滴灌条件下水肥耦合对酿酒葡萄生长发育及果实品质的影响

史星雲，李 强，张 军，金 娜，王 鑫，王多文，牟德生，徐珊珊

(1.武威市林业科学研究院，甘肃武威 733000；2.武威市林果业管理办公室，甘肃武威 733000)

武威市地处河西走廊东端，具有种植优质酿酒葡萄得天独厚的地理资源优势和气候资源优势，截至目前，武威市酿酒葡萄栽培面积达1.73万hm2，分别占全国和甘肃省栽培总面积的13%和84%，已成为全国酿造葡萄主产区之一。干旱少雨、光照强、蒸发量大、沙性土壤等特性为葡萄酒生产带来优质生产条件，但传统的大水漫灌和肥料的不当使用，不仅造成土壤水分和养分的浪费与流失，也带来农业环境污染等问题[1]，加之本地区干旱缺水，合理的水肥管理势在必行。

滴灌施肥技术不仅省时省力[2-3]，肥、水利用率高[4-6]，而且提高作物产量，改善品质[7-10]。目前，国内外学者关于葡萄水肥管理方面的研究较多，但大多研究灌溉(施肥)方式[11-13]、灌溉(施肥)时间[14-15]、灌溉(施肥)量[16-17]等对葡萄生长发育、产量品质、光合特性等方面的影响。近年来，也有学者相继开展水肥联合调控对葡萄生长、品质及产量的研究。Hani[18]通过对不同灌溉系统研究发现，滴灌系统可以提高葡萄产量和水肥利用效率，促进植株生长，改善果实品质。目前研究表明，设施滴灌条件下，合理的水肥调控对提高葡萄产量和改善果实品质等方面具有积极作用[19-21]；以田间试验为基础，采用二次通用旋转设计，建立产量、品质与水肥因素之间的数学模型，得出对应的滴灌量和施氮、磷、钾量[22-26]；膜下滴灌有利于提高水肥利用效率和光合作用效率，提高产量[27]。另外，郭绍杰等[28]发现，水肥因素对‘克瑞森无核’葡萄产量形成的贡献不同，按影响大小顺序依次是磷肥、氮肥、灌水、钾肥；年灌水量6 000 m3·hm-2和氮磷钾施肥量367.2 kg·hm-2时，葡萄产量最高。而这些研究大多集中在鲜食葡萄方面，而在酿酒葡萄方面鲜有报道。本研究以酿酒葡萄品种‘马瑟兰’为材料，采用田间小区作物栽培试验，重点探讨不同水肥组合对葡萄生长发育和品质的影响，为确定适合酿酒葡萄滴灌施肥的水肥组合及进一步认识葡萄水肥配比关系、指导水肥管理实践提供理论依据，并为合理与精确调控水肥、实现葡萄的优质高产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试酿酒葡萄品种：‘马瑟兰’(VintisviniferaL. cv‘Marselan’)，定植于2007年，南北行向，长度88 m，株行距为1 m×2.5 m，单篱架，无主干多主蔓，扇形。供试肥料：尿素[w(N)=46%]、磷酸钙[w(P2O5)=16%]、硫酸钾[w(K2O)=50%]。试验过程中葡萄抹芽、绑缚、摘心、副梢处理、病虫害防治、除草等工序按照葡萄生产管理日历进行。

2017年4-10月，试验在甘肃省武威市林业科学研究院葡萄种植基地内进行(102°42′ E,38°02′ N)，海拔1 632 m。该地区属于温带大陆干旱性气候，气象数据来源于武威市气象局(表1)。土壤为砂质壤土，试验开始前土壤的基本理化性质见表2。

表1 试验地气象条件Table 1 Meteorological conditions for experiment sites

表2 供试土壤基本理化性质Table 2 Basic physical and chemical properties of soil

1.2 试验设计

设置水、肥两个因素，试验小区采用两因素完全随机设计。滴灌量与施肥量参考当地水肥一体化推荐值，以滴灌量(W：4 500 m3·hm-2)、施肥量(F：N-P2O5-K2O=320-240-420 kg·hm-2)为基础，设置4个滴灌量水平(W1：4 500 m3·hm-2、W2：3 600 m3·hm-2、W3：2 700 m3·hm-2、W4：1 800 m3·hm-2)和4个施肥水平(F1：N-P2O5-K2O=320-240-420 kg·hm-2、F2：N-P2O5-K2O=240-180-315 kg·hm-2、F3：N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2、F4：N-P2O5-K2O=80-60-105 kg·hm-2)，共16个处理，即F1W1、F1W2、F1W3、F1W4、F2W1、F2W2、F2W3、F2W4、F3W1、F3W2、F3W3、F3W4、F4W1、F4W2、F4W3、F4W4，每个处理3次重复，共计48个小区，每小区88株树，每行1个小区，即为1次重复。

