不同滴灌量對紅寺堡區(qū)釀酒葡萄生長和品質(zhì)的影響

王東, 曹源倍, 吉遙芳, 傅渝亮*

(1.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院, 鄭州 450008; 2.華北水利水電大學(xué)水資源學(xué)院, 鄭州 450045; 3.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院, 鄭州 450045)

紅寺堡區(qū)位于寧夏中部干旱區(qū)賀蘭山東麓，處于世界葡萄種植黃金地帶北緯38°附近，日照時數(shù)長、晝夜溫差大、病蟲危害較低。釀酒葡萄中含糖量和抗癌單寧成分較高、酸甜比例適宜、葡萄果皮色素及總發(fā)揮酯的形成和積累良好，為種植優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄提供了得天獨厚的優(yōu)勢和條件[1-2]。此外，釀酒葡萄單位面積經(jīng)濟收益較高，是其他經(jīng)濟作物的3～4倍，當(dāng)?shù)匾残纬闪艘葬劸破咸逊N植及葡萄酒產(chǎn)業(yè)開發(fā)拉動區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)集群模式[3-4]。不過，紅寺堡區(qū)干旱缺水，降雨量遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量，且土壤質(zhì)地主要為沙壤土，保水保墑能力較差，水資源匱乏成為制約該區(qū)域釀酒葡萄種植、生產(chǎn)及葡萄酒加工的瓶頸[5-6]。

滴灌技術(shù)憑借操作簡單[7-8]、水肥利用效率高[9-11]以及顯著提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)[12-14]等特點，在我國干旱半干旱地區(qū)得到了大面積推廣，也取得了一定成果。紅寺堡區(qū)葡萄種植園區(qū)雖然也引進并推廣使用了滴灌等先進的節(jié)水灌溉技術(shù)，但受傳統(tǒng)思想限制和管理人員節(jié)水意識薄弱影響，很多園區(qū)仍采用大量滴水方式進行葡萄灌溉，既造成了水資源不同程度的浪費，又容易引起葡萄根系活動層糜爛，對釀酒葡萄品質(zhì)產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致釀酒葡萄減產(chǎn)或絕收。國內(nèi)在葡萄栽培管理、灌溉方式及灌溉時間對葡萄生長影響等方面進行了較多研究[15-17]，但在紅寺堡區(qū)這種典型干旱半干旱地區(qū)不同滴灌灌水量對釀酒葡萄生長和品質(zhì)的影響研究較少。因此，本文通過田間試驗，以6年生‘赤霞珠(Cabernet Sauvignon)’葡萄為研究對象，研究不同滴灌量對釀酒葡萄生長和品質(zhì)的影響，以期為寧夏紅寺堡區(qū)釀酒葡萄在滴灌條件下水分合理調(diào)控提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)賀蘭山東麓葡萄種植基地進行，本區(qū)為溫帶大陸性半干旱性氣候，多年平均降水量251 mm，年平均蒸發(fā)量2 387 mm，多年平均氣溫8.7 ℃，晝夜溫差13.7 ℃，全年>10 ℃積溫可達(dá)3 200 ℃以上，全年日照時數(shù)2 900～3 550 h。試驗區(qū)土壤為淡灰鈣土，土質(zhì)主要為沙壤，0—100 cm土層范圍內(nèi)，土壤平均干容重為1.43 g·cm-3，土壤初始含水率為11.65%，土壤田間持水量為17.96%，土壤飽和含水率31.57%，有效態(tài)N、P、K含量分別為15.122、3.776、72.902 mg·kg-1，有機質(zhì)含量為2.91 g·kg-1。降雨量數(shù)據(jù)由紅寺堡區(qū)氣象局氣象站觀測獲取。

