光伏板對吐魯番‘無核白’葡萄葉幕微氣候、葉片質量及果實品質的影響*

董凱向，賈舟楫，高 展，褚佳瑤，周 龍，方海龍

（1 新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052）（2 吐魯番高新農業科技示范園區）

近年來，全球氣候變暖趨勢越來越明顯，高溫強光等極端天氣在我國葡萄生長季節頻繁發生[1]，對葡萄的生長造成了逆境傷害[2]。吐魯番作為我國最大的無核葡萄種植區，素有“火洲”之稱，最高氣溫達49.6 ℃，遠遠高于葡萄產生日灼的溫度，因此改善吐魯番地區葡萄葉幕微氣候，緩解其高溫、強光對葡萄的傷害顯得尤為重要。葉幕微氣候指葉幕緊密表面及其內部的小氣候條件[3]，它包括了光、熱、溫度、濕度等諸多對果樹生長重要的氣象因子[4]，葉幕微氣候的變化，將導致果樹生長發育產生差異[5]。劉敏等[6]研究遮陽網對釀酒葡萄微氣候的影響時，發現遮陽網顯著降低了葡萄葉幕溫度、光照強度和光合有效輻射，并增加了葉幕濕度，改善了葡萄生長的葉幕微氣候，遮陰后葡萄縱、橫徑，單果重均顯著增加。李勃等[7]研究遮陽網對‘夏黑’葡萄葉幕微環境的影響時發現，和全光照相比，單層黑色遮陽網和雙層黑色遮陽網均顯著降低了葡萄葉幕的光照強度，遮陰后葡萄的葉長、葉面積、葉綠素含量均高于全光照條件。Dussi 等[8]研究遮陰對‘富士’蘋果的影響時發現，15%遮陰處理下蘋果灼傷情況仍較為嚴重，55%遮陰處理有效降低了灼傷。在研究改善葡萄生長環境方面，以往多采用遮陽網、溫室等全部遮陰的形式[9-11]，采用光伏板對葡萄進行遮陰的形式尚未見報道。

葡光互補是集光伏發電、葡萄種植及農業技術為一體的光伏農業，采取雙向管理運營，最大限度地利用當地土地資源和葡萄特色產業，棚架頂部通過光伏發電，棚架下面種植葡萄，并利用光伏支架對傳統小棚架葡萄園進行架式改革，改善葡萄樹體生境，推動葡萄產業轉型升級。筆者以‘無核白’葡萄為試材，研究不同密度光伏板對‘無核白’葡萄葉幕微氣候、葉片質量與果實品質的影響，以期找到適宜葡萄生長的光伏板密度，為葡光互補新型栽培模式在吐魯番的推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗地位于新疆吐魯番市高昌區亞爾鄉亞爾果勒村的吐魯番現代農業科技示范園區（北緯42°56′，東經89°05′），屬暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，平均年降水量16.4 mm，平均年蒸發量2 837.8 mm，年日照時數3 200 h，年平均氣溫14.5 ℃，極端高溫49.6 ℃，每年日最高氣溫高于35 ℃的天數100 d 以上，高于40 ℃的天數35～40 d，無霜期268 d。供試材料為7 年生‘無核白’葡萄，樹體健康，樹勢中庸，葡萄園為沙質壤土，采用棚架栽培，東西行向，枝蔓方向為由北至南，采用常規水肥管理。

1.2 試驗設計

葡光互補栽培用鋼架來搭建葡萄棚架，鋼架間左右相鄰的2 個立柱之間的跨度為4.6 m，前后2個立柱之間的行距為4.1 m，架面的前后高度分別為1.7、1.9 m。2017 年3 月在鋼架頂端安裝光伏板，規格為0.9 m×1.64 m，設4 個遮陰梯度。如圖1 所示，試驗地設置為葡光互補栽培鋼架未安裝光伏板（CK）和光伏板間隔分別為1.5 m（C1）、1.0 m（C2）、0.5 m（C3）4 個處理，面積共0.67 hm2，傳統的小棚架葡萄園表示為NEA，其架面高度一般為1.2～1.5 m。

圖1 不同密度光伏板試驗地分布情況

1.3 試驗方法

1.3.1 不同密度光伏板下葉幕微氣候的測定

于果實成熟期，使用TNHY-9 手持式農業環境檢測儀對不同處理（C1、C2、C3、CK、NEA）采用定點定位觀測方法，在前后2 個立柱之間的中線處每間隔3 m 選取1 個觀測點，共選取5 個觀測點，使每個處理的觀測點均處在一條直線上，從10：00—20：00，每2 h 測定1 次CO2濃度、光照度和光合有效輻射等指標。在每個處理葉幕下方放置溫濕度記錄器，每隔1 h 記錄1 次空氣溫度、相對濕度。

