赤霞珠葡萄品質成分對成熟期降水過程的響應

楊豫，陳仁偉，王靜，張曉煜,，李紅英

(1.寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021； 2.中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；3.寧夏氣象科學研究所，寧夏 銀川 750002)

賀蘭山東麓位于37°43′～39°23′N， 105°45′～106°47′E，為寧夏賀蘭山東麓沖積扇與黃河沖積平原之間的寬闊地帶。該區(qū)屬于中溫帶干旱氣候區(qū)，干燥少雨，光照充足，晝夜溫差大，是中國釀酒葡萄生產的最佳生態(tài)區(qū)之一。憑借獨特的區(qū)位優(yōu)勢和良好的風土條件，葡萄與葡萄酒產業(yè)被列為寧夏特色優(yōu)勢重點發(fā)展產業(yè)。截至2018年，寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植面積已達3.8萬hm2，逐步形成金山、鎮(zhèn)北堡、玉泉營、甘城子和紅寺堡等釀酒葡萄小產區(qū)和酒莊集群。

葡萄品質對氣象條件高度敏感和依賴[1]。全生育期的溫度、光照和降水對釀酒葡萄成分的合成、代謝和積累具有重要影響[2-5]。成熟期適當?shù)乃痔澣庇欣谔岣咂咸哑焚|，成熟期降水過多阻礙釀酒葡萄成熟進程，容易造成裂果，加劇病害傳播[6-8]。成熟期降水是影響釀酒葡萄成熟度和葡萄酒質量的主要因子之一[9-10]。寧夏賀蘭山東麓產區(qū)年降水量在167.2～259.8 mm，降水量主要集中在6—8月，占全年降水量的55.0%～62.7%。近年來，隨著全球氣候變化，賀蘭山東麓葡萄成熟期的降水有增加趨勢[3，11-12]，極端天氣氣候事件增加。2016年和2018年8—9月，賀蘭山東麓遭遇多次強降水過程，局部地區(qū)達大到暴雨，降水量達113.2 mm，影響了葡萄成熟度和優(yōu)良品質的形成，而葡萄品質如何響應一次降水過程尚不清楚。本研究以寧夏賀蘭山東麓葡萄酒產區(qū)主栽釀酒葡萄品種赤霞珠為研究對象，基于賀蘭山東麓氣象條件和葡萄品質化驗數(shù)據，研究葡萄果實成分對降水過程的響應時間和相應量，探究成熟期降水對葡萄品質的影響，為葡萄品質預測評價及采收期預測提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗位于寧夏賀蘭山東麓產區(qū)美御酒莊，研究對象為赤霞珠，樹齡3年，高單籬架型栽培。葡萄行株距為3.2 m×1.0 m，產量水平在3 900 kg·hm-2左右。研究區(qū)域年平均氣溫9.5 ℃，生育期日照時數(shù)1 683 h，生育期4—9月降水152 mm，成熟期8、9月平均降水量分別為46.4、25.6 mm。

1.2 處理設計

本研究在釀酒葡萄成熟階段進行，即自葡萄果實轉色至成熟時段。該時段內研究區(qū)域共有2次自然降水過程。第1次為2018年8月30日至9月1日，研究區(qū)域葡萄園降水量達27.2 mm，其中日最大降水量發(fā)生在9月1日，為20.6 mm，為中雨；第2次降水發(fā)生在9月11日，為小雨。自2018年8月21日開始采集葡萄果實樣品，8月采樣周期為每5 d采1次，9月采樣周期縮短為每3 d采1次，至9月20日葡萄采收結束。

1.3 測定項目

1.3.1 氣象數(shù)據測定

氣象數(shù)據來自于葡萄園DZZ4農業(yè)自動氣象站(江蘇省無線電科學研究有限公司)，包括降水、溫度、空氣相對濕度、風速、風向、地溫等要素，監(jiān)測頻率為1 h。

1.3.2 品質數(shù)據測定

將采回的赤霞珠果實樣品去除果蒂后隨機混合，一半以4層紗布過濾擠汁50 mL以上備用，另一半用液氮冷凍，保存于-80 ℃超低溫冰箱冷凍備測，每個指標測量重復3次。pH采用筆式電子pH計(Kedid GT-6023)測定；可溶性固形物采用ATAGO PAL-1手持糖度儀測定；還原糖(以葡萄糖計)采用斐林試劑熱滴定法測定(GB/T 15038—2006)；可滴定酸(以酒石酸計)采用酸堿滴定法測定(GB/T 15038—2006)；單寧采用分光光度法(Folin-Denis試劑顯色)測定[13]。

