全生育期水分胁迫对设施葡萄果实品质的影响

张 帅，张 芮，张小艳，王旺田

(1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃 兰州 730070)

近10余年来，我国北方设施葡萄生产发展很快，以前所未有的速度迅速发展[1]。随着人们生活水平日益提高，消费者对葡萄等水果的品质日益重视，如何在保证相对高产的前提下提升果品品质成为葡萄栽培中亟待解决的课题[2]。葡萄延后栽培是针对冷凉地区气候特点，利用日光温室进行春季避光、冬季增温调控，以延迟浆果成熟期为目的，实现淡季供应的一种高效栽培方式[3]。我国北方旱区昼夜温差大，对于发展葡萄产业有着很大的优势。但由于该区域降水量少，水资源匮乏成为了限制葡萄生长发育的主要因素。因此，开展水分胁迫(调亏灌溉)试验研究，探究其对葡萄生长及果实品质的影响规律，对发展节水、优质、高效葡萄产业具有重要意义。

目前，调亏灌溉技术已经广泛应用于果树、蔬菜、小麦、玉米和棉花等作物，以期达到节水、增产、提质的目的。丁端峰以冬小麦为研究对象，发现适宜程度的水分胁迫可以提高产量，并且提升果实的品质[4]；李彪[5]等研究发现冬小麦返青期和夏玉米苗期隔沟调亏灌溉处理虽然在调亏时期内降低了光合作用，但复水后的光合补偿效应有利于实现稳产。植物光合产生的糖，作为评价果实品质高低的重要指标之一，葡萄果实糖分的积累是鉴识葡萄品质的一个重要的因子。果皮色泽是果实的重要品质，也是衡量果品商品价值的重要因素[6]，而花青素含量的多少和着色程度直接影响葡萄果实的外观品质[7]。而且近些年调亏灌溉技术也被广泛的用于葡萄种植[8- 10]，但目前关于设施葡萄调亏灌溉(全生育期水分胁迫)研究较少，尤其缺少对葡萄果实综合品质的研究，尚未建立节水调质型水分管理模式。因此，本文通过开展设施葡萄果实品质对水分胁迫的响应规律试验研究，提出最佳的节水调质型水分管理模式，以期为我国设施栽培葡萄水分精准管理提供理论与实践依据。

1 试验与方法

1.1 试验区概况

试验地点选择在甘肃省兰州市永登县设施葡萄栽培研究基地，地理位置东经103°16＇24″，北纬36°43＇34″，海拔2100m，属典型的冷凉型半干旱大陆季风气候。年均降水量为290mm，年日照时数为2659h，平均无霜期121d。

1.2 试验设计

试验品种主要为6年生“红地球”葡萄品种。葡萄栽培设施为日光温棚，单棚面积为8m×80m，株间距为0.8m，行间距为2m，土壤田间持水率为27.2%，土壤容重为1.41g/cm-3。试验采用滴灌灌溉，2管1行控制模式，滴头流量为q=2.5L/h，间距50cm，计划湿润层深度为100cm，湿润比0.5。为防止小区之间土壤水横向扩散，在小区边界垂直铺设厚度为2mm的聚乙烯土工膜，铺设深度100cm。当小区实测含水率占田间含水率百分比达到实验设计对应的下限值时灌水，灌水定额均为270m3·hm-2。

将试验葡萄分为5个生育期，即萌芽期(5月9—25日)，新梢生长期(5月26日—6月22日)，开花期(6月23日—7月10日)，果实膨大期(7月10日—9月8日)，着色成熟期(9月9日—12月1日)。试验采用水分调控这一个单因素试验，设置全生育期轻度干旱胁迫(土壤含水量下限为65%θf，上限为90%θf)、中度干旱胁迫(土壤含水量下限为55%θf，上限为80%θf)和重度干旱胁迫(土壤含水量下限为45%θf，上限为70%θf)三个胁迫处理。以全生育期充分供水(土壤含水量下限为田间持水率θf的75%，上限为100%θf)为对照处理。共4个水分调控处理，每个处理设置3个重复，共12个小区，每个小区随机分布，每个小区面积为6m×2m，包括1行葡萄和滴灌沟渠。具体实验设计见表1。

表1 不同处理的土壤含水率下限(占田间持水率的百分数%)

