彌霧調控技術下微氣候因子對葡萄品質的影響

蔡軍社，劉洪波，白世踐，白云崗，張江輝，鄭 明，丁 平

(1.新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200；2.新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊 830049)

0 引 言

【研究意義】新疆在我國葡萄種植面積和產量第一，2018年種植面積和產量為14.29×104hm2、293.45×104t，分別占全國的19.7%和21.5%[1]，新疆吐哈盆地是我國葡萄生產基地，2018年種植面積和產量分別為4.7×104hm2、154.9×104t，分別占全疆葡萄種植面積和產量的32.9%和52.8%[2]。在葡萄果實生長關鍵物候期6～8月，吐哈地區因時常發生35～40℃的高溫天氣，甚至45℃以上的極端高溫天氣，對葡萄產量與品質形成影響較大[3]，采用彌霧調控技術，研究微氣候變化對葡萄果實品質的影響及其相互關系，分析合理的彌霧調控技術參數，對采用高效節水技術促進葡萄優質高產有重要意義。【前人研究進展】氣象因素影響葡萄植株生長、果實品質形成及最終產量[4-7]，適宜氣候條件不僅可促進植株生長，還可提高果實品質與產量[8-10]，利用不同栽培模式[11]、葉幕結構[12]、自然生草[13]、行內覆蓋[14]、溫室[15]等方式改善葡萄園內微氣候，通過溫度、濕度、光照等微氣候因子的調控提高葡萄植株果實生長與品質。【本研究切入點】葡萄的相關研究主要集中在高效節水技術和農藝與園藝措施，而對于葡萄果實生品質與微氣候因子的相互關系研究較少。研究彌霧調控下微氣候主要因子的變化規律，分析微氣候因子對葡萄果實品質指標的影響及其響應關系。【擬解決的關鍵問題】在滴灌基礎上設置不同的彌霧調控時長，分析不同彌霧調控處理對葡萄園微氣候因子和葡萄果實品質的影響，研究微氣候因子與品質的相互關系，確定出合理彌霧調控方式，為科學制定高效節水技術提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地點位于新疆葡萄瓜果研究所中心試驗基地，N42.91°，E90.30°；海拔419 m。年降雨量25.3 mm，年蒸發量2 751 mm，≥10℃以上積溫4 522.6～5 548.9℃ ,全年日照時數2 900～3 100 h ,平均日較差為14.3～15.9℃,最大可達17～26.6℃ ,無霜期192～224 d。土壤質地主要為礫石沙壤土。葡萄品種為無核白，1981年定植，樹齡38 a，大溝定植，東西走向，溝長54 m，溝寬1.0～1.2 m，溝深0.5 m左右；株距約1.2～1.5 m，行距3.5 m；栽培方式為小棚架栽培，棚架前端高1.5 m，后端高0.8 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2019年進行，共設3個彌霧時長調控處理，各彌霧調控技術處理均是在常規滴灌的基礎上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調控灌水技術處理。3個處理分別為每天噴水1 h(WP1)、每天噴水2 h(WP2)和每天噴水3 h(WP3)，對照處理(CK)采用常規滴灌，不噴水，共計4個處理，每個處理重復2次，每個試驗小區面積約0.03 hm2。微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑200 cm、流量40 L/h，噴頭間距2 m，架下和地上的噴頭高度為離地面50 cm，架上噴頭的高度離棚架中心位置50 cm。微噴在葡萄果實膨大期(6月4日～7月28日)15:00～17:00開啟，各處理灌溉定額均為9 150 m3/hm2。

1.2.2 指標測定

溫度、濕度：采用EasyLog-usb-2型溫濕度傳感器自動采集，傳感器放置在百葉箱內，避免受噴水影響，百葉箱用木支架固定在棚架下，按離地面高度50、55、60、65、70 cm處放置，各處理放置3組，在各處理的前部、中部和后部的3個位置上。傳感器設置為每30 min記數1次。