采用文丘里施肥器进行滴灌施肥，设备主要有水源、水泵、旋翼式水表、压力阀、施肥灌输配水管道系统等。沿南北行向在葡萄植株两侧20 cm处各布设1 根滴灌带。滴灌带为直径16 mm、滴头间距50 cm的内嵌式圆柱形滴灌管，滴头流量3.0 L·h-1，滴灌工作压力为0.15～0.16 MPa。施肥分别在5个时期进行：萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期和果实转色期，其中萌芽期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的40%、0%和0%；新梢生长期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的20%、45%和20%；开花期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的10%、20%和10%；果实膨大期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的30%、15%和30%；果实转色期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的0%、20%和40%；并按酿酒葡萄生育期需肥规律和需肥量追加硼、镁、钙等微量元素。全生育期共滴灌11次，其中萌芽期1次，新梢生长期3次，开花期1次，果实膨大期4次，果实转色期2次。具体滴灌施肥方案如表3和表4所示。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 新梢生长指标 在新梢摘心前，对新梢长度及基径(新梢底部1 cm处直径)进行定期测量。每个小区选取长势一致、树体健康的12株葡萄，于2017-05-15开始，2017-06-05结束，每隔7 d对葡萄新梢长度及基径进行测定，共测量4次。其中，新梢长度用钢卷尺测量，新梢基径用游标卡尺测定。

1.3.2 采样标准及时间 以果实可溶性固形物质量分数不再增加作为成熟期标志。取样时间为2017-10-08 8:00-10:00，每小区选取结果部位一致的果穗30串，采后保鲜立刻带回实验室，待处理。

表3 不同生育期施肥量Table 3 Fertilizer application rates at different growth stages kg·hm-2

表4 不同生育期滴灌量Table 4 Water rates at different growth stages m3·hm-2

随机选取10串果穗，在每串果穗的上、中、下部共采10粒果实，总计100粒，用于果实单粒质量及纵横径的测量。将40粒果实压碎取汁立即进行可溶性固形物和可滴定酸的测定；然后取20粒果实液氮速冻，-80 ℃保存，待液氮研磨后，用于还原糖质量分数测定；剩余40粒果实去籽及果肉，果皮-80 ℃保存，待液氮研磨后，用于总酚、单宁和总花色苷测定。随机选取10串果穗，在每串果穗的上、中、下部各采摘10粒果实，用于果皮色泽的测定。

1.3.3 果实形态指标 每个重复选取100粒果实用台秤称质量，计算其单粒质量；然后用游标卡尺测定果实纵、横径，并用果实的纵径与横径之比描述果形指数。

1.3.4 果皮色泽参数 采用CR-400色彩色差计(CHROMA METER CR-400，KONICA MINOLTA, INC.，Japan)直接测量L*、a*、b*的值，每粒果实2次，取平均值作为果实果皮色泽参数值。其中L*值表示亮度，绝对值越大表示亮度越高；a*值表示红绿色度，为正代表红色，为负代表绿色，绝对值越大表示颜色越深；b*值表示黄蓝色度，为正代表黄色，为负代表蓝色，绝对值越大表示颜色越深[29]。

1.3.5 果实品质 对可溶性固形物采用手持糖量计法(PAL-福，ATAGO，Japan)进行测定；对还原糖采用斐林试剂比色法[30]进行测定，以葡萄糖计；对可滴定酸采用NaOH滴定法[31]进行测定，以酒石酸计；糖酸比为还原糖与可滴定酸含量之比。

1.3.6 果皮酚类物质 对总酚采用福林-肖卡法[32]进行测定，以没石子酸计；对单宁采用福林-单宁斯法[33]进行测定，以单宁酸计；对总花色苷采用pH示差法[34]进行测定，以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷计。

1.4 数据处理

使用Excel 2007和DPS 7.0进行数据分析，采用双因素Ducan’s新复极差法检验各处理间差异的显著性，数据均以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对葡萄植株新梢生长的影响

