不同灌溉水量下摩爾多瓦生長和果實品質研究

陳 拓，張清濤*，陳藝漩，王振平

(1.中山大學土木工程學院，廣東 珠海 519082；2.中山大學華南地區水循環與水安全廣東省普通高校重點實驗室，廣東 廣州 510275；3.寧夏大學農學院葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心，寧夏 銀川 750021)

干旱半干旱地區面臨嚴重的水資源危機，而農業生產用水占比居高不下，農田灌溉有效利用系數低，地區農業發展受限。近幾年來，中國節水灌溉技術發展迅速，滴灌、滲灌等節水灌溉技術應用地區逐漸擴大，水資源效率不斷提高[1]。

寧夏賀蘭山東麓地處西北內陸，屬于干旱半干旱區地區，水資源短缺，但具有“引黃灌溉”先天條件，一定程度上維持了地區農業發展[2-3]。該地區自20世紀80年代逐步發展葡萄種植業，并不斷引進國外優質葡萄品種，同時大范圍地推廣[4]。歷經30多年的發展，寧夏賀蘭山東麓已經擁有成熟的葡萄種植體系，是中國著名的葡萄產區。賀蘭山東麓大部分采用傳統灌溉方式和節水灌溉技術相結合的方式，滴灌、滲灌等方式在當地應用廣泛[5-6]。在水資源貧乏的情況下，采用節水灌溉技術能夠有效提高農田灌溉效率，同時也需要配套科學合理的灌溉定額[7-8]。“超細纖維”滲灌是基于毛細作用原理，通過超細纖維材料制成的滲灌裝置給植物根區供水，能達到節水節能的目的。“超細纖維”材料吸水性能優越，無紡布包裹超細纖維材料可以防止泥沙進入毛細芯，另外環狀設計可以覆蓋葡萄主根部，使葡萄主根周圍獲得較為均勻的水分。孫伊博等[9]的灌溉試驗指出，毛細芯滲灌對葡萄生長與果實品質具有一定的促進作用，同時能夠提升水分利用效率。朱潔等[10]的研究指出，提高灌溉定額可以提高葡萄產量。但過多的灌溉會導致產量的下降。本試驗針對寧夏賀蘭山東麓的葡萄栽培和水資源條件，基于“超細纖維”滲灌，尋求適宜的灌溉方式和灌溉定額。在應用滲灌節水的前提下確定賀蘭山東麓葡萄栽種的生產管理模式，為當地水資源高效利用提供技術指導，對推動賀蘭山東麓葡萄種植產業發展具有一定的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在寧夏回族自治區永寧縣玉泉營農場葡萄園進行，海拔高程約1 110～1 120 m。屬溫帶大陸性氣候、中溫帶干旱氣候區，年平均氣溫8.7°C。該地區年日照時數2 800～3 300 h，光能資源豐富。年平均降水量201.4 mm，年內分配不均，7、8、9月3個月的降水總量約占全年總降水量的62%。該地區蒸發強烈，年平均蒸發量1 470 mm。土壤質地為沙壤土，土壤成分主要是淡灰鈣土，pH小于8.5，田間持水量為14%。年內平均溫差31.5℃，平均日溫差13.6℃。該地區晝夜溫差大，夏季干旱少雨，光照充足，是中國公認的天然優質葡萄產區。

1.2 試驗材料與設計

1.2.1試驗材料

試驗葡萄品種為9年生鮮食葡萄摩爾多瓦(VitisviniferaL.cv.Moldova)，東西行向，行間距為2.5 m，株間距為75 cm。滲灌毛細芯材料選用超細纖維制成，內環直徑約15 cm，寬3 cm，厚2 mm，外部使用無紡布包裹縫合。