葡萄品質：每個處理選取3個大小均一，長勢良好的葡萄蔓，分別在每個葡萄蔓頂部、中部、下部選取3個枝條，在每個枝條上按上、中、下3個部位選取3串葡萄，在選取的葡萄串上按上、中、下選取3顆葡萄。鮮果硬度采用GY-4型水果硬度計測定；果柄拉力采用數顯式推拉力計測定；可溶性固形物質量分數采用手持式折光儀測定；總酸質量分數采用NaOH滴定法測定，以酒石酸計；維生素采用鉬藍比色法測定；固酸比為可溶性固形物質量分數與總酸質量分數的比值；采用福林-肖卡法測定總酚，用沒食子酸表示；單寧采用福林-丹尼斯法測定。

1.3 數據處理

采用WPS 2019進行數據處理與分析，利用Origin 2018軟件進行圖表繪制，應用SPSS 22.0軟件進行相關與回歸分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄果實生長品質指標變化

研究表明，各處理中葡萄品質指標雖有異，但大致規律一致，其中，在可溶性固形物含量上，各處理均隨著果實生長而增加，在坐果期時各處理間差異較小，隨果實生長差異也逐漸增大，其中CK處理在果實膨大期至成熟期均處理最低水平，果實成熟期時WP1、WP2和WP3與CK處理的可溶性固形物含量分別為21.5%、21.1%、19.5%和19.1%。葡萄果實總糖隨著果實生長而不斷升高，各處理間總糖變化雖有差異但變化規律一致，果實成熟期WP1、WP2和WP3與CK處理的總糖含量分別為19.1%、18.2%、17.9%和17.5%。葡萄果實總酸的變化規律與前兩者相反，總酸隨著果實生長而逐漸降低，在成熟期前總酸降了明顯，各處理間差異也逐漸變大，進入到成熟期后下降速度減緩，各處理間差異也隨之減小，果實成熟期時WP1、WP2和WP3與CK處理的總酸含量分別為4.0、5.1、5.9和6.4 g/L，CK處理的總酸含量明顯高于其它3個微噴處理。在葡萄果實VC含量上，VC含量的變化規律與可溶性固形物含量和總糖含量的變化規律一致，各處理VC含量均隨著果實生長而增加，但處理間差異明顯，如WP1在果實膨大期前期VC含量低于其它3個處理，但在膨大期后期至成熟期，VC含量增大明顯，截止成熟期時，均高于其它3個處理，成熟期WP1、WP2和WP3與CK處理的VC含量分別為2.8、2.5、2.5、2.1 μg/g。在果粒重量上，葡萄坐果期持續時間較短，為坐果后0～7 d，之后進入果實膨大期快速生長期，為8～61 d，隨后62～85 d為果實成熟期，即為緩慢生長期。在快速生長期，WP1、WP2、WP3和CK處理果粒均重日增長分別為0.031、0.031、0.031、0.027 g/d。在緩慢生長期葡萄果粒均重日增長分別為0.027、0.027、0.024、0.027 g/d，果粒均重高出CK處理0.26、0.18、0.26 g。在彌霧微噴處理中，WP1處理的葡萄果實品質明顯優于對照處理，且有助于果實生長。圖1

圖1 不同處理葡萄果實品質指標變化Fig.1 Changes in grape fruit quality indexes under different treatments

2.2 葡萄果實生長期微氣候因子變化

研究表明，葡萄果實生長期，溫度呈現出波動變化，但總體呈緩慢上升趨勢，且各處理變化規律一致。整個監測期WP1、WP2、WP3和CK處理平均溫度為26.0、27.0、27.5、28.5℃，其中白天平均溫度分別為29.7、31.0、29.6、32.5℃，晚上平均溫度分別為22.4、23.0、23.1、24.5℃，由于該地區特殊的氣候條件，白天平均溫度與晚上平均溫度相差較大，WP1、WP2、WP3和CK處理平均溫度差分別為7.3、8.0、6.5、8.1℃。彌霧微噴處理在白天平均溫度和晚上平均溫度上均低于對照處理，其中白天平均溫度低1.5～3.0℃，夜晚平均溫度低1.3～2.1℃，平均溫度差低0.1～1.6℃，平均溫度低1.5～2.5℃。圖2

