寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄滴灌水肥一體化試驗研究

朱 潔，劉學軍，陸立國，顧靖超，武慧芳(寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

0 引 言

寧夏賀蘭山東麓，長期從事葡萄種植，以往多采用地面灌溉方式、重施化肥，水資源浪費、水肥利用效率低，葡萄品質不穩定。近年來，賀蘭山東麓葡萄種植區獲得國家地理標志委員會“葡萄酒國家地理標志產品”保護區認證，寧夏回族自治區政府將滴灌技術的推廣應用作為該地區提高水肥利用效率和保障葡萄品質的主要途徑。初步研究與實踐表明，在干旱地區采用滴灌技術可實現節水50%以上，產量和品質也有不同程度提高。同時，滴灌時隨水施肥可使氮肥利用率達90%以上[1-3]；在荒漠地區使用滴灌比溝灌能夠減少用水量50%以上，可提高葡萄坐花坐果率，產量提高17%，葡萄果實糖度提高1.9%[4]；在沙礫石土壤地區采用滴灌水肥一體化[5]，有助于降低灌溉定額，可使節水率達45.9%，增產率達11.7%。鑒于此，開展寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄系統的滴灌水肥一體化制度試驗研究，分析灌溉定額、施肥量對葡萄產量、品質的綜合影響效應，提出礫石土壤條件下葡萄滴灌水肥一體化制度，為當地釀酒葡萄滴灌提供科學的理論依據，對推動釀酒葡萄種植產業的發展、實現葡萄產量及品質的提高也具有重要意義。

1 試驗設計

1.1 試驗區概況

試驗區位于寧夏賀蘭山東麓志輝源石酒莊萬畝生態園區。光照充足，年日照率65%以上，太陽總輻射量6 100 MJ/m2，年平均氣溫8.9 ℃，4-9月活動積溫3 289 ℃，年均降雨量200 mm，年均蒸發量1 470 mm，全年日照時數在2 851～3 106 h，無霜期176 d。試驗區地形平緩，地面坡度約為1%，平均海拔高度為1 160 m。土壤為礫石土，>2 mm粒徑含量占39.82%，其土壤理化性質見表1。試驗區土壤除速效鉀含量豐富外，其余各類養分含量均屬于低肥力水平，尤其是速效氮含量低。

表1 試驗區土壤基本理化性質Tab.1 The basic soil physical and chemical properties

1.2 試驗方案設計

試驗選用當地主栽釀酒葡萄品種之一的5年生赤霞珠，葡萄架型為“廠”型，株行距為1.5 m×4 m。葡萄于4月上旬出土，9月底生育期結束，10月上旬采收，11月上旬冬灌埋枝過冬，物候期詳見表2。

試驗區面積約3.33 hm2。灌水器選擇內鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距50 cm，滴頭流量2.59 L/h。采用控制因素(灌溉定額、施肥量)分組設計，設置16個不同灌溉定額處理。生育期內灌水13次，灌溉定額2 400～3 600 m3/hm2，試驗設計詳見表3。

表2 “赤霞珠”葡萄物候期Tab.2 Phenological phase of “Cabernet Sauvignon”

試驗選用寧夏開發的葡萄滴灌專用水溶肥，未施用底肥，生育期共施肥7次，共施肥5 244.75 kg，其中氮肥2 097.9 kg，磷肥1 748.25 kg，鉀肥1 398.6 kg，隨水施肥、實現水肥一體化灌溉。處理T1～T12次施肥量90 kg/hm2，處理T13～T14次施肥量75 kg/hm2，處理T15～T16次施肥量60 kg/hm2。施肥時間為：萌芽期第一水、開花期第一水、初果期第一水及第三水、果實膨大期第一水及第三水、著色期灌水。根據葡萄各生育期對各類營養元素的需求差異，萌芽期施肥以氮肥(N∶P2O5∶K2O-3.8∶1.0∶1.25)為主，開花期在補充氮、鉀及微量元素的同時，施用充足的磷肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.25∶1.0)。果實膨大期以鉀肥為主、配合施磷肥，果實成熟期，以磷、鉀肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.0∶3.2)為主。在生長期根據葡萄長勢適量噴施葉面鎂肥。試驗期內除灌水施肥外，適時開展除草、剪枝、綁蔓等田間農藝農事管理。