1.2.2試驗設計

在葡萄園選取長勢一致的葡萄植株，每3株放置一個水容量為100 L的塑料桶，水桶墊高50 cm，連接PVC管，并通過閥門控制出水，PVC管上方設置3個細槽口分別供3個毛細芯穿入，連接緊密，無漏水現象，每個毛細芯分別對應一棵葡萄植株，放置在葡萄主根部(圖1)。設置3個試驗處理進行對比，分別為環狀(A30*3)、環2/3(A30*2)和環1/3(A30*1)，水量梯度分別設置90、60、30 L。每個處理設置3個重復，每個重復由一個水桶灌溉3棵葡萄樹，每個處理共9棵葡萄植株。試驗灌水周期(水桶水耗完后再次向水桶補充水的周期)為1個月左右，受天氣和灌溉情況影響有所調整，本次試驗灌水期間從5月12日至收獲前1星期。

圖1 超細纖維滲灌處理現場

1.3 測定項目與方法

副梢生長量：選取各處理葡萄植株中部副梢，標記并測量長度、計算生長量。

果形指數：果粒縱徑與橫徑的比值。

果粒重：每個重復隨機選取15顆果實并稱重。

可溶性固形物：使用數字折射儀(Atago PR-101,Brix 0～45%,±0.1%,5～40℃)測定。

可滴定酸：采用酸堿滴定法，采樣后用NaOH滴定法測定，以酒石酸計。

維生素C含量：采用2,6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量。

可溶性蛋白含量：采用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量。

數據制圖、統計分析與方法：繪圖軟件為Origin 2018，各個處理之間的對比使用SPSS 26.0統計分析軟件，以LSD法進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉水量下摩爾多瓦生長狀況

2.1.1不同灌溉水量下摩爾多瓦副梢生長狀況

新梢在生長階段對水分變化極其敏感，充足的水分供應對新梢生長十分重要。圖2為摩爾多瓦葡萄副梢長度。由圖2可以發現，在新梢生長階段，所有處理在剪枝前的副梢長度均呈現增長趨勢，趨勢基本相同，5月20日之前的副梢生長速度較快，5月20日后副梢生長速度逐漸放緩。三角處理和A30*2處理副梢生長速度相差不大，均大于A30*1處理。在毛細芯灌溉處理下，3個處理在測量階段的生長量平均值由大到小為：A30*3(104.7 cm)>A30*2(104.1 cm)>A30*1(90.8 cm)，A30*3處理和A30*2處理較A30*1處理分別高出15.3%、14.6%。有研究表明，葡萄在生長初期耗水量大，進入成熟期后逐漸減少，新梢生長期間的耗水強度高，此時期充足水分供應是葡萄正常生長發育的前提[11]。由圖2可以看出，A30*3處理和A30*2處理的副梢長勢好于A30*1處理。毛細芯滲灌將水分緩慢輸送至植株根部，能夠較長時間地維持土壤濕潤，為葡萄生長提供穩定有效的水分，灌溉效果更好。A30*3處理和A30*2處理灌溉水量大于A30*1處理，試驗葡萄副梢生長規律與何建斌等[12]的研究相一致。

圖2 不同灌溉水量下的梢長

2.1.2不同灌溉水量下摩爾多瓦果實粒徑生長狀況及果形指數

水分變化對葡萄生長過程有著十分重要的影響。充足的水分和豐富的養分不可或缺，科學的灌溉定額有利于葡萄生長[13-14]。由圖3a可以看出，在膨大期至成熟期階段，果實橫徑增長速度較快，進入成熟期后變小，處理間差異顯著。8月7日至8月18日期間，A30*3處理的果實橫徑增長速度最大，為0.148 mm/d，其次為A30*2處理，增長速度為0.107 mm/d，A30*1處理最低，僅為0.104 mm/d，A30*3處理果實橫徑增長速度分別較A30*2處理和A30*1處理高38.3%和57.4%。果實快速膨大后，橫徑生長速率有所下降。8月7日至8月18日，A30*3處理果實二次膨大，橫徑生長速度高于A30*2處理和A30*1處理，而A30*2處理和A30*1處理由于灌溉水量不斷消耗，生長速度小幅降低。8月18日至9月26日，果實快速膨大階段基本結束，各處理橫徑增長速度較之前大幅下降，收獲前期基本停止發育。A30*3處理和A30*2處理無明顯差異，橫徑增長速度均大于A30*1處理。

