喷施和施肥管理信息，管理措施贡献未能单独评价，品种和县差异应解释为基因型、环境和葡萄园管理的综合结果。

研究结论翻译：结果证实了假设，即葡萄营养状况和养分适宜范围随品种和种植区域而变化。因此，使用通用营养标准可能不能充分代表不同环境和管理条件下葡萄的营养需求。通过应用成分营养诊断（Compositional Nutrient Diagnosis, CND）方法，该研究建立了加州和俄勒冈州葡萄叶片的品种和区域特异性临界养分水平及适宜范围。这些发现为营养诊断提供了比现有通用标准更准确的基础，并表明养分参考值应考虑基因型与当地生长条件的相互作用。所提出的养分标准对葡萄园管理具有直接实际意义，可支持更精确的施肥建议，提高养分利用效率，并有助于在降低养分损失相关环境风险的同时维持葡萄产量和果实品质。更广泛地，该研究强调需要区域化和作物特异性的营养诊断系统，并提供了一个可适用于其他葡萄栽培区域和多年生作物系统、以寻求更可持续养分管理策略的框架。