1.4 分析方法

采用Excel 2007和SPSS 22.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同品質成分對降水過程的響應

釀酒葡萄的主要成分是糖、酸及多酚物質，其結構和數(shù)量決定著釀酒葡萄的品質[14-17]。通過試驗分析還原糖、可滴定酸、單寧含量和pH等成分對降水的響應，包括時間響應和量值響應。

2.1.1 pH和可滴定酸

在赤霞珠果實成熟過程中，pH呈上升趨勢(圖1)，可滴定酸含量隨著成熟度增加呈下降趨勢(圖2)。pH和可滴定酸對降水過程的響應時間相同。對于8月30日至9月1日的強降水過程，pH和可滴定酸均于降水2 d開始響應強降水，5 d后結束響應，但表現(xiàn)方式不同。降水2 d后pH開始下降，下降2.73%，5 d后開始恢復上升；可滴定酸含量于降水2 d后開始上升，上升10.52%，5 d后恢復下降趨勢。對于9月11日小雨過程，2 d后pH下降，可滴定酸含量上升，變化幅度分別為1.51%和-12.65%，6 d后恢復。說明pH和可滴定酸對于降水過程響應較為敏感，即使是少量降水也會影響其波動，同時可較快恢復正常生長。

圖1 赤霞珠果實成熟期內pH變化

圖2 赤霞珠果實成熟期內可滴定酸含量變化

2.1.2 可溶性固形物和還原糖

果實成熟過程中，可溶性固形物及還原糖含量呈增加趨勢。由圖3可知，受強降水影響，赤霞珠果實可溶性固形物含量增速變緩，上升幅度由12.98%減至0.71%，并持續(xù)10 d，與pH、可滴定酸響應降水的開始時間相同，但持續(xù)時間更長，10 d后開始恢復正常增長。圖4顯示，還原糖含量在降水后2 d開始下降，響應時間遲于pH、可滴定酸及可溶性固形物，但與可溶性固形物同時恢復增長，7日內由230 g·L-1降至210 g·L-1，下降6.58%。9月11日的小雨并未對可溶性固形物和還原糖含量造成直接影響，說明少量降水不會對可溶性固形物和還原糖產生明顯影響，而超過20 mm的降水過程可長時間的延緩果實糖分的積累速度，二者的響應時間遲于pH和可滴定酸。

圖3 赤霞珠果實成熟期內可溶性固形物含量變化

圖4 赤霞珠果實成熟期內還原糖含量變化

2.1.3 單寧

隨著果實成熟度的增加，果實中單寧含量呈上升趨勢。葡萄果實中的單寧含量在降水過后出現(xiàn)下降(圖5)。在5個成分指標中，單寧響應最遲緩，但響應量最大。降水過程結束后5 d開始響應，單寧含量下降31.89%，10 d后開始回升。

圖5 赤霞珠果實成熟期內單寧含量變化

2.2 葡萄成分響應的協(xié)同性

以可滴定酸為例分析赤霞珠果實品質指標間的相互影響作用。通過通徑分析明確各品質指標的變化對可滴定酸含量的直接、間接影響程度。通過相關性分析和通徑分析，對赤霞珠成熟期內各品質指標間響應強降水的協(xié)同關系進行研究，正態(tài)分布檢驗結果表明，各品質指標的含量分布均服從正態(tài)分布(Shapiro-Wilk Test，n=9，P>0.05)，可進行相關性分析。

相關性分析結果(表1)與通徑分析結果(表2)表明，4個品質因子對可滴定酸含量變化的影響程度為pH>還原糖>可溶性固形物>單寧。pH和還原糖含量兩者與可滴定酸含量變化有極顯著的負相關關系。各品質指標的變化對可滴定酸含量變化影響最大的是pH，其相關性達-0.907。其中pH直接作用于可滴定酸的相關性達-0.894，說明降水后pH的降低對于可滴定酸含量的升高有98.57%是直接效應，只有1.43%是pH通過影響可溶性固形物、還原糖、單寧而對可滴定酸造成的間接效應，而且pH對可滴定酸的間接正向作用削弱了pH對可滴定酸的直接負向作用。其次是還原糖，直接相關系數(shù)-0.822，間接相關系數(shù)-0.738。還原糖通過影響pH、可溶性固形物，對可滴定酸造成間接的負影響，即降水后還原糖含量升高直接影響可滴定酸含量的降低，同時還原糖還通過影響pH、可溶性固形物的升高來間接影響可滴定酸含量的下降。