a)橫徑增長情況

圖3b為各處理縱徑增長情況。各處理在3個時段的縱徑增長速度呈現出逐漸放緩的趨勢，膨大期和成熟前期間變化幅度較小，在成熟中后期較之前明顯放緩，橫徑增長速度下降幅度較大。7月18日至7月28日，各處理的縱徑增長速度為：A30*3(0.135 m/d)>A30*2(0.123 m/d)>A30*1(0.116 m/d)，A30*3處理分別比A30*2處理和A30*1處理快9.8%和16.3%。7月28日至8月7日，A30*1處理縱徑增長速度較前一階段下降，主要原因是A30*1處理灌溉水量基本消耗，植株水分需求無法得到滿足，果實膨大速度受到抑制。8月7日至8月18日，整體上增長速度呈現下降趨勢，A30*2處理縱徑增長速度與前一觀測期相比變化不大，A30*3處理略微下降。8月18日至9月26日，果實進入成熟中后期，所有處理縱徑增長明顯放緩，A30*3處理和A30*2處理果實縱徑增長速度好于A30*1處理，A30*1處理果實膨大基本停止。

由圖3可以發現，A30*3處理在整個生育期水分供應較為充足，A30*2處理也能維持葡萄的基本需水，而A30*1處理在膨大期受到輕度水分脅迫，生長速度明顯下降，說明果實膨大期葡萄對水分的需求增大，水分脅迫或水分虧缺不利于果實膨大。楊凡等[15]的研究發現，適當增加灌溉定額，葡萄的橫徑和縱徑均呈現逐漸增大的趨勢。A30*3處理和A30*2處理的果實膨大速度均高于A30*1處理，說明在葡萄生長前期需要大量耗水情況下，充足的水分供應能夠使葡萄根系加強吸收水分和養分，促進葡植株的新陳代謝，有利于葡萄生長發育。A30*3處理的果實膨大效果優于A30*2處理和A30*1處理。

2.2 不同灌溉水量下摩爾多瓦的果實品質

2.2.1不同灌溉水量下摩爾多瓦的果形指數與果粒重

表1反映了7月18日至9月12日期間不同水量梯度下的果形指數。各處理果形指數均在1.1～1.2，無顯著差異。8月18日和9月12日A30*1處理的果形指數最小，最接近1，相比其余處理更接近A30*1。7月18日A30*2處理葡萄果形指數最大達到1.21。

表1 不同灌溉水量下的葡萄平均果形指數

圖4表示各處理的粒重。所有處理粒重均呈上升趨勢，A30*3處理和A30*2處理上升趨勢變化不大，而A30*1處理明顯減小，最后趨勢平緩。7月28日各處理粒重為：A30*2(59.1 g)> A30*1(47.1 g)>A30*3(45.1 g)，A30*2處理較A30*3處理和A30*1處理分別大25.5%和30.0%。8月18日，各處理粒重大幅上升，A30*2處理和A30*3處理的上升幅度大于A30*1處理。成熟期間，各處理果粒重量增加幅度減小，A30*1處理增加量明顯低于A30*3處理和A30*2處理。9月26日各處理粒重達到最大，其中A30*2處理粒重明顯大于其他各處理，分別高11.1%、26.5%。A30*1處理增長幅度小于其他處理，是由于成熟期果實二次膨大期間，A30*1處理處于水分脅迫下，葡萄缺少足夠水分。在果實生長發育的膨大期和成熟前期，土壤有效含水量的劇烈變化不利于果實發育[22]。A30*3處理和A30*2處理基本滿足了果實生長發育的需水量，在進入成熟期后果粒重量高于A30*1處理，對果粒正常發育具有重要作用。