1.3 試驗觀測內容及方法

試驗觀測內容主要有灌溉水量、土壤含水率、土壤水勢張力、葡萄產量及品質。各試驗區灌水量以水表計量；土壤含水率在灌水前2 h及灌水結束后2 h觀測，每個小區中段布設一根Trime管，灌水前后分別監測土壤剖面0～80 cm土層(0～20、20～40、40～60、60～80 cm)水分變化，同時在Trime管附近采用土鉆取土，利用烘干法測定含水率進行率定；在各試驗小區中段埋設土壤負壓計，測定土壤水勢張力；各試驗小區果實全部采收、測產采取實測各小區葡萄產量的方式；葡萄品質委托西北農林科技大學葡萄酒學院在葡萄品質檢測實驗室進行檢測，包括可溶性固形物、pH值、酸度等指標，具體測定方法詳見表4。

表4 釀酒葡萄品質指標測定方法Tab.4 Wine grape quality index measuring method

為了衡量葡萄不同品質指標受其影響程度，在本試驗中采用變異系數Cv衡量[6,7]，同時采用SPSS數據分析軟件進行顯著相關性分析。

(1)

2 試驗結果與分析

2.1 不同灌溉定額對土壤含水率的影響

葡萄根系一般分布于20～60 cm土層。為準確研究葡萄種植區土壤持水能力，以葡萄根系層為主要研究對象，采用TDR土壤水分測定儀測定各層土壤含水率，60%田間持水量(θc)為參考，并匯總生育期20～60 cm層土壤含水率變化表，如表5、表6所示。

由表5、表6看出，在整個生育期內，不同處理下土層含水率變幅總體上呈現一定的規律，土壤含水率均圍繞60%θc值發生變化，灌溉前后20～60 cm層土壤含水率多在4%～15%范圍內波動，平均含水率為9.96%，20～40 cm土層含水率值均高于40～60 cm土層。由表5中看出處理T1～T8含水率多在60%θc值上下波動，T3土壤含水率最低，處理T9～T16灌前含水率明顯高于60%θc值，處理T11生育期灌溉定額為3 600 m3/hm2，灌水后的土壤含水率也達到最大，20～40 cm層平均含水率為10.8%，略高于80%θc值，且處理T1～T8層含水率多低于處理T9～T16；表6為40～60 cm土層土壤含水率變化，其均在60%θc值上下浮動，由于土壤差異性導致水分滲透速率不同，底層土壤含水率變化差異性明顯，且處理T9～T16在果實膨大期土壤含水率已達到90%θc值，水分積累明顯，易造成土中氧分不足，降低作物根系吸收效果。

表5 試驗小區T1～T16土壤含水率變化表(20～40 cm) %Tab.5 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (20～40 cm)

表6 試驗小區T1～T16土壤含水率變化表(40～60 cm) %Tab.6 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (40～60 cm)

從葡萄整個生育期看出，在萌芽期及開花期，土壤平均含水率高于85%θc值，初果期及果實膨大期土壤平均含水率已達到90%θc值以上，著色期由于人為控制灌溉水量，各處理含水率均有明顯下降，含水率明顯低于60%θc值。而階段灌水定額不同均影響水分實際利用效率，繪制各階段不同灌水定額灌溉前后土壤含水率變化圖，分析不同灌水處理下土壤水分貯存比變化。其中處理T8、T11果實膨大期灌溉前后含水率變化如圖1所示。

計算225和300 m3/hm2兩種灌水定額對應的土壤水分貯存比分別為94%和59.6%，由此看出，300 m3/hm2灌水定額下大部分水量無法有效貯存在土壤中供作物生長需要，由于礫石土保水性差，貯水能力弱，部分水分滲漏到根系層以下，且隨著灌水定額的增大土壤水分貯存比并沒有增大，因此本階段易采用225 m3/hm2灌水定額。

同時，采用耗水強度作為反映作物不同生育期內灌溉、施肥、氣象等對作物生長發育綜合影響的指標，不同處理下葡萄各生育期耗水強度變化如圖2所示。

圖1 果實膨大期灌溉前后土壤含水率變化分析圖Fig.1 Fruit enlargement of irrigation before and after the change in soil moisture analysis chart

圖2 不同處理下葡萄生育期各階段耗水強度變化動態Fig.2 Under different processing stages in the grape growing season water consumption ratechanges