1.3.2 不同密度光伏板下葉片指標的測定

在果實成熟期，每個處理（C1、C2、C3、CK、NEA）沿著葡萄南北跨度的中線選擇生長勢相同、粗度基本一致的10 個新梢，用游標卡尺測量每個新梢第3 片葉的葉主脈長度和葉片寬度，每個處理另選擇生長勢相似的10 個新梢，摘取第3 片葉，用萬分之一電子天平測量葉片重量，各處理在選擇新梢時，均遵循在行間。每個處理架根、架中、架梢各隨機選取10 片葉片，共30 片葉片，用葉綠素含量測定儀（SPAD-502）測定其葉綠素含量，并用紅外測溫儀（testo 830-S1）測定其葉面溫度。每處理測定3 次，取其平均值。

1.3.3 不同密度光伏板下果實指標的測定

在果實成熟期，每個處理（C1、C2、C3、CK、NEA）選擇生長勢相近的10 株葡萄，每株葡萄在南北跨度的中線處選取1 穗葡萄，并用紅外測溫儀（testo 830-S1）測定其果面溫度，在每穗葡萄南北兩面的上、中、下部各取1 粒果實，每個處理共取代表性的果實60 粒，用游標卡尺測量果實縱、橫徑。每個處理以S 形分布隨機設置5 個取樣點，每個取樣點選擇生長勢相近的2 株植株，每株樹選取2 穗果實，用自封袋裝好后貼上標簽帶回實驗室，采用折光計法測定可溶性固形物（TSS）含量；采用酸堿滴定法測定果實中總酸含量。每處理測定3次，取其平均值。

1.4 數據統計

試驗數據均使用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

不同密度光伏板的架設會對葡萄架面產生不同程度的遮陰，進而會對葡萄葉幕微氣候產生一定影響。由表1 可知，不同密度光伏板下‘無核白’葉幕空氣溫度與對照差異顯著，空氣溫度和光伏板密度呈負相關關系，即NEA＞CK＞C1＞C2＞C3，處理CK、C1、NEA 的空氣溫度均在42 ℃以上，CK、NEA 的空氣溫度均超過44 ℃，隨著光伏板密度的增加，C2、C3 的空氣溫度均在40 ℃以下，比CK 分別降低了10.57%、12.45%。空氣濕度和光伏板密度呈正相關關系，即NEA＞C3＞C2＞C1＞CK，NEA、C3、C2 和C1 的空氣濕度分別比CK 增加了26.19%、23.42%、13.07%、1.36%。不同處理‘無核白’葉幕的光照強度為2.41×104～12.51×104lx，NEA 和CK 間無顯著性差異，其他各處理與對照相比差異顯著，光照強度隨著光伏板密度的增大呈下降趨勢，和CK 相比，C1、C2、C3 光照強度分別降低了6.84%、45.29%、80.74%。

表1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

2.2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質量的影響

隨著光伏板密度的增加，‘無核白’葡萄葉片的縱、橫徑，鮮葉重量均表現出先升高后降低的趨勢。C2 處理的葉片縱、橫徑最大，與其他多數處理具有顯著性差異，分別為123.94、152.37 mm，與CK 相比，分別增加了12.13%、12.23%。C2 和NEA處理鮮葉重量最大，分別為2.84、2.68 g，比CK 分別增加了8.81%、2.68%。‘無核白’葉片葉綠素含量隨著光伏板密度的增大呈先升高后降低的趨勢，但差異未達到顯著水平，其中C2 處理的葉綠素含量最高，SPAD 值為33.36，比CK 增加了10.03%。葉面溫度和光伏板密度呈負相關關系，CK＞C1＞C2＞NEA＞C3，C1、C2、C3 和NEA 處理比CK 分別降低了1.01%、2.97%、5.56%和3.13%（表2）。

表2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質量的影響

2.3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質的影響

隨著光伏板密度的增大，果粒縱徑呈先升高后降低的趨勢，但差異均未達到顯著水平。其中C2處理的果粒縱徑最大，為19.90 mm，比CK 增加了1.17%。果面溫度和光伏板密度呈負相關關系，即CK＞NEA＞C1＞C2＞C3，CK 果面溫度最高，為40.43 ℃，C1、C2、C3 和NEA 處理分別比CK 降低了1.88%、4.77%、5.66%、0.59%。各處理可溶性固形物含量隨著光伏板遮陰程度的增加差異顯著，表現出先增加后減少的趨勢，其中C2 處理的可溶性固形物含量最高，達到了20.00%，與CK 相比，增加了4.71%（表3）。

