烏海市中晚熟釀酒葡萄生長的氣候適宜度分析

王晴　楊紅子　馬偉　張洪杰　劉昕悅　王鳳琴

摘 要 葡萄產業是內蒙古自治區烏海市優勢農業產業，定量評估釀酒葡萄生長季氣候適宜度特征及其對氣候變化的響應具有重要意義。此次研究基于1981—2010年烏海市逐旬氣象資料，應用模糊數學方法，結合釀酒葡萄氣象指標，建立了旬尺度的溫度和日照適宜度模型，并應用幾何平均法建立了釀酒葡萄綜合氣候適宜度模型;基于2009—2019年烏海市逐旬氣象資料及釀酒葡萄品質資料進行了模型驗證。

關鍵詞 中晚熟釀酒葡萄;模糊數學法;氣候適宜度模型;內蒙古烏海市

中圖分類號：S663.1 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.086

進入20世紀90年代以來，農業受氣候變化的影響越趨明顯[1]。因此，在氣候變暖的大環境下，研究農作物、經濟作物氣候適宜度迫在眉睫。氣候適宜度是指通過對比日照時間、氣溫、降水量這3個參數值來評價國家或者地區的地理氣候對人類以及動植物生產生活的適宜程度。葡萄是內蒙古自治區烏海市特色作物。20世紀90年代年烏海市就已建成多個品種兼有的大型葡萄基地，再加上政府的大力支持，如今已形成生產基地+種植大戶的發展模式。近年，該地區葡萄產業不斷發展壯大，除了原產品還有制酒業。通過定量評估釀酒葡萄氣候適宜性，將更加有助于提高烏海市葡萄及葡萄酒地區品牌效應，增強市場競爭力。對于制酒業來說，釀酒葡萄的生產狀況在很大程度上影響著釀酒企業的生產方向，而氣候條件對農產品的品質影響極大，其中氣溫、日照、降水量的影響又尤為顯著。烏海市處于傳統釀造紅葡萄酒優良的中晚熟品種赤霞珠葡萄最適宜生態區內，域內大面積種植赤霞珠[2]。相關人員在烏海市葡萄生長受氣候影響研究方面做了不少工作，但對于釀酒葡萄生長期間氣候適宜度特征及變化趨勢研究尚未見報道。基于此，利用氣候適宜度評價模型及烏海釀酒葡萄的代表品種赤霞珠，對烏海市中晚熟釀酒葡萄生長氣候適宜度特征進行綜合分析，探究氣候因素與中晚熟釀酒葡萄品質的關系，把握烏海中晚熟釀酒葡萄生長氣候適宜度。

1 材料與方法

1.1 資料來源

烏海市國家一般站（機場站）常年（1981—2017年）降水量、平均氣溫、日照時間，烏海市自動站（烏蘭鎮）2018、2019年平均氣溫等氣象數據資料來源于烏海市氣象局;中晚熟釀酒葡萄生育期資料、各生育期三基點溫度[3]、適宜光照、適宜降水[4]運用參考網絡資料、實地調查、專家咨詢等方法梳理并調整得出;赤霞珠葡萄品質數據來源于位于烏海市的葡萄酒企業、寧夏氣象局科研所。

1.2 葡萄氣候適宜度模型的建立

設F是論域X到[0，1]的一個映射，即F∶X→[0，1]，x→F（x）稱F是X上的模糊集，而函數F（·）稱為模糊集F的隸屬函數，F（x）稱為x對模糊集F的適宜度，表示x屬于F的程度[5]。

可以定義不同的模糊集，例如中晚熟釀酒葡萄生育期內的溫度、日照、降水等不同的模糊集，通過建立日照（S）、溫度（T）、降水（R）的適宜度函數

T（·）、S（·）、R（·），計算作物生育期內逐旬的日照、溫度、降水（S、T、R）對于模糊集S、T、R的適宜度S（S）、S（T）、S（R），即日照、溫度、降水（S、T、R）對晚熟釀酒葡萄生長發育的適宜程度。

1.2.1 氣溫適宜度函數

通過分析釀酒葡萄各生育期生長發育對于烏海市氣溫的滿足程度，引入釀酒葡萄生長對氣溫變化的響應函數，結果發現，氣溫適宜度可用公式（1）計算[6]：

（1）

其中，，S（T）為作物生育期的溫度適宜度評價指數，T為生育期平均氣溫，Tmin、Tmax、T0分別為作物在某生育期所需的下限溫度、上限溫度和最適溫度。S（T）是由實際氣溫T和Tmin、Tmax、T0決定的葡萄溫度適宜度。