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP31;(D)CK

葡萄果實生長期濕度呈現出波動變化，且各處理變化規律一致。整個監測期WP1、WP2、WP3和CK處理平均濕度為44.9%、46.8%、46.7%、39.8%，其中白天平均濕度分別為41.7%、42.9%、43.6%、36.0%，晚上平均濕度分別為48.4%、50.7%、49.8%、43.7%，平均濕度差分別為7.0%、6.2%、7.7%、7.7%。彌霧微噴處理在白天平均濕度和晚上平均濕度上均高于對照處理，其中白天平均濕度高5.7%～7.6%，夜晚平均濕度高4.7%～7.0%，平均濕度高5.0%～7.0%。在平均濕度差上，僅WP2比對照高0.1%，WP1和WP3比CK低0.7%～1.5%。圖3

2.3 微氣候因子與葡萄果實品質指標的關系

2.3.1 葡萄果實品質與微氣候因子的關系

研究表明，葡萄果實品質指標可溶性固形物、總糖、總酸、VC含量及果粒重與微氣候因子晚上平均溫度、白天平均氣溫、平均溫度差、平均溫度、平均濕度差和白天平均濕度及平均濕度相關關系不顯著，而僅與晚上平均濕度相關關系顯著。其中溶性固形物、總糖和VC含量與除平均濕度差外的其它氣候因子均呈正相關，總酸含量僅與平均濕度差呈正相關，與其它氣候因子均呈負相關關系，果粒重與各氣候因子均呈正相關。葡萄果實品質與氣候因子中晚上平均濕度相關關系最好，而與溫度因子關系不顯著，其中，WP1品質指標中除總酸外其它指標均達顯著水平，其次是CK處理，WP2和WP3中僅果粒重與晚上平均濕度相關關系顯著。WP1處理的葡萄果實品質指標與微氣候因子的相關性最好，微氣候因子中對葡萄果實品質指標影響最大的是晚上平均濕度。表1

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP31;(D)CK

2.3.2 關鍵微氣候因子與葡萄果實品質的關系

研究表明，葡萄果實在生長發育過程中的各品質指標和果粒重均是隨著晚上平均濕度的升高而增加，之后隨著濕度的升高而減小。WP1處理中果粒重隨著濕度增加而增大，之后隨著濕度增加而減小，可溶性固形物和總糖隨著濕度增加呈增大趨勢，夜晚平均濕度值分別為46.5%、46.6%、46.6%時可溶性固形物、總糖、果粒重最大。WP2夜晚平均濕度最大值分別為51.9%、53.6%、54.9%；WP3夜晚平均濕度最大值分別為46.8%、47.4%、45.9%；CK夜晚平均濕度最大值分別為41.0%、42.4%、41.1%。WP1葡萄果實品質指標中總酸、VC含量與夜晚平均濕度的擬合公式為Y= -0.897X2+ 79.811X- 1 722.7(R2= 0.79)、Y= 0.150 2X2- 14.339X+ 342.52(R2= 0.84)，最大夜晚平均濕度為52.1%、47.7%；WP2總酸、VC含量與夜晚平均濕度的擬合公式為Y= 15.426X2- 1 599.8X+ 41 492(R2= 0.92)、Y= -0.661 1X2+ 68.502X- 1 772.8(R2= 0.88)，最大夜晚平均濕度為51.8%、53.5%；WP3總酸、VC含量與夜晚平均濕度的擬合公式為Y= -1.04X2+ 96.856X- 2 204.5(R2= 0.51)、Y= 0.062 7X2- 6.003 8X+ 143.88(R2= 0.48)，最大夜晚平均濕度為53.5%、47.9%；CK總酸、VC含量與夜晚平均濕度的擬合公式為Y= 0.080 3X2- 12.668X+ 443.34(R2= 0.91)、Y= 0.005 7X2- 0.347 2X+ 4.718 5(R2= 0.92)，最大夜晚平均濕度為52.4%、40.4%，得到葡萄品質指標可溶性固形物、總糖、總酸、VC含量和果粒重的夜晚平均濕度范圍分別為41.0%～51.9%、42.4%～53.6%、51.8%～53.5%、40.4%～53.5%、41.1%～54.9%，在整個葡萄果實生長期，微噴處理夜晚平均濕度值為48.4%～50.7%，對照處理夜晚平均濕度值為39.8%～49.7%，在整個葡萄果實生長期，微噴處理比對照處理在夜晚平均濕度上提高了1.0%～8.5%，微噴處理提高了葡萄園氣候因子中的夜晚平均濕度，同時提高了葡萄果實品質。圖4