1.2 試驗設(shè)計

供試葡萄為當(dāng)?shù)刂髟葬劸破咸?年生‘赤霞珠’，葡萄架形為“廠”字型，株行距為0.6 m×2.8 m。4株葡萄為一小區(qū)，3次重復(fù)。試驗區(qū)葡萄樹除灌水量不同，其他措施如抹芽、綁縛、摘心、除草、施肥、修剪、病蟲害防治等田間工序均相同。試驗灌溉方式為滴灌，在距葡萄根部30 cm處設(shè)置一個滴灌帶，采用一行一管控制模式，滴灌帶直徑為16 mm，葡萄種植行開溝寬度80～100 cm，滴頭流量為3.2 L·h-1，滴頭間距為40 cm。設(shè)定5個不同灌水量梯度，分別為T1(每次滴灌150 m3·hm-2，灌水時間7.8 h)、T2 (每次滴灌225 m3·hm-2，灌水時間11.7 h)、T3(每次滴灌300 m3·hm-2，灌水時間15.6 h)、T4(每次滴灌375 m3·hm-2，灌水時間19.5 h)、T5(每次滴灌450 m3·hm-2，灌水時間23.4 h)。自4月下旬至8月下旬共灌水10次，其中萌芽期灌水2次(第1次為春灌)，開花期灌水1次，初果期灌水2次，果實膨大期灌水3次，果實轉(zhuǎn)色期灌水2次，灌水間隔為7～10 d，各處理灌水日期和灌水次數(shù)相同。田間為人工施肥，施肥量為720 kg·hm-2，選用易溶性的尿素225 kg·hm-2(含N 46.4%)，水溶性硫酸鉀120 kg·hm-2(含K2O 50.0%)以及磷酸鈣375 kg·hm-2(含P2O546%)。施肥分別在5個時期進行：萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期和果實轉(zhuǎn)色期。其中，萌芽期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的40%、0%和0%；新梢生長期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的20%、45%和20%；開花期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的10%、20%和10%；果實膨大期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的30%、15%和30%；果實轉(zhuǎn)色期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的0%、20%和40%。

1.3 測定項目及方法

1.3.1土壤含水率測定 土壤含水率采用土鉆取土，用烘干法測定試驗區(qū)土壤含水量，各試驗葡萄樹每周測定一次，萌芽前、降雨前后、灌水前后加測。取土位置為葡萄樹根部東、南、西、北4個方向10 cm處，取其均值作為結(jié)果，取土深度為100 cm作為計劃濕潤層，分5層，每層20 cm，以加權(quán)平均值計算土壤含水率，每組試驗3個重復(fù)，最后用加權(quán)平均法計算土壤含水量，并利用式(1)計算釀酒葡萄耗水量。

ET=10×∑riHi(θi2-θi1)+I+G+P-D

(1)

式中，ET為釀酒葡萄全生育期耗水量，mm；I為釀酒葡萄全生育期凈灌水量，mm；P為釀酒葡萄全生育期內(nèi)有效降雨量，mm；ri為相應(yīng)第i層的土壤干容重，g·cm-3；Hi為相應(yīng)第i層土壤厚度，cm；θi1、θi2為第i層土壤的含水量在時段初、末的值。由于試驗地點地下水位比較深，因此不考慮地下水補給的情況，即G=0；試驗為干旱半干旱區(qū)，故D=0。

1.3.2葡萄生長指標(biāo)及性狀測定 在釀酒葡萄全生育期內(nèi)，用游標(biāo)卡尺和鋼卷尺測定葡萄新梢長度、粒徑、果穗長以及株高。葉綠素相對含量(SPAD)采用SPAD-502葉綠素計(北京合眾博普科技發(fā)展有限公司)測定，植被差異指數(shù)(NDVI)采用CM1000-NDVI測量儀(北京英馳科技有限公司)測定，采用CI-340便攜式光合作用測定儀(北京商德通科技有限公司)測定葉片凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)及胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)。葉面積指數(shù)采用LAI—2000植物冠層分析儀(北京力高泰科技有限公司)測定，在葡萄樹的萌芽展葉期和開花坐果期每隔7 d測定，進入果實膨大期后每隔15 d測定。獲取不同灌水處理下葡萄樹各時段葉面積指數(shù)。水分利用效率(water use effective，WUE)是指農(nóng)田蒸散消耗單位重量水所制造的干物質(zhì)量，水分利用效率包括灌溉水利用率、降雨利用率和作物水分利用效率3個方面，本文主要研究產(chǎn)量水平上的水分利用效率，即單位水量所產(chǎn)生單位面積的產(chǎn)量，其計算公式如下。

γ=Yi-Yck/M

(2)

式中，γ為灌溉水生產(chǎn)效率，kg·m-3；Yi、Yck分別為有灌溉情況和不灌溉時的葡萄產(chǎn)量，kg·hm-2；M為灌溉定額，m3·hm-2。

1.3.3釀酒葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)指標(biāo)測定 在果實收獲后，每個小區(qū)隨機選取3株葡萄和10串果穗，在每串果穗上按上、中、下隨機選取10粒果實，用精度為0.1 g的電子稱稱量各小區(qū)所有葡萄單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量，并分別統(tǒng)計單株果穗數(shù)、果穗重和單穗果粒數(shù)。隨機將其中50粒果粒用振動式葡萄除梗粒選一體機(LX-X5A，新鄉(xiāng)市領(lǐng)先輕工機械有限公司)打成勻漿測定品質(zhì)。其中，可溶性固態(tài)物用手持糖量計(BG-111ATC，天津?qū)氫摴鈱W(xué)儀器有限公司)測定，可滴定酸含量用NaOH滴定法[18]測定，可溶性糖用苯酚法[19]測定，單寧含量用福林-丹尼斯法[20]測定，果皮總酚含量用福林-肖卡法[21]測定，總花色苷用pH示差法[22]進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007分析軟件處理試驗數(shù)據(jù)，同時采用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，并對相關(guān)指標(biāo)進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量對釀酒葡萄植株生長的影響