如表5所示，不同水肥处理对酿酒葡萄植株新梢生长量有显著影响。滴灌量对植株新梢生长量影响极显著(P<0.01)；施肥量对植株新梢生长期05-15-05-22、05-29-06-05阶段的新梢长度生长量影响极显著(P<0.01)，对05-22-05-29阶段影响显著(P<0.05)，而对新梢基径生长量无显著影响；水肥交互作用对植株新梢生长量无显著影响(P>0.05)。说明水肥联合条件下酿酒葡萄植株新梢生长对水分的响应极其敏感。原因是在葡萄新梢生长期，新梢生长所需营养可能主要来源于树体储藏的营养物质，同时，水分能及时发挥作用，而肥料发挥作用相对滞后，导致水肥联合条件下，滴灌量对酿酒葡萄植株新梢生长存在极显著影响，施肥量影响显著性不一致；而水肥交互作用无显著影响。

表5 不同水肥处理对酿酒葡萄植株新梢生长量的影响及方差分析Table 5 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on shoot growth of wine grape

注：同列不同字母表示差异显著，小写字母表示差异显著(P<0.05)，大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下表同。

Note:Different letters in the same columns indicate significant difference, lowercasse letters mean significant difference(P<0.05),uppercase letters means extremely significant difference(P<0.01).The same below.

由表5可以看出，水肥联合条件下，酿酒葡萄植株新梢长度生长量在植株新稍生长期呈现先升高后降低的趋势；而新梢基径生长量呈现逐渐递减的趋势。在滴灌量(施肥量)一定的条件下，随着施肥量(滴灌量)的增加，葡萄植株新梢生长量总体表现为先增加后降低的趋势。当施肥量一定时，新梢生长量最低的为W4F4处理，与其他处理差异极显著(P<0.01)，说明滴灌量、施肥量都低时，根部土壤含水量低且养分有限，新梢生长严重受到限制。当施肥量为F1和F2水平时，葡萄植株新梢生长量由大到小依次为W2、W3、W1、W4；当滴灌量在W1和W4水平时，新梢生长量最大值和最小值分别出现在F2和F4水平。3个时间段新稍长度生长量最大值均出现在W2F3处理，说明此水肥组合有利于新梢长度的生长，并且与W3F3处理差异不显著；而新稍基径生长量最大值均出现在W3F3处理，说明此处理更有利于新梢粗度的增加，能够为植株输送充足的水分和营养物质，促进植株生长。综合以上分析可知，W3F3处理更有利于酿酒葡萄新梢的生长。

2.2 不同水肥处理对葡萄果实物理指标的影响

由表6可知，不同水肥处理对果实形态指标产生较大影响。在滴灌量(施肥量)一定的情况下，随着施肥量(滴灌量)的增加，单粒质量呈现先增加后减少的趋势。其中，单粒质量最大处理为W3F2，达(1.116±0.111) g，与W3F3无显著差异；W4F4处理最小，仅为0.881 g，两者之间存在显著性差异。比较不同处理果实纵径可以看出，果实纵径变幅为(11.44±0.47)～(12.65±0.15) mm，其中W2F3处理最大，与W3F2、W1F1、W3F1、W1F2和W1F3处理差异不显著；最小处理为W4F4，与其他处理存在显著性差异。在滴灌量不变的情况下，随着施肥量的增加，果实纵径呈现先增加后减少的趋势(W4水平除外)。果实横径除W2F3处理外，所有处理均在12 mm以下，且W2F3处理显著高于其他处理。不同处理果实果形指数变幅为(1.016 7±0.024 5)～(1.114 0±0.074 4)，其中W3F1处理最高，与W1F2处理差异不显著。W4F4处理最小，在P=0.05水平上，与除W1F1、W1F2和W3F1 3个处理之外的其他处理无显著性差异。

单粒质量、果形指数受单因素(滴灌量、施肥量)影响显著(P<0.05)。施肥量对单粒质量有极显著影响(P<0.01)，而对果实纵径和横径无显著性影响。

表6 不同水肥处理对酿酒葡萄果实基本物理指标的影响及方差分析Table 6 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on physical index of wine grape

2.3 不同水肥处理对葡萄果皮色泽的影响

由表7可以看出，不同水肥处理对果皮色泽参数L*、b*值无显著性影响，而对a*值有显著性影响。其中W3F4组合a*最高，显著高于W1F2、W3F1、W3F2和W4F4，而与其他处理差异不显著。两因素方差分析表明：滴灌量、施肥量及水肥交互都对酿酒葡萄果皮色泽3个参数无显著影响(P>0.05)。

表7 不同水肥处理对酿酒葡萄果皮色泽的影响及方差分析Table 7 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on colour of wine grape skin

