水分脅迫對河西荒漠綠洲區釀酒葡萄水分利用及產量的跨年度影響

汪精海， 張 芮， 李 廣， 戴文淵

(1.甘肅農業大學 水利水電工程學院， 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農業大學 林學院， 甘肅 蘭州 730070； 3.甘肅農業大學 資源與環境學院， 甘肅 蘭州 730070)

近年來，隨著人們生活水平的不斷提升，對于葡萄酒的需求逐年穩步提升，而釀酒葡萄種植作為葡萄酒產業的基礎性支柱，其健康發展對于釀酒葡萄產業至關重要[1-2]。甘肅省河西地區晝夜溫差大，是種植釀酒葡萄的“黃金地帶”(北緯30°—50°)[3]，然而該地區屬于干旱荒漠綠洲區，其釀酒葡萄主產區武威市涼州區多年平均降雨量僅為160 mm，而年均蒸發量是降水量的15.8倍，水資源嚴重短缺的現狀制約了區域葡萄酒產業的發展[4]。因此，在該類區域上進行高效節水灌溉技術(滴灌等)和不同灌水水平條件下釀酒葡萄耗水規律、產量和水分利用效率研究，對于制定科學合理的節水高效灌溉制度(模式)和實現釀酒葡萄產業的可持續發展具有重要科學意義。國內外學者對釀酒葡萄耗水規律及產量研究方面已有大量報道，鄭睿等[4]研究表明土壤含水率是影響葡萄植株液流的最主要環境因素，灌水前后葡萄液流差別很大，對葡萄日耗水強度(DWC)影響顯著；其他學者也證實不同水分處理對釀酒葡萄DWC影響很大，且DWC與生育期總體規律表現為果實膨大期DWC> 著色成熟期DWC>開花期DWC>新梢生長期DWC>萌芽期DWC[1-3，5-6]。但也有研究表明不同生育期水分脅迫會導致葡萄日耗水強度最大時段出現的時期不一致，轉色前水分虧缺的灌溉處理的DWC最大時段為果實著色成熟期，而其他生育期脅迫處理的DWC最大時段為果實膨大期[7]。在產量研究方面，水分脅迫并不一定會導致產量下降，在早期適時、適度的水分虧缺能夠使作物有一定的增產效果[7-8]，同時提高水分利用效率[9-10]。孔維萍等[11]研究表明萌芽期適度虧水有利于提高延后栽培葡萄產量和水分利用效率，Permanhani M等[12]和許健等[13]表明適度虧水能提高葡萄水分利用效率。房玉林等[14-15]，惠竹梅等[16]在花后30 d至成熟期結束對釀酒葡萄進行調虧灌溉，對葡萄的粒徑及產量沒有顯著性影響。蘇學德等[17]進行不同灌水處理對葡萄(克瑞森)產量等影響的研究，表明隨灌溉水量的增加，葡萄產量會有所增加；張芮等[18-19]研究表明，在果實膨大期對設施延后栽培葡萄進行水分脅迫，會顯著降低葡萄產量及水分利用效率。

綜上所述，不同時段進行水分虧缺灌溉對葡萄耗水和產量的影響是不同的[20]，已有研究結論也并不完全一致，產生差異的原因是所設置的水分脅迫程度和脅迫時間不一致，且其研究成果大部分都是一個年度水分脅迫試驗的結果，缺少跨年度的持續跟蹤研究，不能全面反映釀酒葡萄水分消耗和對產量的影響規律。而葡萄是多年生的木本植物，對其持續進行水分脅迫，對產量及耗水規律的影響會產生疊加效應，而這正是目前研究的重點和難點問題。因此，本文從2015—2016年間連續2 a對釀酒葡萄梅鹿輒進行滴灌灌溉技術條件下不同生育期水分脅迫處理，研究其對釀酒葡萄的日耗水強度、產量和水分利用效率的影響，以期揭示水分脅迫對釀酒葡萄耗水規律及產量的跨年度持續影響效應，為河西荒漠綠洲區的釀酒葡萄節水高效灌溉制度和滴灌灌溉模式的制定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015—2016年在甘肅省河西走廊東中部武威市涼州區威龍葡萄2號基地(102°51′E， 37°512′N，海拔1 581 m)開展。該試驗區屬典型的大陸性干旱氣候，多年平均降水量僅為164.4 mm，日照充足，年平均日照時間3 000 h以上，晝夜溫差大。供試土壤質地為沙質壤土，土壤肥力均勻，地下水位埋深較深，為25～30 m。