由圖2可以看出，土壤水分變化均可調節葡萄的耗水強度，不同處理下葡萄耗水強度在整個生育期內呈現“低-高-低”拋物線走勢，且均表現為果實膨大期的耗水強度最大，其平均耗水強度達到4 mm/d，初果期達到3 mm/d，占整個生育期平均耗水的50%，說明葡萄在此期間耗水最強，灌水量為最高。萌芽期為1.6～2.0 mm/d，耗水強度小，隨著進入初果期，新稍果穗生長發育，耗水強度增大，后期進入著色期，葡萄進行糖分積累，耗水強度降低，處于1.8～3.1 mm/d之間。

2.2 不同灌水及施肥對產量的影響

干旱區礫石土壤栽培釀酒葡萄，灌溉定額和施肥量共同決定著葡萄的產量。采用作物水分生產效率指標綜合反映灌區的農業生產水平及灌溉管理水平，可直接地顯示灌溉對作物產出效果，不同處理下的葡萄產量及水分生產效率見表7。

表7 不同處理下葡萄的產量及水分生產效率表Tab.7 Grape yield and water use efficiency under different treatment table

由表7看出不同灌溉定額條件下的作物產量存在明顯差異，T7產量最高，達3 451.5 kg/hm2，且水分生產效率最大，處理T1灌溉定額3 000 m3/hm2，產量僅為1 610.7 kg/hm2，處理T11灌溉定額4 200 m3/hm2最大，產量2 295.2 kg/hm2。對應不同處理下葡萄的水分生產效率在0.27%～1.01%之間波動，水分生產效率差別較大。對比T8、T9，灌溉定額增加150 m3/hm2，水分生產效率減小16.3%，產量降低11.7%，并未因為灌溉定額的增加而達到最好的水分利用狀態，且適宜葡萄灌溉定額較接近3 800 m3/hm2。對于不同灌溉定額，對比處理T1、T10，T1水分生產效率略高于T10，T1較T10，灌溉定額減小，對產量沒有明顯影響，但能提高水分生產效率，由此看出灌溉定額與產量并不總是成正比關系[8,9]。對于不同施肥量，對比處理T8、T13，施肥量增大，產量明顯提高，在一定施肥用量范圍內，施肥量越高產量越高。

2.3 不同灌水及施肥對品質的影響

土壤條件、氣象條件和灌溉定額是影響釀酒葡萄的蒸騰、物質合成、運輸的主要因素，葡萄品質的各項指標除自身品種決定外，外界因素對其影響也起著重要作用。試驗中葡萄品種均為赤霞珠，影響葡萄品質的主要因子為灌溉定額、施肥量，計算釀酒葡萄樣本各品質指標的變異系數，結果如表8所示。

表8 釀酒葡萄品質各要素變異系數Tab.8 Cv of wine grape's quality

由表8可以看出，不同灌溉定額對單寧影響顯著，果皮多酚次之，可溶性固形物及pH受灌溉定額影響不顯著；不同施肥量對可溶性固形物影響較明顯，且不同施肥量對葡萄各品質指標影響小于灌溉定額對其影響。采用SPSS數據分析軟件進行相關性分析得：不同施肥量對葡萄品質各因素影響中，施肥量與單寧在0.05水平(雙側)顯著負相關(相關系數為-0.58)，不同灌溉定額對葡萄品質各因素影響中，灌溉定額與單寧、花色苷在0.05水平(雙側)顯著負相關(相關系數為-0.546、-0.608)。因此，應優先考慮灌溉定額不同對葡萄品質的影響。葡萄品質測定結果見表9所示。

表9 釀酒葡萄品質指標檢測表Tab.9 Wine grape quality index detection table

葡萄可溶性固形物含量的高低直接影響葡萄酒的品質，處理T1中可溶性固形物含量最高，對比處理T1～T12，隨著灌溉定額的變化，葡萄可溶性固形物含量變化不大，處于20.5%～24.5%之間波動，減小灌溉定額可在一定范圍內增加可溶性固形物含量；處理T4、T6、T7、T11中果實滴定酸含量高，這是由于土壤積溫不夠，果實成熟度欠缺；果皮多酚及單寧含量隨灌溉定額增大變幅明顯，pH值及花色苷變幅較小；對比T6、T13、T15，考慮施肥量對葡萄品質影響，滴定酸含量隨施肥量增加而增加，單寧含量隨施肥量增加而減小，其他各項品質指標變化不顯著。