當T≤Tmin或T≥Tmax時，S（T）=1;當T=T0時，S（T）=1。

1.2.2 光照適宜度函數

葡萄在生長過程中，充足的光照條件可以使花芽更好的分化，葉片的生長色綠、肥厚，果實著色較為良好，新梢粗壯，尤其是對光照要求高的歐洲葡萄品種，例如本次試驗所用的赤霞珠，必須在陽光直射的條件下才可以正常著色。但并不是所有葡萄對光照的需求都是越強越好，有的葡萄在強光的照射下，果實表面溫度可達50℃以上，葡萄果穗的日燒病便會產生。葡萄葉片在中午光照條件最強的時候，則會發生“午休現象”（光合作用的低谷）。因此可以說，過強的光照對葡萄的生長是不利的。所以本文以日照時間達可照時間的60%～90%（日照百分率）為臨界點[7]，認為日照百分率達到60%以上，90%以下，葡萄對光照的反應可達到最佳適宜狀態。研究表明，日照適宜度可用公式（2）計算[8]：

（2）

式中，S（S）為作物生育期日照適宜度評價指數;S為作物生育期旬實際日照時間（h）;S0為作物相應生育期光照條件達到可照時間的60%時的日照時間（h），S1為作物相應生育期光照條件達到可照時間90%時的日照時數（h）。

1.2.3 降水適宜度函數

按照徐學選等[9]的降水量與作物產量的關系曲線圖，以內蒙古自治區烏海市的葡萄正常生長所需水量作為其適宜需水量標準，葡萄的降水適宜度[6]可以使用下式計算：

（3）

式中，F（P）為某生育期的降水適宜度，數值范圍為0～1，P為某一生育階段降水量，W為作物某一階段生理需水量。當P略大于W，且是土壤適宜儲存接納的量，可認為F（P）≈1。

通過文獻資料與以及向專家了解，可得出結論：烏海市降水不足以滿足葡萄各生育期生長需求，但是由于該地區發展灌溉農業，可采用灌溉方式保證葡萄各生育期的需水量，并保證灌溉水量合適。因此，降水并不作為衡量葡萄生長適宜度的限制因子。

1.2.4 氣候適宜度函數

生態條件與葡萄的生長過程及最終果實產量的形成關系錯綜復雜，尤其是氣候因子間組合的變化對其影響較大，因子之間會產生疊加效應，或因子加強，或被減弱，甚至被完全抵消。為了綜合反映疊加因子對葡萄適宜度的影響，合理評估葡萄對可能提供的氣候資源的適宜動態，按照上述分析選擇光溫適宜度計算葡萄生長的綜合氣候適宜度。

可用公式（3）計算釀酒葡萄的氣候適宜度[6]：

（4）

式中SY代表氣候適宜度，ST表示溫度適宜度，SS表示光照適宜度。

由上述模型計算得出，烏海市釀酒葡萄生育期氣候適宜度如表1所示，氣候適宜度均值為99%。

1.3 氣候適宜度驗證

1.3.1 建模方法驗證

1.3.1.1模型的驗證

品質是產品的特征，反映中晚熟釀酒葡萄品質的主要理化指標有中晚熟釀酒葡萄品種的含糖量、可滴定酸、pH值和酚類物質等。含糖量是釀酒葡萄最重要的品質因子，對釀酒葡萄品質及后續生產影響極大。李記明等[10]研究表明，含糖量與葡萄酒的品質之間呈現正相關關系，含糖量高的葡萄果實釀出的葡萄酒，酒體醇厚豐滿;含糖量在一定程度上也能反映芳香物質的情況。李記明等[11]認為，釀酒葡萄超出最佳適宜酸度范圍會使葡萄酒出現酸澀、粗硬、平淡或乏味、少筋情況。pH值主要作用是在葡萄酒釀造過程中控制其不穩定性。糖酸比反映釀酒葡萄含糖量和含酸量的平衡，糖酸比太高和太低不易釀造出好的葡萄酒。因糖酸比是綜合反映釀酒葡萄品質的重要指標，在評價釀酒葡萄品質時，經與葡萄酒廠技術人員交流，結合國內專家研究成果，最終選擇釀酒葡萄糖酸比作為釀酒葡萄品質的評價指標。根據烏海市氣象局前期對釀酒葡萄品質等級的研究表明，品質達到優以上等級的釀酒葡萄糖酸比在35～50，不在35～50的等級均為優以下。

1.3.1.2糖酸比與氣候適宜度

將2009—2017年氣候適宜度數據與2009—2017年烏海市各酒廠提供的釀酒葡萄糖酸比數據對比分析，可發現當氣候適宜度指數達到90%以上時，釀酒葡萄品質等級均能達到優。表明本次設計的葡萄氣候適宜度模型能客觀反映烏海市釀酒葡萄種植的氣候適宜性水平。