注：*、**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

可溶性固形物與還原糖、pH的相關系數(shù)分別為0.889和0.796，說明在大量降水情況下，pH、可溶性固形物、還原糖三者的變化趨勢相同，且三者與可滴定酸含量的變化趨勢呈顯著負相關。可溶性固形物通過單寧對可滴定酸含量產生一定的正向作用，其對可滴定酸直接作用也為正向影響，但其通過pH、還原糖對可滴定酸含量造成的負向影響較大，最終使得可溶性固形物與可滴定酸含量呈負相關關系，二者的直接相關系數(shù)達到-0.715。

表2 各指標含量變化與可滴定酸含量變化通徑分析

單寧對于可滴定酸的含量變化的直接影響較小。可滴定酸含量變化與單寧含量變化指數(shù)呈負相關，但沒有達到顯著水平，說明在一定閾值內其二者間有較好的協(xié)調性。單寧的含量變化與pH、可溶性固形物、還原糖也均不顯著。

3 討論

在葡萄成熟過程中，葡萄糖分含量隨著果實成熟度增加而增加，而遇較大量級降水過后，葡萄糖分含量出現(xiàn)暫停增長甚至下降，幾日內恢復生長。從8月31日到9月10日酸度已基本恒定，無顯著變化，pH升高不利于葡萄酒品質。因此，在果實成熟后期，糖分達到優(yōu)質釀酒葡萄品質要求、酸度基本穩(wěn)定之后，這時氣象條件不利于果實品質發(fā)展，應提早采收。在遇較大降水過程后，可等糖度、單寧含量恢復增長后再進行采摘。

pH、可滴定酸、可溶性固形物對強降水響應速度較快，2 d后開始響應，6 d后恢復。還原糖受降水過程影響時間最長。同時pH、可滴定酸響應起止時間一致，還原糖與可溶性固形物同步響應，說明pH和可滴定酸、還原糖和可溶性固形物之間有較強的關聯(lián)性，相關分析結果也得出相同結果。在果實成分中，任何成分指標都不是單一個體，每個指標的變化都是一系列復雜生理生化活動的最終結果，其關聯(lián)機制有待進一步研究。

在赤霞珠各品質成分中，無論是直接作用還是其他因子通過對pH影響可滴定酸的間接作用，pH的變化與可滴定酸含量變化的相關性均最大。結合相關分析可知，雖然可溶性固形物與可滴定酸含量變化達顯著相關水平，但其直接通徑系數(shù)卻很小，這是因為其對可滴定酸的作用實質上是通過pH而實現(xiàn)，還原糖對可滴定酸含量影響亦主要是通過pH實現(xiàn)。可滴定酸含量變化與可溶性固形物含量變化相關系數(shù)和直接通徑系數(shù)方向不一致，是因為可溶性固形物通過pH、還原糖、花青素產生負向間接效應，通過單寧產生正向間接效應，且負向效應大于正向效應，掩蓋可溶性固形物對可滴定酸的負效應，將其夸大為正效應。因此，不能只用相關性簡單判斷兩個因子間的相關關系，還應通過通徑分析研究其主要原因，以免得出錯誤結論。

4 小結

降水過程對葡萄果實的pH、可溶性固形物、還原糖、可滴定酸、單寧5個成分指標含量變化均有明顯影響，從響應時間來看，單寧響應最遲緩，可滴定酸響應最快。從響應程度來看，單寧含量受降水過程影響最大，降低31.89%。降水過程減緩了可溶性固形物含量的上升速度，還原糖含量隨著果實成熟度增加出現(xiàn)了降低，10 d后恢復上升趨勢，還原糖響受強降水影響持續(xù)時間最長。除pH和可滴定酸外，其他指標對日降水5 mm以內的降水無響應。在生產實踐中如遇類似情況，在含糖量、含酸量已達到釀酒要求且較為恒定時，建議提前采收，以免遭受不良氣候影響果實品質。

在各品質指標的相關關系中，pH與還原糖與可滴定酸呈現(xiàn)極顯著的負相關關系，可溶性固形物、還原糖與pH呈極顯著正相關關系。在各品質指標的協(xié)同關系中，pH與可滴定酸的關聯(lián)最為密切，其他因子對可滴定酸含量變化的直接影響、間接影響均較小。