根據西北農業大學相關研究結論，對釀酒葡萄各項檢測指標給出了具體等次劃分，劃分標準見表10。

表10 釀酒葡萄品質評價指標Tab.10 Wine grape quality evaluation table

根據不同指標所屬等次，將志輝葡萄種植基地各處理下釀酒葡萄品質進行等級劃分及評價，評價結果詳見表11。

由表11可以看出，不同灌水條件下葡萄各品質指標呈現不同等級分類，單寧、花色苷、多酚等級出現Ⅱ、Ⅲ級，為主要影響綜合等級指標。處理T6、T7、T9～T12灌溉定額大，單寧級別為Ⅲ級，花色苷含量也多出現Ⅱ級指標，品質較差，為提高葡萄品質后期須進行灌水定額調整。

2.4 志輝試驗區葡萄灌溉試驗方案優選推薦

通過試驗結果及理論分析得出，最優的產量處理為T7，即灌溉定額為3 825 m3/hm2，此時水分生產效率為最大。但為使葡萄產量及品質都達到最優化，結合各水分處理下葡萄根部土壤水分貯存比、含水量等指標，處理T4較為適宜，最終調整生育期灌水定額，推薦方案如表12所示。

表11 釀酒葡萄品質評價結果表Tab.11 Wine grape quality evaluation results of Table

表12 釀酒葡萄種植優選方案表 m3/hm2Tab.12 Wine grape planting optimization

3 結 語

基于礫石土壤釀酒葡萄滴灌水肥一體化研究，針對不同灌溉定額、不同施肥量處理下土壤含水率變化趨勢及葡萄產量、品質的變化特征綜合分析，研究提出了釀酒葡萄滴灌水肥一體化優選方案，主要結論如下。

(1)葡萄灌水后，土壤含水率多達到80%θc值，但礫石土保水性差，土壤水分蓄存比低，導致水分利用率低，綜合考慮葡萄的水分管理，在萌芽期及開花期，土壤濕度較高，可適量降低灌水定額，促進新梢生長，使開花和坐果正常；在初果期和果實膨大期，作物耗水明顯，結合土壤水分貯存比，灌水定額控制在225 m3/hm2；著色期為提高果實成熟度，進行適當控水處理。

(2)產量與灌溉定額不成正相關關系，灌溉定額為3 825 m3/hm2時，產量最大，但超過范圍上限時，產量出現下降；增加施肥量在一定范圍內可提升葡萄產量。

(3)采用變異系數衡量灌溉定額及施肥量對葡萄品質的影響，不同施肥量、灌溉定額對單寧影響顯著，其他指標受其影響不顯著，且灌溉定額對品質影響明顯大于施肥量影響。

(4)在一定灌溉定額區間內，減少灌溉定額增加可溶性固形物含量，減小施肥量可顯著降低滴定酸含量，同時明顯增加單寧含量，有利于改善葡萄品質。

(5)基于田間試驗及理論分析，推薦礫石土壤釀酒葡萄種植的優選灌溉方案：全年灌水13次，灌溉定額為3 600 m3/hm2，生育期灌溉定額3 000 m3/hm2。

[1] 王振華,權利雙,何建斌.極端干旱區水肥耦合對滴灌葡萄耗水及產量的影響[J]．節水灌溉，2014，(6):13-15.

[2] 王 銳,孫 權,張曉娟,等.合理灌溉施肥對賀蘭山東麓初果期釀酒葡萄的影響研究[J]．節水灌溉，2012，(6):9-11.

[3] 杜 軍,沈潤澤,馬術梅,等.寧夏賀蘭山東麓葡萄滴灌灌溉水肥一體化技術研究[J]．中國農村水利水電，2013，(8):65-69.

[4] 林 華,李 疆.干旱荒漠地區葡萄滴灌試驗[J].新疆農業大學學報，2003，26(4)：62-64.

[5] 楊慧慧.吐哈盆地滴灌葡萄耗水規律及灌溉制度研究[D].新疆石河子：石河子大學，2011.

[6] 閆妮妮.葡萄產量對果實品質及葡萄酒質量的影響[D]．陜西楊凌：西北農林科技大學，2011.

[7] 劉玉蘭.釀酒葡萄的品質指標分析及其與氣象條件關系的試驗研究[D]．南京：南京信息工程大學，2006.

[8] 王 銳,孫 權,郭 潔,等.不同灌溉及施肥方式對釀酒葡萄生長發育及產量品質的影響[J]．干旱地區農業研究，2012，30(5):123-127.

[9] 何建斌,王振華,何新林,等.極端干旱區不同灌水量對滴灌葡萄生長及產量的影響[J]．農學學報，2013，3(2):65-69.