1.3.2 建模數據代表性驗證

1.3.2.1驗證數據來源

采取與建模數據及驗證模型使用數據同屬烏海市的同品類釀酒葡萄赤霞珠成熟前產品作為檢驗樣品，送往寧夏氣象局科研所進行品質測定得到2018及2019年的品質數據。采樣的兩個葡萄基地是烏海市具有代表性的漢森和吉奧尼兩個葡萄酒廠，兩廠釀酒葡萄的種植小氣候及土壤條件各有特色，代表了烏海及賀蘭山北麓的各種葡萄園小氣候。用不同于建模使用的小氣候釀酒葡萄樣品檢驗可以驗證建模使用數據的代表性。

1.3.2.2驗證結果

將2018—2019年用烏海市烏蘭鎮原始數據得出的氣候適宜度數據與建模未使用的另一小氣候葡萄產品的糖酸比數據對比分析，依然符合當氣候適宜度指數達到90%以上時，釀酒葡萄品質等級能達到優的規律，表明本次建模數據及驗證模型使用數據具有代表性、可信性。

2 結果與分析

2.1 葡萄各生育期適宜度年際變化分析

2.1.1 葡萄各生育期氣溫適宜度年際變化分析

由圖1可以得出，1981年以來各生育期氣溫適宜度波動較大的生育期有出土期、漿果生長期、新梢成熟和落葉期、埋土期，因此葡萄種植戶在從事種植活動期間，應特別關注出土期春霜凍，漿果生長期連陰寡照，新梢成熟和落葉期、埋土期秋季冷害。

2.1.2 葡萄各生育期光照適宜度年際變化分析

分析圖2可以得出，1981年以來各生育期光照適宜度沒有波動，非常適宜。因此光照在烏海不作為氣候限制因素，從事農事活動不用過多考慮。

2.1.3 葡萄各生育期氣候適宜度年際變化分析

內蒙古自治區烏海市中晚熟釀酒葡萄各生育期氣候適宜度年際變化如圖3所示。一般認為光溫適宜度大于0.8即為較適宜，由圖3可以看出，1981年以來各生育期氣候適宜度波動較大的生育時期只有出土期和埋土期，因此葡萄種植戶在從事種植活動期間，應特別關注出土上架時間、埋土越冬時間及埋土深度，及時關注天氣情況，做好農事活動安排。

2.2 葡萄全生育期適宜度年際變化分析

從圖4可知，釀酒葡萄1981—2019年全生育期氣溫、光照及氣候適宜度平均值均在0.9以上。其中，光照適宜度最高，平均值為1;其次是氣候適宜度，均值為0.97;最小的是氣溫適宜度，平均值為0.93。近年來，氣候適宜度及氣溫趨勢漸好，有回升跡象，均在2009年出現波谷，之后波動上升。光照適宜度則不同，一直處于非常穩定的適宜狀態。因此可以看出，氣候適度的變化趨勢由溫度適宜度的變化趨勢主導。在全球大環境背景下，近兩年來烏海地區的溫度適宜度波動變化趨勢對種植葡萄產生了負效應，在一定的程度上增加了葡萄種植風險。但只需要注意響應生育期的管理，烏海氣候對釀酒葡萄生長發育仍有利。

3 結論與討論

結果表明：1）1981—2019年，烏海市釀酒葡萄生長季內氣候適宜度較高，均超過0.9;釀酒葡萄整個生長發育期內適宜度波動最小的是光照適宜度，氣候適宜度居于中間，氣溫適宜度的波動最為明顯。因此，未來限制烏海市釀酒葡萄產品質量和產量的因子仍然可能是氣溫因子。2）1981年以來，烏海市釀酒葡萄各個生育期的氣候適宜程度呈現不穩定的上下波動趨勢，但是近10年趨勢漸好，有回升跡象，所以，在釀酒葡萄種植過程中，管理人員可以在不同的生長時期采取針對性的農業管理措施。3）經檢驗，此次釀酒葡萄氣候適宜度模型在反映烏海市釀酒葡萄種植適宜性上表現良好，可以作為決策和農業服務的理論基礎。4）定量評估得出結論，烏海地區釀酒葡萄氣候適宜性極高。基于此，利用烏海釀酒葡萄的代表品種赤霞珠可繼續研究設置認證氣候條件指標，建立氣候品質評價模型，綜合評價確定氣候對生產階段的農產品品質的影響，最終評定農產品氣候品質等級，探究氣候因素與中晚熟釀酒葡萄品質的關系，把握烏海中晚熟釀酒葡萄氣候品質，為氣候品質認證工作打下堅實基礎。

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（責任編輯：趙中正）