1.2 供試材料

選用試驗區當地主栽釀酒葡萄品種梅鹿輒(Merlot)，樹齡5～6 a，南北行向，行距3.2 m，株距1.0 m，葡萄架式選擇單臂籬架，沿葡萄行每隔7.5 m豎立水泥支柱，其上拉3道鍍鋅鐵絲，葡萄架的高度約為1.6 m。

1.3 試驗設計

采用單因素完全隨機試驗設計，將釀酒葡萄的生育時期劃分為：萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期這5個時期[8-9]。2個試驗年度生育期起止日期及降水和氣溫情況如表1所示。每個生育期設2種水分脅迫水平，即土壤含水量下限為田間持水量的65%(輕度脅迫)和55%(中度脅迫)，以土壤含水量下限為田間持水量的75%為對照(充分供水)，所有水分脅迫處理只進行單生育期脅迫，即脅迫期之前或脅迫期結束后恢復正常供水(充分供水)；共設11個處理(表1)，每個處理3 次重復，共33個試驗小區，每個小區面積為15.0 m×9.6 m，定植葡萄45株(3行葡萄)。土壤質地為沙質壤土，0—100 cm土層內的平均田間持水率和凋萎系數分別為36%(體積百分比)和12.6%，干容重1.35 g/cm3，土壤孔隙度為45%。試驗區灌水采用滴灌技術，一行兩管控制模式，滴頭流量2.5 L/h，滴頭間距25 cm。灌水定額為270 m3/hm2，當試驗小區土壤含水量達到設定的土壤水分下限時，即進行灌水，用水表嚴格控制水量。

表1 釀酒葡萄生育期劃分及其試驗起止時間

1.4 測定項目和測定方法

(1) 土壤含水率測定。 采用RYGCM3000S型節灌數據采集系統(土壤水分傳感器)進行定點土壤水分監測，同時采用土鉆取土烘干法進行土壤含水率測定和校對。3個重復中每個小區都隨機選擇2個測定點，測定點位于葡萄定植行軸線外10 cm，并與相鄰2株葡萄等距位置；測定深度為100 cm，每隔20 cm為1層，最后計算平均值。在釀酒葡萄整個生育期內，每隔7 d測定1次，萌芽期前、生育期節點、灌水前后及葡萄采收后加測。

(2) 日耗水強度(DWC)計算。 用水量平衡公式[21]計算得葡萄各生育期耗水量，再用某一生育期耗水量除以該生育階段持續的天數，計算得日耗水強度[20]；

(3) 葡萄產量的測定 葡萄成熟采摘季節，按各小區單獨收獲，用電子秤稱量各小區所有葡萄樹果穗的質量，最后將其換算為標準產量。

(4) 水分利用效率(WUE)。計算 用葡萄產量(kg/hm2)除以全生育期總耗水量(m3/hm2)來計算。

1.5 田間管理

試驗期間除人工補給灌水外，各處理的修剪、鋤草、噴藥等田間管理措施均保持一致；2015—2016年各處理的施肥量和施肥時間也相同，即每年度在釀酒葡萄萌芽期施尿素400 kg/hm2，果實膨大期尿素700 kg/hm2，復合肥1150 kg/hm2，果實采收后施鈣鎂磷肥1 750 kg/hm2。

1.6 數據分析處理

采用Excel 2008軟件對數據進行處理，采用SPSS 19.0統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對釀酒葡萄日耗水強度的影響

從圖1可以看出，2015年(第1個試驗年)葡萄萌芽期各處理日耗水強度(DWC)與全年其他生育期相較而言最低，該時期日耗水強度值在0.13～0.33 mm/d之間；另外，處理T6(萌芽期中度脅迫)的DWC(0.13 mm/d)