2.4 不同水肥处理对葡萄果实品质的影响

由表8可以看出，滴灌水肥条件下，酿酒葡萄果实各品质指标受滴灌量和施肥量影响极显著(P<0.01)；水肥交互作用对可滴定酸影响极显著(P<0.01)，对可溶性固形物、还原糖、糖酸比3个指标影响显著(P<0.05)；由此可见，水肥对酿酒葡萄果实品质有显著性影响。

可溶性固形物质量分数是衡量酿酒葡萄品质好坏的重要指标之一，同时也直接决定葡萄酒的质量。如表8所示，可溶性固形物质量分数变幅为(19.50±0.35)%～(25.63±1.89)%。相同滴灌条件下(除W1水平)，随着施肥量的增加，可溶性固形物质量分数呈先增加后减少的趋势；滴灌量为W1水平时，各处理之间无显著性差异。在相同施肥量条件下，随着滴灌量的增加，可溶性固形物质量分数呈先增加后减少的趋势，滴灌量过高或过低都不利于可溶性固形物质量分数的提高。

酿酒葡萄可滴定酸质量分数最高为W1F4处理，高达(1.01±0.03)%，此处理滴灌量多且施肥少，与其他处理存在极显著差异；最低的为W4F3处理，仅为(0.64±0.04)%，与W4F1、W1F3处理差异不显著。当施肥水平为F2、F3时，随着滴灌量的减少，可滴定酸质量分数呈先升高后降低的趋势，且除W4F3处理外，所有可滴定酸质量分数都处在中等水平。当施肥水平为F1、F4时，随着滴灌量的增加，可滴定酸质量分数逐渐增大，且施肥水平F4整体高于F1。

从表8可以看出，还原糖质量分数变幅为(18.06±0.17)%～(24.22±0.44)%。W3F3还原糖质量分数最高，与W3F2处理差异不显著。在施肥量一致的情况下，还原糖质量分数随着滴灌量的减少呈先升高后降低的趋势。相同滴灌条件下(除W1水平)，随着施肥量的增加，还原糖质量分数呈先增加后减少的趋势。与可溶性固形物质量分数变化趋势相比较得出：在本试验中，还原糖质量分数与可溶性固形物有相同的变化趋势。

所有处理中果实糖酸比均为20以上，最高的为W3F2处理(32.09±1.47)，W4F3次之(31.70±1.55)，且二者差异不显著；最小的为W1F4(20.80±1.57)，与其他处理存在极显著差异，这是因为该处理可滴定酸质量分数过高。糖酸比太高和太低不易酿造出好的葡萄酒，合适的糖酸比应为32.00左右[35]。由此可以得出，糖酸比最好的处理为W3F2、W3F3和W4F3，考虑节水节肥等因素，W4F3处理最优。

2.5 不同水肥处理对葡萄果皮酚类物质的影响

酚类物质作为葡萄果实的次生代谢物质，其含量和比例对葡萄酒感官品质，尤其对葡萄酒的颜色、收敛性、澄清度和稳定性有重要影响，同时还具有保健功能，能降低人类慢性病和冠心病的概率。由表9可以看出，滴灌水肥条件下，滴灌量、施肥量以及二者之间的交互作用对总酚、单宁、花色苷3个指标存在极显著影响(P<0.01)。当滴灌量(施肥量)不变的情况下，随着施肥量(滴灌量)的减少，总酚、单宁、花色苷3个指标均呈先升高后降低的趋势，说明适当地减少滴灌量或施肥量都可以提高酿酒葡萄果皮中酚类物质的质量分数。其中总酚和单宁质量分数最大为W3F3处理，分别为(4.25±0.18) mg·g-1和(3.07±0.02) mg·g-1，W3F2次之，且二者差异不显著；最小均是W4F4处理。总花色苷质量分数变幅为(1.39±0.03) mg·g-1～(2.23±0.11) mg·g-1，最小是W4F4，最大是W3F2，与W2F3和W3F3差异不显著，质量分数均为2.10 mg·g-1以上。

表8 不同水肥处理对酿酒葡萄果实品质的影响及方差分析Table 8 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on quality of wine grape