圖4 不同灌溉水量下的果實粒重

2.2.2不同灌溉水量下摩爾多瓦的可溶性固形物和可滴定酸含量

表2為3種處理可溶性固形物、可滴定酸含量及糖酸比。A30*3處理和A30*2處理間可溶性固形物含量無顯著差異，分別17.13%和17.03%，A30*1處理可溶性固形物含量最低，為16.63%，與A30*3處理和A30*2處理之間存在顯著性差異。A30*2處理的可滴定酸含量最低，為0.51%，低于A30*3處理和A30*1處理，A30*3處理最高，3個處理間存在顯著性差異。

表2 不同灌溉水量下的葡萄糖酸比

由表2可以看出，各處理的糖酸比由大到小為：A30*2>A30*1>A30*3。A30*2處理的糖酸比達到33.4%，成熟程度最高，葡萄口感最佳。3種處理可滴定酸含量差異明顯，表明在果實成熟過程中，A30*2處理可能有利于酸向糖轉化。葡萄中富含各有有機酸以及糖分對葡萄果實品質十分重要，同時也是人體所需的營養物質，有助于調節人體酸堿平衡，抗癌效果良好，在營養學上占據著重要地位[16]。Des Gachons等[17]研究發現水分脅迫如果發生在果實生長發育時期，葡萄所結果實會小于正常果實，且總酸量也會降低。試驗結果發現，A30*1處理的可滴定酸含量較低，果實大小比其他處理小，這與Des Gachons等的研究相符。果實可溶性固形物在進入膨大期后合成速率加快，此時葡萄對水分變化十分敏感[18-19]。楊昌鈺等[20]的研究指出說明一定的水分脅迫有利于果實糖分的累積，但嚴重水分脅迫會抑制酸向糖轉化。A30*1處理的可溶性固形物含量較A30*3處理和A30*2處理略低，主要是因為A30*1處理灌溉水量低于A30*3處理和A30*2處理，水量消耗更快，在灌溉一段時間后葡萄受到的水分脅迫逐漸加重，酸向糖轉化受到抑制。

2.2.3不同灌溉水量下摩爾多瓦的維生素C含量

各處理的維生素C含量見圖5。從圖中可以看出，A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量先上升后下降，最后升高，變化趨勢基本一致，而A30*3處理變化趨勢與A30*2處理和A30*1處理大體上相反，平均含量較低。8月7日3種處理的維生素C含量分別為：A30*3處理(1.151 mg/100g)>A30*1處理(0.931 mg/100g)>A30*2處理(0.557 mg/100g),A30*3處理分別比A30*2處理和A30*1處理高23.7%和109.1%。8月17日，A30*2處理和A30*1處理維生素C含量逐漸升高，而A30*3處理含量出現下降趨勢。進入成熟期后，8月27日A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量開始下降，分別為0.611、1.062 mg/g，而A30*3處理則逐漸上升，為0.910 mg/g，高于A30*2處理，低于A30*1處理。成熟中期至收獲前期，所有處理的維生素C含量均大幅上升，A30*2處理最高，比A30*3處理高出約10%，其中A30*2處理上升幅度最大。維生素C能夠增強植物的抗逆性，同時對人體也具有增強免疫力的作用[21-23]。高德凱[24]的研究表明，在較低的水分條件下，葡萄維生素C含量維持在較高水平。灌溉試驗發現，A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量和A30*3處理成負相關，A30*3處理水分供應相較于A30*2處理和A30*1處理更為充足，植株受到的水分脅迫程度較低，維生素C平均含量較低，而A30*2處理和A30*1處理水量消耗快，更利于維生素C的合成，A30*1處理含量也高于A30*2處理。9月12日后各處理水分基本消耗，植株所受水分脅迫逐漸加重，維生素C含量逐漸升高，這與王英超等[25]的研究一致。