與前兩個生育期脅迫規律相同，在開花期水分脅迫的2個處理(T3和T8)的DWC值也都小于該階段其他處理，且2015年開花期脅迫處理T8(DWC=1.57 mm/d)和T3(1.68 mm/d)顯著低于CK(2.37 mm/d)；2016年T8(DWC=1.80 mm/d)和T3(1.83 mm/d)也顯著低于CK(2.38 mm/d)，說明開花期水分脅迫也能顯著降低葡萄日耗水強度。

進入果實膨大期日耗水強度達到最大，2個試驗年度各處理DWC在2.27～4.42 mm/d之間，比開花期明顯提高。2015—2016年T9(果實膨大期中度脅迫)的DWC

圖1 2015試驗年釀酒葡萄各處理日耗水強度

圖2 2016試驗年釀酒葡萄各處理日耗水強度

從單生育期水分脅迫結束后復水效果分析，2015年萌芽期水分脅迫處理T1和T6在新梢生長期恢復充分供水后，其耗水強度由脅迫期的0.18 mm/d和0.13mm/d依次迅速恢復至2.22 mm/d和2.21mm/d(圖1)，略高于CK(2.20 mm/d)；新梢生長期脅迫處理T2和T7在開花期復水后，其耗水強度也升至2.31 mm/d和2.35 mm/d，與CK(2.37 mm/d)基本持平。同樣，開花期脅迫處理T3和T8在下一生育期(果實膨大期)復水后，其耗水強度也由脅迫期的1.68 mm/d和1.57 mm/d迅速增加至4.10 mm/d和3.86 mm/d，與CK(3.99 mm/d)持平(圖1)。與之不同的是，果實膨大期中度脅迫處理T10在著色成熟期恢復正常供水后，其耗水強度依舊顯著低于CK處理(圖1)；2016年，T10和T4處理在下一生育期復水后耗水強度依舊不高，也顯著低于CK(圖2)。

從水分脅迫跨年度影響效果分析，在葡萄萌芽時期，2015年只有水分脅迫處理T6和T1的DWC顯著低于CK，其他非脅迫處理與CK之間差異不顯著(圖1)；但2016年(第2年定點試驗)除了T6和T1的DWC顯著低于CK外，T7，T8，T9，T10等中度水分脅迫處理的DWC也均顯著低于CK(P<0.05)。另外，2016年新梢生長期除該時段水分脅迫處理(T2，T7)耗水強度顯著降低外，T9處理也顯著低于CK；開花期T7，T9，T10等處理耗水強度也都顯著低于CK(圖2)，這與上一年有所不同。

2.2 水分脅迫對釀酒葡萄產量的影響

從表2可以看出，2015年果實膨大期輕度脅迫處理(T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的產量顯著低于CK，尤其是果實膨大期脅迫處理產量下降非常明顯，其輕度(T4)和中度脅迫(T9)產量僅為8 820 kg/hm2和7 461 kg/hm2，比CK依次減產39%，49%(p<0.05)；其他生育期輕度脅迫處理(T1，T2，T3，T5)產量與CK之間不存在顯著性差異。2016年中度水分脅迫處理(T7，T8，T9，T10)的產量依舊顯著低于CK；另外，輕度脅迫T4產量也僅有11 175 kg/hm2，比CK減產24%(p<0.05)；與2015年相同，萌芽期輕度脅迫(T1)產量也達到最高，為15 306 kg/hm2，略高于CK，另外其他輕度脅迫處理(T2，T3，T5)比CK有小幅減產，但差異不顯著。

2.3 水分脅迫對釀酒葡萄水分利用效率的影響

從表2可以看出，2015—2016年T1處理水分利用效率均達到最大值，依次為2.77 kg/m3和2.96 kg/m3，比CK依次提高5.9 %和9.5 %；另外T5處理在2個試驗年水分利用效率也依次達到2.62 kg/m3和2.79 kg/m3，略高于CK。