1.3 主要测定指标与方法

按照试验设计对各小区进行不同的水分胁迫处理，主要测定指标：以葡萄果实中糖分转运和积累为研究重点，从果实膨大期开始每隔14d测定葡萄果实中碳水化合物(可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖)含量。采用GB 5009.8—2016法《食品安全国家标准，食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定高效液相色谱法》；可溶性固化物采用的仪器为WZS手持式糖度计；花青素采用GB/T 22244—2008《保健食品中前花青素的测定》；可滴定酸采用GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》。

葡萄粒径的测定:在每个小区前后选取2株果树，从果实膨大期开始，每隔14d用精度0.01mm的游标卡尺在果树的上中下取3粒果实，共6粒进行测定。

1.4 数据分析方法

采用Excel及SPSS18软件进行方差统计分析。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对葡萄果实总糖含量的影响

全生育期水分胁迫对葡萄果实总糖含量的影响见表2。由表2可以看出，全生育期不同水分胁迫对葡萄果实总糖含量的影响比较显著，各个处理的总糖含量都是在增长的，着色成熟期的增长速率(9月22日—10月25)明显低于果实膨大期的增长速率(8月1—24日)，各个水分胁迫不同的处理之间的增长速率各不相同的。从果实膨大期开始22d(8月1日)TS处理的总糖含量最低，为1.25%，比CK处理低了0.97%。而总糖含量最高的则是TM处理，为2.64%，相比最低的TS处理提高了1.39%，差异比较显著；果实膨大期是葡萄果实发育增长速度较快的一个时期，所以从8月1—24日，葡萄果实的糖分积累速度是比较明显加快的一个阶段，8月24日(即果实膨大期45d)TA处理和TS处理的总糖含量显著低于CK处理和TM处理，TM处理总糖含量一直处于较大值，含量为9.69%，不过TA处理总糖含量的积累速率是在这个阶段是高于CK处理的，而TS处理总糖含量最小，为7.49%；从8月24日—9月22日，葡萄果实从果实膨大期末期进入着色成熟期，相较之8月1—24日这个阶段，葡萄果实的糖分积累速度变得缓慢，在9月22日(即着色成熟期13d)TM处理总糖含量与CK处理相比无显著性差异，糖分含量最高依然为TM处理，达至13.08%，TS处理和TA处理的总糖含量较低，糖分积累速度低于上一个时期；10月25日(即着色成熟期46d)葡萄果实逐渐成熟，颜色深度早已加深，TM处理的总糖含量依旧最高，达17.26%，而TS处理依旧最低，为14.00%。由此可见，轻度水分胁迫处理果实中总糖含量总体高于重度水分胁迫的处理，TM处理总糖含量比CK处理高了1.86%，TA处理和TS处理低于对照CK处理，TS处理依旧最低总糖含量，所以轻度水分胁迫处理果实中总糖含量高于对照CK处理。

表2 全生育期水分胁迫对葡萄果实总糖含量的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上显著。

2.2 水分胁迫对葡萄果实蔗糖含量的影响

全生育期水分胁迫对葡萄果实蔗糖含量的影响见表3。由表3可以看出，所有处理葡萄果实的蔗糖含量呈微量且持续缓慢增长趋势。8月1日(即果实膨大期22d)葡萄果实中蔗糖的含量大致相同，没有显著性差异，在8月1—24日葡萄果实中的蔗糖含量增长速度较快；8月24日—9月22日果实中的蔗糖含量一直在增长，增长速率比上一个时期慢，9月22日(即着色成熟期13d)TM处理依旧增长最快、蔗糖含量最高，达0.43%，而TS处理蔗糖含量最小，仅有0.33%，且显著低于对照组CK处理，9月22日—10月25日期间，葡萄果实中的蔗糖含量缓慢增加，10月25日(即着色成熟期45d)TS处理的增长速率最快，但是它的含量依旧最低，低至0.44%，TM处理和CK处理持平保持在中上等水平；着色成熟期后TM处理蔗糖含量增长速度最快，TM处理最大，随后CK处理，次之TA处理，TS处理蔗糖含量最小，轻度水分胁迫的处理中果实蔗糖含量始终高于重度水分胁迫的处理中果实蔗糖含量。由此可见，轻度的水分胁迫对于葡萄果实蔗糖的积累是有利的，而灌水量较少的处理则不利于葡萄果实蔗糖的积累。