表1 葡萄果實品質指標及果粒重與微氣候因子的相關性Table 1 Correlation analysis of grape fruit quality index, fruit weight and microclimate factors

2.4 葡萄果實形態及糖度與微氣候因子的回歸分析

研究表明，各處理中除總酸外其它均在0.9以上，且方差分析F值均達顯著水平，WP3中品質指標和果粒重與晚上平均濕度和平均濕度關系顯著，WP1、WP2和CK處理中品質指標和果粒重與晚上平均濕度、白天平均濕度和平均濕度關系顯著，晚上平均濕度、平均濕度是影響該地區葡萄果實品質的關鍵氣候因子，WP1處理中品質指標與晚上平均濕度、白天平均濕度和平均濕度相關性最好，濕度是影響葡萄果實品質的關鍵氣候因子，葡萄果實品質與關鍵氣候因子呈顯著相關關系，可以用白天平均濕度、夜晚平均濕度和平均濕度對該地區葡萄果實品質進行分析和預測。表2

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP3;(D)CK

表2 葡萄果實品質指標及果粒重與微氣候因子的回歸分析Table 2 Regression analysis of grape fruit quality index, fruit weight and microclimate factors

3 討 論

研究表明，整個監測期WP1、WP2、WP3和CK處理平均溫度分別為26.0、27.0、27.5、28.5℃，平均濕度分別為44.9%、46.8%、46.7%、39.8%，彌霧調控處理與對照處理相比，在溫度上，白天平均溫度低1.5～3.0℃，夜晚平均溫度低1.3～2.1℃，平均溫度差低0.1～1.6℃，平均溫度低1.5～2.5℃。在濕度上，白天平均濕度高5.7%～7.6%，夜晚平均濕度高4.7%～7.0%，平均濕度高5.0%～7.0%。該結果與段衛朋[16]和劉思等[14]的研究結論一致，此外，采用避雨栽培等也可起到降溫的作用，如郭靖[17]研究發現，不同避雨栽培設施內的溫度均低于露地，窄棚、寬棚和連棟避雨棚的日均溫分別比露地下降2.16%、5.43%和12.9%。王紫寒等[18]分析認為，避雨栽培能降低棚下光照強度，雨天遮光率最大可達47.8%，晴天時為30%左右，并可使棚下溫度低于露地溫度1～2℃。而魏曉峰等[19]結果表明，避雨栽培可顯著削弱葉幕層光照強度、日平均凈光合速率和葉綠素含量，分別降低了68.71%、12.1%、低5.57%。同時，避雨栽培下，葉幕層日平均溫度提高1.68℃，日平均濕度降低10.98%。與利用彌霧調控技術和避雨棚降低葡萄園溫度不同，溫室則可提高設施內微氣候溫度，如楊杰等[20]分析表明，溫棚比避雨棚的有效積溫高186.3℃，并可促進葡萄提早成熟。采用不同栽培模式、灌水技術和園藝措施[21-22]等均能起到改善葡萄園微氣候的作用，以適宜不同地區和不同葡萄品種的生長環境。