2個年度試驗結果不同的是2015年輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均顯著低于CK(P<0.05)，而2016年只有T8和T10處理的水分利用效率顯著低于CK。

表2 2015-2016 年不同生育期水分脅迫對葡萄產量及水分利用效率的影響

注：采用LSD法，同列數據后不同小寫字母表示在p<0.05 上差異顯著,“±數字”為標準差； T1—T5為輕度水分協迫處理； T6—T10為中度水分協迫處理。

3 討 論

日耗水強度反映了作物在不同生育期內受灌溉、氣象、農藝措施等各方面因素的綜合影響。2015—2016年2個試驗年度均表明，萌芽期日耗水強度最低(該期水分脅迫處理DWC在0.13～0.79 mm/d范圍，非脅迫處理在0.28～1.23 mm/d之間)，這與萌芽期釀酒葡萄剛剛出土不久，氣溫較低，蒸騰作用及光合作用都比較弱有關；果實膨大期日耗水強度最大(該期水分脅迫處理DWC在2.67～2.84 mm/d，非脅迫處理高達3.86～4.39 mm/d)，該生育期是葡萄生殖生長最為迅速、氣溫相對最高的時期(表1)，也是葡萄需水臨界期；其余生育期日耗水強度變化規律表現為著色成熟期>開花期>新梢生長期，這與孔維萍等[1]、鄧浩亮等[2]、王永平等[5]、曾辰等[22]在釀酒葡萄耗水規律等方面的研究結論一致。

在釀酒葡萄萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期這5個生育期進行水分脅迫，都會明顯降低脅迫時期葡萄的日耗水強度，并且表現出水分脅迫越嚴重，日耗水量的下降越明顯的規律(圖1和圖2)。這與紀學偉等[23-24]的研究結果保持一致。另外，在前3個短生育期(萌芽期、新梢生長期、開花期)脅迫復水后，釀酒葡萄耗水強度都會迅速恢復；如2015年新梢生長期脅迫處理T2和T7處理在開花期復水后，其耗水強度由脅迫期的1.40 mm/d和1.53 mm/d依次恢復至2.31 mm/d和2.35mm/d，與CK(2.37 mm/d)基本持平(圖1)；2016年開花期脅迫處理T3和T8在果實膨大期復水后，其耗水強度也由脅迫期的1.83 mm/d和1.80 mm/d迅速增加至4.42 mm/d和4.30mm/d，與CK(4.38 mm/d)持平(圖2)。但果實膨大期(生育期長達85 d左右，屬于長生育期)中度脅迫處理T10在著色成熟期恢復正常供水后，其耗水強度(2015年為3.34 mm/d)依舊顯著低于CK(3.75 mm/d)(圖1)；2016年，T10和T4處理在著色成熟期復水后耗水強度也僅為2.47 mm/d和1.98 mm/d，仍顯著低于CK(3.00 mm/d)(圖2)。其主要原因是土壤水分脅迫會影響葡萄的光合蒸騰生理及水分代謝機能，中、短時期的輕度和中度干旱脅迫恢復供水后葡萄光合熒光參數、蒸騰速率能基本恢復到正常供水狀態[25]；另一方面，葡萄萌芽期、新梢生長期、開花期屬于營養生長的旺盛時期，脅迫復水后耗水強度可迅速恢復，甚至超過正常供水處理；而果實膨大期水分脅迫后，至著色成熟期恢復充分供水，葡萄耗水強度并沒有恢復，其原因是著色成熟期復水后葡萄將進入落葉期，葉面積不再增加(甚至脅迫處理底部葉片較早出現枯萎，減少了有效葉面積指數)，因而耗水強度并未出現“復水恢復增長”效應，說明水分脅迫對葡萄耗水強度的影響與葡萄的生長期也緊密相關，即輕度和中度水分脅迫對釀酒葡萄各生育期耗水都有不同程度的抑制作用，且葡萄營養生長期的這種抑制作用在復水后會自動消除；但在葡萄生育后期脅迫復水后其抑制作用難以完全恢復。張芮[21]在2014—2016年所開展的設施延遲栽培葡萄耗水規律研究中也表明果實膨大期是鮮食葡萄的需水臨界期，該生育階段虧水顯著降低設施鮮食葡萄耗水強度，且這種影響具有明顯的后續效應，在著色成熟期復水后其耗水強度并未恢復到正常水平，這與本研究中釀酒葡萄的耗水規律基本一致。