表3 全生育期水分胁迫对葡萄果实蔗糖含量的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上显著。

2.3 水分胁迫对葡萄果实果糖含量的影响

果糖含量是鉴识葡萄品质优劣的重要指标。全生育期水分胁迫对葡萄果实果糖含量的影响见表4。由表4可见，果糖含量是占可溶性总糖比例比较大的部分，而且葡萄果实中果糖的含量一直在积累。8月1日(即果实膨大期22d)CK处理的果糖含量最高，达0.79%，TS处理果糖含量最低，仅为0.62%，与CK差异显著(P<0.05)；8月1—24日处于果实膨大期的中后期，葡萄果实中的果糖含量明显增高，增长速率较快，TM处理的增长速率显著的超过了CK处理而且果糖含量最高，达到了4.05%，显著高于CK和其他处理；8月24日—9月22日这个阶段的果糖增长速度低于上一个阶段，变得缓慢，9月22日(即着色成熟期13d)TM果糖含量最高，增长速度较快；10月25日(即着色成熟期45d)TM处理的果糖含量最高，比CK处理高了0.99%，TS处理最低，CK处理果糖含量处于中上等水平。过度的缺水使得TS处理果糖积累的较少，影响了葡萄的品质。

表4 全生育期水分胁迫对葡萄果实果糖含量的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上显著。

2.4 水分胁迫对于葡萄果实葡萄糖含量的影响

全生育期水分胁迫对葡萄果实葡萄糖含量的影响见表5。由表5可以看出葡萄果实中的葡萄糖含量在增长，相较之葡萄果实中果糖的增长速率比蔗糖快的多。8月1日(即果实膨大期22d)，果实中积累的葡萄糖含量较少，TM处理含量最高，为1.74%，高于对照处理，而TS处理最低；8月1—24日处于果实膨大期中后期阶段，果实中葡萄糖含量增长幅度较大，8月24日(即果实膨大期45d)CK处理的含量最高；9月22日(即着色成熟期13d)TM处理的增长速率明显提高，高于CK处理，TA处理和TS处理低于对照组CK处理；10月25日(即着色成熟期45d)葡萄糖含量最高的是TM处理，达8.23%，而TS处理则最低，仅有6.68%。过度的缺水导致葡萄果实中的糖分积累过慢，葡萄品质和生理生长受到了一定的影响。

表5 全生育期水分胁迫对葡萄果实葡萄糖含量的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上显著。

2.5 水分胁迫对外观品质(果实粒径)的影响

葡萄纵、横径生长如图1—2所示，由图1—2可以看出随着时间的增长，果实的粒径不断增长，在果实膨大期后8～22d和74～107d两个时间段内，无论是葡萄的横径还是纵径增长速度都是比较快的，是果实快速生长的两个高峰期，在22～74d这个时间段葡萄的纵径和横径相比缓慢一些。在果实膨大期后50d左右，TM处理的纵径和横径开始大于其他处理，而TS处理的纵径和横径的增长速率慢慢变低，CK处理处于中上等水平。各处理葡萄生长趋势开始呈现先快后慢再快的趋势。

图1 葡萄纵径生长情况

图2 葡萄横径生长情况

2.6 水分胁迫对葡萄花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影响

全生育期水分胁迫对花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影响见表6。由表6可以看出，全生育期不同的水分胁迫对可溶性固形物的影响是显著的，TM处理和TA处理的可溶性固形物含量显著高于CK处理，而重度水分胁迫下过度的缺水则导致了TS处理可溶性固形物含量的累积，TM处理含量最高，为15.71%，TA处理仅小于TM处理，为15.11%，反映出适当的缺水会促进葡萄果实中可溶性固定物的积累，而过分的缺水则导致TS处理中可溶性固形物比较少，对照组CK处理的充分供水则对其产生的影响不大。各处理之间的花青素含量差异大，TM处理和TA处理的花青素含量较高，达至11.93nmol·g-1和10.85nmol·g-1，显著高于对照组CK处理，TS处理花青素含量较低，显著低于CK处理，总体上，轻度的水分胁迫和中度的水分胁迫有利于花青素含量的增长，而重度水分胁迫则会降低花青素的含量；果实中可滴定酸是指果实中酸性物质的总量，是影响果实风味的重要因素，由表6可以看出，全生育不同水分胁迫葡萄果实可滴定酸的含量是各不相同的，TS处理的果实中可滴定酸含量显著高于CK处理中的可滴定酸含量，达到最高0.69%，TA处理的果实中可滴定酸含量也显著高于CK处理，高出0.13%，而TM处理的果实中可滴定酸含量最低，比CK处理低0.05%，中度和重度的水分胁迫对果实中可滴定酸的含量有一定的促进作用，导致葡萄果实更加的酸涩，而轻度的水分胁迫和充分的灌水会是葡萄果实的口味更加美味，香甜可口。