研究表明，栽培模式、園藝措施等改善了葡萄園微氣候，且對葡萄植株和果實生長產生了影響，如不同海拔山地與平地相比，因微氣候差異，在植株生長量、單株產量和果實糖酸比的表現上，平地優于山地，而在單寧含量上山地高于平地[23]。采用避雨栽培明顯提高了葡萄外觀品質，使葡萄果實單果重和穗重加大，其中穗質量增加12.92%，并使爛果率降低15.56%，同時，提高了果實可溶性固形物含量與糖酸比，但降低了VC量和果實可滴定酸含量[17，18]。在極端干旱的吐哈地區，由于光熱資源十分豐富，光照時間長等特點，使該地區成為著名的葡萄生產區，對于該地區在葡萄節水技術方面的研究較多，在葡萄微氣候研究方面相對較少，其中，張雯等[24]研究表明，“廠”形赤霞珠葡萄因結果高度不同而差異明顯，在高度為50 cm時日均溫、最高溫度、日溫差及葡萄果實可溶性固形物含量均高于其它高度。賈楊等[22]分析認為，小棚架1處理的葉幕結構因受光面積大和時間長，使葉幕結構內部溫度與濕度相對較適宜無核白葡萄生長，且整體葡萄果實品質與產量相對較好。吳久赟[3，21]研究顯示，無核白雞心20葉1果、紅旗特早玫瑰10葉1果和5葉1果時可提高葡萄果實成熟期果實穗重和可溶性固形物含量。研究成果與前人一致，采用彌霧調控后，對葡萄品質有一定的促進作用，截止到果實成熟期時WP1、WP2和WP3與CK處理的可溶性固形物含量分別為21.5%、21.1%、19.5%和19.1%，總糖含量分別為19.1%、18.2%、17.9%和17.5%，總酸含量分別為4.0、5.1、5.9和6.4 g/L，VC含量分別為2.8、2.5、2.5、2.1 μg/g，彌霧調控處理果粒均重高出CK處理0.26、0.18、0.26 g，彌霧微噴處理的果實品質明顯優于對照處理，且有助于果實生長。其結果與前者研究成果相符，通過合理的微氣候調控可促進葡萄果實生長和提高葡萄果實品質。

在果實品質與其氣候影響因子相互關系上，秦歡[25]應用灰色關聯度分析了陽光玫瑰果實部分品質指標與主要氣候因子間的相關性，結果顯示，VC、總糖、果糖和葡萄糖及可溶性固形物主要受降水影響，可滴定酸與溫度的相關性最高。劉思[14]、段衛朋等[16]研究顯示，行內生草與覆布措施在改善葡萄園微氣候的同時也改變了葡萄果實品質，降低了可滴定酸含量，增加了葡萄果實還原糖、總酸及可溶性固形物含量。靳韋[26]利用套袋試驗表明，不同果袋的透氣性和透光率與光照強度對果實總糖和可溶性固形物影響最大，呈正相關關系，采用套袋均可降低葡萄果實總酸含量，并提高葡萄果實VC含量。根據微氣候因子與葡萄果實主要品質指標的關系分析，研究顯示，在葡萄果實生長發育過程中，葡萄果實品質與氣候因子中晚上平均濕度相關關系最好，而與溫度因子關系不顯著，各品質指標隨著濕度增加而有差異，如WP1處理中果粒重隨著濕度增加而增大，之后隨著濕度增加而減小，而可溶性固形物和總糖隨著濕度增加呈增大趨勢，夜晚平均濕度值分別為46.5%、46.6%、46.6%時可溶性固形物、總糖、果粒重最大。通過對微氣候與葡萄果實品質指標進行相關分析和回歸分析，得到當夜晚平均濕度值為48.4%～50.7%時，有利于提高葡萄果實品質。在微氣候因子對果實品質的影響上因作物不同而表現出顯著差異，如齊國亮等[27]研究表明，平均溫度和平均溫差是影響枸杞生長和糖度的主要因子，其中平均溫度影響枸杞生長、平均溫差影響枸杞糖度。付三雄等[28]研究發現，晝夜溫差是油菜種子油分積累的主要因子。結果表明，對該地區葡萄果實品質影響最大的微氣候因子是晚上平均濕度，而微氣候極易受大氣變化的影響，其研究結果會出現差異，在微氣候對葡萄果實品質的影響與作用機理方面仍需進行持續和深入的研究。

4 結 論

建立了關鍵微氣候因子對葡萄品質影響的回歸模型，在葡萄果實生長關鍵期采用架下彌霧調控技術，每天噴水1 h，當夜晚平均濕度值為46.2%～51.1%時，可有效改善葡萄園微氣候環境，有利于提高葡萄果實品質。在葡萄果實品質和果粒重受微氣候因子中晚上平均濕度、白天平均濕度和平均濕度綜合影響，而與晚上平均濕度關系最顯著，根據微氣候主要影響因子與葡萄果實品質與果粒重的相關關系和回歸模型，可以用濕度因子對該地區葡萄果實生長和品質變化進行分析和預測。