3 讨论与结论

葡萄的生长过程分为前期以枝叶生长为主的营养生长期和后期以果粒生长为主的生殖生长期。在营养生长期采用适宜的灌溉施肥制度，促进新梢生长，提高光合效率，使营养生长达到满足最大产量而又不过多消耗光合产物以及过多蒸腾耗水的最佳灌溉施肥制度和模式[36]。前人研究发现过高的灌溉量并不能显著提高酿酒葡萄产量，但其产量与品质受到合理肥水灌溉的影响[37]。本研究发现，水肥联合条件下，W3F3处理(滴灌量2 700 m3·hm-2，施肥量N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2)更有利于酿酒葡萄新梢的生长。此处理条件下，新梢生长旺盛，从而提高光合作用效率，促进植株营养生长，为下一步葡萄生殖生长提供更多的养分与水分。而当施肥量一定时，新梢生长量最小均出现在W4，这是因为滴灌量少，导致土壤含水量低，根系活力低，限制新梢生长，说明水分是限制新梢生长的关键因素。显著性分析表明，水肥联合条件下，滴灌量对酿酒葡萄植株新梢生长影响极显著，施肥量对其影响显著性不一致；而水肥交互作用对其无显著性影响。

表9 不同水肥处理对酿酒葡萄果皮酚类物质的影响及方差分析Table 9 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on phenols of wine grape skin

这是因为在葡萄新梢生长期，新梢生长所需营养可能主要来源于树体储藏的营养物质，同时水分能及时发挥作用，而肥料发挥作用相对滞后，与周罕觅等[38]在苹果上的研究结果相似。随着葡萄植株的不断生长发育，葡萄新梢基径逐渐增加，生长量却逐渐降低，这是因为植株的生长逐渐从营养生长转变为生殖生长为主，并且施肥对葡萄新梢基径生长量无显著性影响。这与何岸镕等[21]在葡萄上的研究结果一致。在新梢生长时期，保证合理灌溉可以促进新梢生长，从而提高光合效率。

水肥在葡萄整个生育期的生命活动中具有重要作用，同时也是影响作物产量和品质最重要的两个因素[39]。合理降低肥水施用量可以提高葡萄品质，但同时显著影响其产量与经济价值；而增加肥水施用量可以提高葡萄产量，但会降低肥水使用效率[12,40]。因此，合理的肥水管理对不同阶段葡萄的生长发育及其品质具有重要作用。滴灌水肥配合能有效提高葡萄产量和品质，灌溉量过大或施肥量过高，都不利于葡萄产量和品质的提高[23]。在设施滴灌施肥条件下，‘红地球’葡萄相同滴灌水平下，可溶性固形物含量、花色苷和糖酸比均随施肥量的增加先增加后减小，同一施肥水平下，可滴定酸和花色苷含量随水分亏缺程度的加强先增大后减小；适量施肥和适度缺水可增加花色苷含量，提高糖酸比[15]。本研究发现，滴灌施肥条件下，水、肥调控对酿酒葡萄果实品质(可溶性固形物、可滴定酸、还原糖和糖酸比)、果皮酚类物质(总酚、单宁和花色苷)影响显著；在一定范围内，酿酒葡萄品质随水肥用量的增加，呈先升高后降低的趋势，合理的水肥有利于酿酒葡萄品质的改善，水、肥过多或过少都会造成酿酒葡萄品质下降。

总酚、单宁和花色苷是葡萄中重要的酚类物质，对果实色泽、风味以及葡萄酒的色泽、澄清度、口感和营养价值等有重要作用[41]。本研究发现，在滴灌量为2 700 m3·hm-2、施肥量160-120-210 kg·hm-2水平下，总酚(4.25±0.18) mg·g-1、单宁(3.07±0.02) mg·g-1、花色苷(2.12±0.24) mg·g-1，显著高于张娟等[42]研究结果。原因可能是酚类物质受气候条件(温度、光照和降水)、土壤条件、栽培条件及激素水平等因素的影响大[43-45]。同时，昼夜温差大有利于含糖量的提高，有利于葡萄浆果更好着色[46]，水分亏缺会增加葡萄单宁和花色苷含量[47-48]。本研究立地条件昼夜温差大，同时该结果也是在水分亏缺条件下得到的。

本研究结果表明，滴灌施肥条件下，水、肥调控对酿酒葡萄新梢生长、果实形态指标及品质、酚类物质影响显著，而对果皮色泽参数无显著性影响；在一定范围内，酿酒葡萄生长及品质随水肥用量的增加，呈先升高后降低的趋势，合理的水肥管理有利于酿酒葡萄新梢生长及品质改善，水肥过多或者过少都会导致酿酒葡萄品质下降。由此可见，滴灌量2 700 m3·hm-2、施肥量N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2处理能促进酿酒葡萄新梢生长，单粒质量、果实纵横径表现较突出，同时能明显提高果实可溶性固形物、还原糖及果皮中酚类物质的质量分数，是基于本试验条件下酿酒葡萄生长、品质方面的较适宜水肥组合。