《Crops》：Grapevine Ecophysiology: Implications of N Fertilization, Deficit Irrigation, and Arbuscular Mycorrhiza on N Isotope Composition (δ15N)
Dimitrios Taskos,
Georgios Doupis,
Serafeim Theocharis,
Nikolaos Nikolaou and
Stefanos Koundouras
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本研究通过田间试验探讨了不同氮肥施用量(N?、N??、N???)和灌溉处理对葡萄叶片、休眠枝条及果汁δ1?N的影响，揭示了δ1?N作为评估葡萄园氮循环强度与肥料利用效率的有效指标，为可持续栽培提供了理论依据。
在全球气候变化加剧干旱胁迫与水资源短缺的背景下，葡萄栽培面临着提高资源利用效率与维持生态可持续性的双重挑战。氮素(N)作为调控葡萄生长、产量及浆果品质的关键营养元素，其施用策略直接影响果园生态系统功能——过量施肥虽可短期提升产量，却易导致氮素流失、温室气体排放及水体污染；而水资源匮乏地区常用的亏缺灌溉(deficit irrigation)如何与氮管理协同影响植株氮吸收与分配机制，仍是未解之谜。传统监测手段难以精准追踪氮素在“土壤-植物”系统中的迁移转化路径，而自然丰度氮稳定同位素组成(δ1?N)因其能够整合氮源输入、土壤转化分馏及植物代谢过程的综合信号，成为揭示生态系统氮循环强度的有力探针。然而，现有葡萄研究中多聚焦单一水肥因子，缺乏多器官、跨物候期的系统性δ1?N动态分析，且丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)对葡萄氮同位素分馏的野外实证研究尚属空白。为此，Dimitrios Taskos等人在希腊北部两个代表性酿酒葡萄园（‘赤霞珠’Cabernet Sauvignon与本土品种‘Xinomavro’），开展了为期两年的田间试验，通过耦合水肥双因子调控，深度解析了δ1?N在不同器官的动态响应及其与农艺效率的关联，成果发表于农林科学期刊《Crops》。
研究采用随机区组设计，设置2种灌溉水平（70%作物蒸散发量灌溉vs不灌溉）与3种硝酸铵施氮量（0、60、120 kg N ha?1），于四个关键物候期采样测定叶片δ1?N与全氮含量，并在成熟期与休眠期分别收集果汁与枝条样品；同步检测细根AMF侵染率，结合混合效应模型进行统计分析，计算水分利用效率(WUE)与氮偏要素生产力(PFP)、偏养分平衡(PNB)等农艺指标。
3.1. 气象条件与土壤特性
两年生长季气温与积温相似，降水分布差异显著——第二年成熟期降雨量倍增。两园土壤质地分别为黏壤土（赤霞珠园）与砂质黏壤土（Xinomavro园），根系集中分布于0-75 cm土层；土壤δ1?N随深度增加而富集。
3.2. AMF根定殖
两品种根系均观测到AMF侵染（均值约63-65%），水肥处理未显著改变侵染率。Xinomavro园中AMF侵染率升高与细根δ1?N降低显著相关，暗示菌根共生参与调节氮同位素分馏。
3.3. 葡萄生长与资源利用效率
高氮处理(N???)显著提升产量（赤霞珠增59%）与修剪枝生物量，但氮偏要素生产力(PFP)与偏养分平衡(PNB)随施氮量增加而下降，表明过量施肥降低氮回收率。亏缺灌溉下，增氮可协同提升水分利用效率(WUEg)，凸显水氮互作对资源优化的潜力。
3.4. 叶片氮浓度与δ1?N
施氮显著提高叶片全氮与δ1?N，呈现近线性富集趋势（品种间差0.55-0.66‰）。δ1?N动态呈双相模式：坐果期至果穗封闭期下降，后期趋于平稳，反映早期贮藏氮再动员向新生氮吸收的过渡。灌溉对叶片δ1?N无一致影响，仅在赤霞珠第一年引起轻微贫化。
3.5. 果汁与枝条的氮特征
枝条δ1?N对施氮响应灵敏，且与叶片δ1?N显著正相关，证明其可作为年度氮循环的整合指标。果汁δ1?N响应弱且变异大，受多氮源混合稀释效应干扰，不适合作为氮状态诊断靶标。
3.6. 植株内δ1?N空间变异
坐果期器官间分馏达3.94-6.04‰：幼果与叶片最富集1?N，细根与木质部最贫化。赤霞珠根δ1?N随施氮量增加而上升，Xinomavro则保持稳定；后者AMF侵染率与根-叶柄同位素分馏(Δpetiole-root)显著关联，证实菌根途径对氮转运的贡献。
3.7. δ1?N与农艺性能关联
叶片与枝条δ1?N与产量、修剪量正相关，与氮利用效率负相关，提示1?N富集可作为氮循环开放度及潜在损失风险的警示信号。
研究结论揭示：叶片与休眠枝条δ1?N是监测葡萄园氮循环强度的高灵敏度指标，其富集程度与氮肥投入量及氮利用效率下降紧密呼应；亏缺灌溉对同位素信号影响微弱，突显氮管理的主导作用。器官特异性分析显示，幼果期强烈的同位素分馏反映了库强驱动的氮分配格局，而AMF共生在低氮条件下显著调节根系同位素特征。从应用视角看，中等施氮量(N??)在保障产量的同时最大化资源效率，而高氮投入虽提升产量却牺牲环境可持续性。该研究首次系统描绘了田间条件下葡萄多器官δ1?N对水肥管理的响应图谱，建立了同位素示踪技术与农艺效率评价的桥梁，为制定气候智能型葡萄栽培策略提供了科学依据。