表6 全生育期水分胁迫对花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上显著。

3 讨论

调亏灌溉是葡萄设施栽培中的一项重要农艺节水技术，它不但可以有效地减少株间蒸发，促进光合产物的合理转化，使果实品质得到明显的改善，同时又合理地控制农田用水，提高水分利用率[11]。葡萄内糖分的含量是衡量果实品质最为重要的指标之一，掌握果实生长过程中糖分积累的规律对改进生产方法和改良品种有很大的好处，葡萄中糖类的组成和含量决定了浆果的品质[12- 13]。本试验通过3种水分胁迫水平对葡萄果实糖分积累的研究表明：葡萄果实糖分的积累出现先快后慢的趋势，在果实膨大期中后期和着色成熟期前期，葡萄果实糖分的积累比较快，在着色成熟期中后期葡萄果实糖分的积累速率低于前一个阶段，TM处理的适当灌水和TS处理由于过度的水分匮乏导致了两者的还原糖含量差异显著，TM处理的可溶性固化物也高于CK处理，适当的水分胁迫能促进葡萄浆果可溶性固形物积累，糖含量增加而严重水分匮乏反而不利于糖分的增加[14]。房玉林[15]等研究表明调亏灌溉影响了可溶性固化物和还原糖的增加，与本试验结果相似。

在果实膨大期充足的灌水能使果实生长发育速率变快，而适度的水分亏缺会提高果实的品质[11]。本试验对果实粒径、花青素、可溶性固化物和可滴定酸方面也做了研究。研究发现果实粒径出现了先快后慢再快的增长趋势，适宜的灌水有助于粒径的生长，重度水分胁迫下的粒径则出现了粒径缓滞状态，高阳[16]等研究表明对于不同的调亏灌溉处理，适度亏水处理有利于葡萄的膨大与生长，与本试验结果相符。

葡萄花青素是一种有着特殊分子结构的生物类黄酮，是目前国际上公认的清除人体内自由基(造成人体老化及诸多疾病的重要因素之一)最有效的天然抗氧化剂，对提高人体免疫力具有重要作用。本研究发现严重的亏水会导致葡萄生长发育迟缓，苦涩程度增加，色泽度不够美观，轻度和中度的胁迫会导致葡萄的成色度较丰满，提升了外观品质。马婷慧[17]、邓浩亮[18]等研究表明，适当的水分亏缺可以增加果实的着色度和甜度，从而提高果实品质，适当的水分胁迫能够降低果实中可滴定酸的含量，与本试验研究结果相似。

4 结论

全生育期不同水分胁迫对于设施延迟葡萄栽培的果实品质产生了一定的影响，糖分积累呈现出先快后慢的趋势。轻度的水分胁迫有利于葡萄果实的糖分积累，而重度水分胁迫则相反；生育期内果实粒径的生长处于‘快-慢-快’的趋势，充分的供水和轻度的水分胁迫有利的促进葡萄粒径的增长，过度缺水会不利于葡萄果实正常的生长发育；轻中度水分胁迫可以促进果实中可溶性固形物和花青素的积累，而充分的灌水对可溶性固形物和花青素的积累作用不大，重度水分胁迫下会降低可溶性固形物和花青素的含量；亏水过度会促进葡萄果实中可滴定酸含量的增加。

综合考虑果实中的糖分、粒径、花青素、可溶性固化物和可滴定酸，轻度水分胁迫是最佳水分调控处理，可达到节水和提高葡萄果实品质的生产效果，其土壤水分调控模式是：土壤水分为田间持水率的65%～90%，灌水定额均为270m3·hm-2。