表3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質的影響

3 討 論

3.1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

葉幕微氣候指葉幕緊密表面及其內部的小氣候條件，具有范圍小、差別大、穩定性好的特性[12]，架設不同密度的光伏板，會形成不同的葉幕微氣候。本研究發現，隨著遮陰程度的增大，葉幕空氣溫度降低，相對濕度增大，光照強度顯著降低；全光照（CK）條件空氣溫度最高、相對濕度最小，光照強度最大。重度遮陰（C3）條件下，葡萄葉幕的空氣溫度最低、相對濕度變大，光照強度最低，與洪莉等[13]研究遮陰對甜櫻桃光合特性影響時的結果一致，這可能是由于光伏板遮光直接導致光照強度降低，隨著光照強度的減弱，葉幕溫度降低，水分蒸發減緩，相對濕度增大。傳統小棚架（NEA）條件下，葡萄葉幕的空氣溫度最高，相對濕度最大，與張海成等[14]研究板栗葉幕微氣候時溫度越高、濕度越小的結果不一致，考慮是因為傳統小棚架雖然未架設光伏板遮陰，但因其自身架面低矮郁閉，葡萄種植過密，導致其通風透光性能較差，不易散熱，葉片蒸騰所釋放的水分不能及時散發，最終形成高溫高濕的環境條件。

3.2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質量的影響

葉片是植物進行光合作用的重要場所，葉綠素是植物將光能轉化為化學能的重要物質[15]。植物光合效率與葉綠素含量有密切關系，光照強度對葉綠素的影響作用顯著[16]。本研究發現，葉綠素含量并非和環境因子一樣與光伏板密度呈簡單的線性關系，隨著光伏板密度的增大，葉綠素含量表現出先升高后降低的變化趨勢。中度遮陰（C2）條件下，‘無核白’葡萄葉綠素含量最高；重度遮陰（C3）條件下，葉綠素含量又開始下降，與梁曼曼等[17]在研究不同程度遮陰對核桃生長的影響時結果相一致，這可能是由于葉綠素合成酶的活性受光調控，

重度遮陰阻攔了過多的光能，不利于植物葉綠素的合成[18]。中度遮陰（C2）條件下葉綠素的含量最高，考慮有2 個方面原因：一方面可能是中度遮陰提高了葡萄的蒸騰拉力，促進了葡萄對N、Mg 等元素的吸收，提高了光合元素的合成效率，增加了葉綠素含量；另一方面可能是中度遮陰緩解了吐魯番地區夏季高溫強光對葡萄生長的抑制，降低了高溫強光對葉綠體結構的破壞以及葉綠素合成酶的影響。

3.3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質的影響

不同密度光伏板對葡萄產生不同程度的遮陰，導致葉幕微氣候產生一定差異[19-20]，進而影響葡萄果實品質[21]。葡萄果實品質以含糖量為主導因素，而遮陰會影響葡萄的干物質積累，從而對果實品質產生重要影響[22-23]。本研究發現，隨著光伏板密度的增大，果實的可溶性固形物含量呈先升高后降低的趨勢，中度遮陰（C2）條件下，‘無核白’葡萄可溶性固形物含量顯著高于其他處理；重度遮陰（C3）條件下，可溶性固形物含量開始下降，這與彭鑫等[24]和韓忠明等[25]研究遮陰對草莓果實品質和鐵線蓮品質的影響中的結果相一致。這可能由于在吐魯番地區，高溫強光等極端天氣已經成為了葡萄生長的限制因子[26]，高溫強光損傷了‘無核白’葡萄光合機構活性，導致光抑制現象發生，中度遮陰（C2）條件改善了‘無核白’葡萄的葉幕微氣候，緩解了高溫強光所造成的光合效率下降，使其更加高效地獲取光能，提高光合作用效率，產生更多的光合產物，果實品質也越好[27]；而重度遮陰（C3）條件阻攔了過多的光能，抑制了葉綠素的合成，進而降低了葉片光合效率，光合產物降低，使得輸送到果實的碳水化合物減少，從而抑制了果實含糖量的積累[28-29]。

4 結 論

在吐魯番地區采用葡光互補栽培時發現，隨著光伏板密度的增大，葉幕微氣候會出現空氣溫度和光照強度降低、空氣相對濕度增大的現象。‘無核白’葡萄葉片質量、果實品質隨著光伏板密度的增大表現出先上升后下降的趨勢，在光伏板間隔為1.0 m（C2）條件下，葉片的縱、橫徑最大，葉綠素含量最高，果實可溶性固形物含量最高。因此在吐魯番地區推廣葡光互補栽培模式時，建議選擇光伏板的間隔為1.0 m。