圖5 不同灌溉水量下的維生素C含量

2.2.4不同灌溉水量下摩爾多瓦的可溶性蛋白含量

圖6為各處理可溶性蛋白含量。由圖6可以發現，各處理可溶性蛋白含量變化呈現W型。總體來說，可溶性蛋白含呈現上升趨勢，其中A30*3處理和A30*1處理變化幅度較為接近，A30*2處理變化幅度大于其他處理。8月7日，A30*3處理的可溶性蛋白含量最高，比A30*2處理和A30*1處理高8.6%和12.4%。8月7日至8月17日期間，各處理可溶性蛋白含量出現下降趨勢，下降幅度：A30*2處理>A30*3處理>A30*1處理。8月17日至8月27日期間，各處理可溶性蛋白含量開始上升，A30*2處理和A30*1處理上升幅度較大，A30*2處理含量最高，為0.674 mg/g。隨著果實成熟和水分消耗，A30*3處理和A30*2處理可溶性蛋白含量下降后逐漸上升，而A30*1處理變化幅度不大。9月26日A30*3處理可溶性蛋白含量最高，為0.731 mg/g，而A30*2處理和A30*1處理呈現下降趨勢，約為0.615 mg/g。可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，也是重要的抗逆性指標之一[26]。研究表明，植物體內可溶性蛋白含量與植物的水分狀況有關，較高水量灌溉下葡萄可溶性蛋白含量較高，且可溶性蛋白隨著土壤含水量的降低而降低[23,27-28]。試驗中A30*3處理可溶性蛋白含量總體上升幅度大于A30*2處理和A30*1，且平均含量均高于其他處理。而A30*2處理和A30*1處理含量變化幅度大，主要是因為灌溉水量低，無法長時間維持土壤濕度，抑制可溶性蛋白合成。鄔燕[29]的研究指出，葡萄受到過度水分脅迫會抑制可溶性蛋白合成，充足的水分供應有利于果實營養物質合成。試驗結果表明A30*3處理可溶性蛋白含量更高，變化幅度小，說明A30*3處理更有利于促進可溶性蛋白的合成。

圖6 不同灌溉水量下的可溶性蛋白含量

2.3 綜合評價和最優水量

試驗結果表明，A30*3處理和A30*2處理的副梢生長趨勢接近，A30*3處理果實橫縱徑增長速度略大于A30*2處理，A30*1處理生長狀況相比其他處理較差。

各處理果實指數無明顯差異，總體上A30*1處理更接近A30*1。收獲前A30*2處理的果粒重高于其他處理，其中A30*3處理略低于A30*2處理，A30*1處理最低。A30*3處理的可溶性固形物含量高于A30*2處理，但可滴定酸含量高于A30*2處理，糖酸比較低。各處理維生素含量在收獲前期均大幅上升，可在成熟后期施加水分脅迫促進維生素C合成。成熟期間，3種處理的可溶性蛋白含量的變化趨勢大體一致，A30*3處理水分供應較為充足，可溶性蛋白含量均位于較高水平，A30*2處理和A30*1處理含量較為接近，低于A30*3處理。

綜上所述，灌溉水量高的處理葡萄生長和果實品質較好，說明適當增加灌溉定額能夠促進葡萄生長和提升果實品質。灌溉水量為90 L處理葡萄生長和果實品質總體上高于其他2種處理，為本試驗最優水量處理。但A30*3處理和A30*2處理效果差距不大。

3 結論

試驗結果表明，90、60 L水量處理的副梢生長量、果實品質比灌溉30 L的處理好。在毛細芯滲灌的基礎上適當提高水量梯度有利于摩爾多瓦葡萄生長和提高果實品質，90 L水量處理收獲前期控制水分效果更佳。因試驗水量梯度設計局限，在本試驗3個水量梯度中90 L水量處理綜合效果最好，60 L水量處理次之，可優化水量設置，增加水量處理，做進一步探究。