盡管2 a連續定點試驗均表明水分脅迫都會降低葡萄在脅迫期的耗水強度，但從跨年度分析，第2試驗年(2016年)萌芽期T7，T8，T9，T10處理和新梢生長期T9處理及開花期T7，T9，T10等中度水分脅迫處理耗水強度也都顯著低于相應時期CK值(圖2)，說明上一年度新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期等單個生育期中度水分脅迫都會影響次年度釀酒葡萄生育前期的耗水強度。

2 a的試驗結果表明，萌芽期輕度水分脅迫(T1)可提高釀酒葡萄產量和水分利用效率(表2)，但該生育期中度水分脅迫(T6)對釀酒葡萄產量和水分利用效率的影響不顯著，其研究結果與胡宏遠[26]的研究成果一致；Williams等[27]和Conesa等[28-29]研究也表明輕度水分脅迫(60%～80%ETc)對葡萄產量、果穗重量和水分利用效率有利。另外，果實膨大期輕度脅迫(T4)和中度水分脅迫(T8)顯著降低葡萄產量，這與馬奇梅[6]、劉靜霞等[30]等研究結果保持一致。著色成熟期輕度脅迫處理(T5)在不顯著降低產量前提下，能達到較高的水分利用效率，這與Marinho等[31]、和Serman等[32]研究結果一致。

從水分脅迫對葡萄產量和水分利用效率跨年度影響分析，2015年開花期、果實膨大期輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的產量都顯著低于CK，而2016年度開花期輕度脅迫(T4)和萌芽期中度脅迫(T6)對葡萄減產的影響不顯著(表2)。另外，2015年輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均顯著低于CK，而2016年只有T8和T10處理顯著低于CK，表明釀酒葡萄經歷上一年(2015年)水分脅迫后，對其產生了明顯的抗逆調節適應能力，在第2年進行輕度脅迫或短期的中度脅迫時其抗水分脅迫適應性增強，對葡萄產量和水分利用效率的影響逐漸削弱。

4 結 論

葡萄耗水強度與生育進程緊密相關。釀酒葡萄在萌芽期日耗水強度最低，新梢生長期—開花期逐步升高，到果實膨大期達到了峰值，2015—2016年日耗水強度達到了2.53～3.67 mm/d之間，是釀酒葡萄需水臨界期。同時，在釀酒葡萄的所有生育階段進行水分脅迫，都會降低葡萄日耗水強度，且脅迫程度越重、脅迫時間越長對耗水強度的影響越顯著。

水分脅迫會對產量造成較大影響，應引起高度重視。萌芽期輕度水分脅迫能夠提升釀酒葡萄的產量，同時也有利于提高水分利用效率；但果實膨大期輕度和中度水分脅迫會顯著降低葡萄產量，在生產實踐中該期應保持充分供水；著色成熟期輕度水分脅迫可在不降低產量的前提下小幅提高水分利用效率。因此，考慮產量和水分利用效率等綜合因素，河西荒漠綠洲區最佳的灌水模式是萌芽期輕度水分脅迫(土壤含水量下限為田間持水率FC的65%)，其他生育期充分供水(土壤含水量下限為75% FC)；較合理的模式是著色成熟期輕度水分脅迫(土壤含水量下限為65% FC)，其余生育期充分供水(土壤含水量下限為75% FC)，上述2種模式均采用滴灌(2管1行)技術，灌水定額270 m3/hm2。

釀酒葡萄屬于多年生植物，上一年度中度水分脅迫都會影響第二年生育前期(萌芽期—開花期)的耗水強度；同時，釀酒葡萄對水分脅迫具有一定的自我調節適應能力，水分脅迫對產量和水分利用效率產生的不利影響都會隨著脅迫年度的推進而有所減弱。