新梢長和株高是釀酒葡萄生長情況的重要指標(biāo)，由表1可知，釀酒葡萄新梢和株高均隨滴灌量的增大而增大。統(tǒng)計結(jié)果顯示，除新梢長無明顯差異，其他指標(biāo)均有顯著性差異，說明不同滴灌量對釀酒葡萄新梢長差異性影響較小，對其他指標(biāo)影響較大。其中，T4處理對新梢長及株高生長促進作用最為顯著，但滴灌量超過3 750 m3·hm-2時，由于灌水量超過田間持水量，降低了土壤空隙中氧氣含量，釀酒葡萄根系的呼吸作用降低，顯著抑制葡萄生長。另外，不同滴灌量對釀酒葡萄不同生育期內(nèi)葉綠素含量也具有一定影響。整體來看，開花期與膨大期SPAD、NDVI值與滴灌量呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性并不顯著。開花期SPAD隨滴灌量的增大而增大，T5處理達(dá)到最大，較T1提高了4.4%；膨大期SPAD隨滴灌量的增大表現(xiàn)為先增大后減小，T4處理達(dá)到最大，相較于最低T1處理提高了5.1%。NDVI值變化差異顯著，開花期NDVI隨滴灌量的增大表現(xiàn)為先減小后增大，T4處理達(dá)到最大，較最低T3處理提高了14.1%；膨大期NDVI隨滴灌量的增大而增大，T4處理達(dá)到最大，較T1處理提高了11.2%。

表1 不同滴灌量對釀酒葡萄植株生長的影響Table 1 Effects of different drip irrigation on the growth of wine grape plants

2.2 不同滴灌量對釀酒葡萄地上生物量指標(biāo)的影響

葉片是光合作用進行的主要場所，對釀酒葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。由表2可知，不同滴灌量對釀酒葡萄百葉鮮重、干重及葉面積影響顯著。百葉鮮重、干重以及葉面積均隨滴灌量的增大呈先增大后減小趨勢，于T4處理時達(dá)到最大，分別較最低T1處理提高了23.2%、35.3%以及20.8%。且T4處理鮮干比最低為2.69，較最高T2處理低10%，葉片干物質(zhì)積累量最大，水分轉(zhuǎn)化率最高。

表2 不同滴灌量對釀酒葡萄地上生物量的影響Table 2 Effects of different drip irrigation on aboveground biomass of wine grape

2.3 不同滴灌量對釀酒葡萄光合作用的影響

不同滴灌量對釀酒葡萄光合作用有直接影響，過多和過少的水量補給均會影響葡萄光合性能的發(fā)揮，對葡萄的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響。由表3可知，水分處理對葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度以及水分利用系數(shù)均存在顯著的相關(guān)關(guān)系，凈光合速率隨滴灌量的增大表現(xiàn)為先增大后降低的趨勢，T4處理最高為17.06 μmol·m-2·s-1，較最低處理T1提高6.1%，T2處理蒸騰速率最大為6.65 mmol·m-2·s-1。不同滴灌量對氣孔導(dǎo)度的調(diào)節(jié)具有顯著影響，T1及T3處理間無顯著性差異，但與其他處理存在顯著性差異，其中T4處理氣孔導(dǎo)度最高為243.12 mmol·m-2·s-1，較最低T1提高79.22%。T4處理對胞間CO2濃度有顯著的抑制作用，T5處理胞間CO2濃度最大為134.27 mg·kg-1，較T4提高49.92%。水分利用效率隨滴灌量的增大表現(xiàn)為先增大后降低，T4處理水分利用效率提高最為顯著為42.69%，較最低處理T1提高了7.6%。

表3 不同滴灌量對釀酒葡萄光合作用的影響Table 3 Effects of different drip irrigation on photosynthesis of wine grape

2.4 不同滴灌量對釀酒葡萄形態(tài)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

不同滴灌量對釀酒葡萄性狀指標(biāo)有一定影響，均具有一定的灌水適宜范圍。表4顯示，滴灌量的不同對釀酒葡萄單株果穗數(shù)及單穗果粒數(shù)影響差異不顯著，對果穗重、單粒重及單株產(chǎn)量影響差異性顯著。釀酒葡萄單株果穗數(shù)、果穗重、單粒重以及單株產(chǎn)量均隨滴灌量的增大呈先增大后減小趨勢，差異性顯著，T2處理單株果穗數(shù)最大為12.66。單穗果粒數(shù)間差異不顯著，T5處理單穗果粒數(shù)最大為145.74，T4處理果穗重和單粒重均為最大，分別為191.17和1.34 g，分別較最低處理T1高18.8%、12.6%。滴灌量為3 750 m3·hm-2時，單株產(chǎn)量最高，比滴灌量1 500 m3·hm-2高34.9%，差異顯著；當(dāng)?shù)喂嗔砍^3 750 m3·hm-2時，單株產(chǎn)量開始降低，T5處理較T4處理降低3.7%。

表4 不同滴灌量對釀酒葡萄性狀指標(biāo)和產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of different drip irrigation on characters and yield of wine grapes

2.5 不同滴灌量對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

表5為不同滴灌量處理條件下釀酒葡萄營養(yǎng)品質(zhì)的差異情況，可以看出，滴灌量的不同對釀酒葡萄的品質(zhì)指標(biāo)均存在顯著影響。其中，可溶性固形物隨滴灌量的增大呈減小趨勢，T1處理最高,為20.32%，較最低處理T4高2.26%。可滴定酸平均含量為0.74%，T4處理最高，T3處理最低。可溶性糖含量隨滴灌量的增大呈先增大后降低趨勢，T4處理最高為19.44%，較最低處理T1高4.6%，適宜的滴灌量不僅可以提高葡萄含糖量，還能一定程度上降低果實含酸量，有利于提高糖酸比，顯著提高葡萄品質(zhì)。單寧含量隨滴灌量增加呈先減小后增加趨勢，T4和T5處理單寧含量較高，分別較最低T3處理高出16.58%和18.76%。花色苷含量隨滴灌量增加呈先增加后降低趨勢，T3處理最高為0.68 mg·g-1，較最低處理T1高41.7%。酚類物可顯著提高果實芳香味，釀酒葡萄果皮總酚含量與滴灌量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中T4處理總酚含量最大為10.65 mg·g-1，較最低處理T1高31.97%。

表5 不同滴灌量對釀酒葡萄品質(zhì)的影響Table 5 Effects of different drip irrigation on quality of wine grapes

3 討論

合理的滴灌量有利于釀酒葡萄植株生長發(fā)育、促進光合作用提高水分轉(zhuǎn)化率，同時對葡萄果實的產(chǎn)量和品質(zhì)具有顯著的提高作用，過低或過高的灌水量均不能顯著提高葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究通過對比不同滴灌量處理對賀蘭山東麓釀酒葡萄植株生長、光合速率、水分利用效率、產(chǎn)量以及品質(zhì)等方面差異性發(fā)現(xiàn)，T4處理對新梢長及株高生長促進作用最為顯著，養(yǎng)分吸收狀況最好，且能顯著提高釀酒葡萄花期和膨大期SPAD和NDVI值。Junquera等[23]發(fā)現(xiàn)，過高的灌溉量并不能顯著提高釀酒葡萄產(chǎn)量，本研究中T4處理鮮葉片干物質(zhì)積累量最大，水分利用效率提高最為顯著，達(dá)到42.69%，單株產(chǎn)量最高，達(dá)到2.24 kg，顯著高于其他處理。當(dāng)?shù)喂嗔砍^3 750 m3·hm-2時，則會引起一定量的減產(chǎn)。

釀酒葡萄品質(zhì)受滴灌量影響較為顯著，其中可溶性固形物隨滴灌量的增大呈減小趨勢，T1處理最高為20.32%；可滴定酸平均含量為0.74%；可溶性糖含量隨滴灌量的增大呈先增大后降低趨勢，T4處理最高為19.44%；單寧含量隨滴灌量增加呈先減小后增加趨勢，T4和T5處理單寧含量較高；花色苷含量隨滴灌量增加呈先增加后降低趨勢，T3處理最高，T1處理最低。釀酒葡萄果皮總酚含量與滴灌量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中T4處理總酚含量最大為10.65 mg·g-1。綜上所述，T4處理即滴灌量為3 750 m3·hm-2時，葡萄植株生長、光合效率提高、葡萄產(chǎn)量和水分利用效率最高。另外，該處理條件能顯著提高葡萄含糖量，降低果實含酸量，有利于提高糖酸比，葡萄品質(zhì)最佳，是本研究中最佳的滴灌灌溉模式。本研究只對不同滴灌量條件下水肥耦合單因素模式對釀酒葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響進行了探討，而對不同滴灌水肥條件下釀酒葡萄生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，將是下一步研究的重點。