赤霞珠葡萄品质成分对成熟期降水过程的响应

杨豫，陈仁伟，王静，张晓煜,，李红英

(1.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021； 2.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏 银川 750002；3.宁夏气象科学研究所，宁夏 银川 750002)

贺兰山东麓位于37°43′～39°23′N， 105°45′～106°47′E，为宁夏贺兰山东麓冲积扇与黄河冲积平原之间的宽阔地带。该区属于中温带干旱气候区，干燥少雨，光照充足，昼夜温差大，是中国酿酒葡萄生产的最佳生态区之一。凭借独特的区位优势和良好的风土条件，葡萄与葡萄酒产业被列为宁夏特色优势重点发展产业。截至2018年，宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植面积已达3.8万hm2，逐步形成金山、镇北堡、玉泉营、甘城子和红寺堡等酿酒葡萄小产区和酒庄集群。

葡萄品质对气象条件高度敏感和依赖[1]。全生育期的温度、光照和降水对酿酒葡萄成分的合成、代谢和积累具有重要影响[2-5]。成熟期适当的水分亏缺有利于提高葡萄品质，成熟期降水过多阻碍酿酒葡萄成熟进程，容易造成裂果，加剧病害传播[6-8]。成熟期降水是影响酿酒葡萄成熟度和葡萄酒质量的主要因子之一[9-10]。宁夏贺兰山东麓产区年降水量在167.2～259.8 mm，降水量主要集中在6—8月，占全年降水量的55.0%～62.7%。近年来，随着全球气候变化，贺兰山东麓葡萄成熟期的降水有增加趋势[3，11-12]，极端天气气候事件增加。2016年和2018年8—9月，贺兰山东麓遭遇多次强降水过程，局部地区达大到暴雨，降水量达113.2 mm，影响了葡萄成熟度和优良品质的形成，而葡萄品质如何响应一次降水过程尚不清楚。本研究以宁夏贺兰山东麓葡萄酒产区主栽酿酒葡萄品种赤霞珠为研究对象，基于贺兰山东麓气象条件和葡萄品质化验数据，研究葡萄果实成分对降水过程的响应时间和相应量，探究成熟期降水对葡萄品质的影响，为葡萄品质预测评价及采收期预测提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于宁夏贺兰山东麓产区美御酒庄，研究对象为赤霞珠，树龄3年，高单篱架型栽培。葡萄行株距为3.2 m×1.0 m，产量水平在3 900 kg·hm-2左右。研究区域年平均气温9.5 ℃，生育期日照时数1 683 h，生育期4—9月降水152 mm，成熟期8、9月平均降水量分别为46.4、25.6 mm。

1.2 处理设计

本研究在酿酒葡萄成熟阶段进行，即自葡萄果实转色至成熟时段。该时段内研究区域共有2次自然降水过程。第1次为2018年8月30日至9月1日，研究区域葡萄园降水量达27.2 mm，其中日最大降水量发生在9月1日，为20.6 mm，为中雨；第2次降水发生在9月11日，为小雨。自2018年8月21日开始采集葡萄果实样品，8月采样周期为每5 d采1次，9月采样周期缩短为每3 d采1次，至9月20日葡萄采收结束。

1.3 测定项目

1.3.1 气象数据测定

气象数据来自于葡萄园DZZ4农业自动气象站(江苏省无线电科学研究有限公司)，包括降水、温度、空气相对湿度、风速、风向、地温等要素，监测频率为1 h。

1.3.2 品质数据测定

将采回的赤霞珠果实样品去除果蒂后随机混合，一半以4层纱布过滤挤汁50 mL以上备用，另一半用液氮冷冻，保存于-80 ℃超低温冰箱冷冻备测，每个指标测量重复3次。pH采用笔式电子pH计(Kedid GT-6023)测定；可溶性固形物采用ATAGO PAL-1手持糖度仪测定；还原糖(以葡萄糖计)采用斐林试剂热滴定法测定(GB/T 15038—2006)；可滴定酸(以酒石酸计)采用酸碱滴定法测定(GB/T 15038—2006)；单宁采用分光光度法(Folin-Denis试剂显色)测定[13]。

1.4 分析方法

采用Excel 2007和SPSS 22.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品质成分对降水过程的响应

酿酒葡萄的主要成分是糖、酸及多酚物质，其结构和数量决定着酿酒葡萄的品质[14-17]。通过试验分析还原糖、可滴定酸、单宁含量和pH等成分对降水的响应，包括时间响应和量值响应。

2.1.1 pH和可滴定酸

在赤霞珠果实成熟过程中，pH呈上升趋势(图1)，可滴定酸含量随着成熟度增加呈下降趋势(图2)。pH和可滴定酸对降水过程的响应时间相同。对于8月30日至9月1日的强降水过程，pH和可滴定酸均于降水2 d开始响应强降水，5 d后结束响应，但表现方式不同。降水2 d后pH开始下降，下降2.73%，5 d后开始恢复上升；可滴定酸含量于降水2 d后开始上升，上升10.52%，5 d后恢复下降趋势。对于9月11日小雨过程，2 d后pH下降，可滴定酸含量上升，变化幅度分别为1.51%和-12.65%，6 d后恢复。说明pH和可滴定酸对于降水过程响应较为敏感，即使是少量降水也会影响其波动，同时可较快恢复正常生长。

图1 赤霞珠果实成熟期内pH变化

图2 赤霞珠果实成熟期内可滴定酸含量变化

2.1.2 可溶性固形物和还原糖

果实成熟过程中，可溶性固形物及还原糖含量呈增加趋势。由图3可知，受强降水影响，赤霞珠果实可溶性固形物含量增速变缓，上升幅度由12.98%减至0.71%，并持续10 d，与pH、可滴定酸响应降水的开始时间相同，但持续时间更长，10 d后开始恢复正常增长。图4显示，还原糖含量在降水后2 d开始下降，响应时间迟于pH、可滴定酸及可溶性固形物，但与可溶性固形物同时恢复增长，7日内由230 g·L-1降至210 g·L-1，下降6.58%。9月11日的小雨并未对可溶性固形物和还原糖含量造成直接影响，说明少量降水不会对可溶性固形物和还原糖产生明显影响，而超过20 mm的降水过程可长时间的延缓果实糖分的积累速度，二者的响应时间迟于pH和可滴定酸。

图3 赤霞珠果实成熟期内可溶性固形物含量变化

图4 赤霞珠果实成熟期内还原糖含量变化

2.1.3 单宁

随着果实成熟度的增加，果实中单宁含量呈上升趋势。葡萄果实中的单宁含量在降水过后出现下降(图5)。在5个成分指标中，单宁响应最迟缓，但响应量最大。降水过程结束后5 d开始响应，单宁含量下降31.89%，10 d后开始回升。

图5 赤霞珠果实成熟期内单宁含量变化

2.2 葡萄成分响应的协同性

以可滴定酸为例分析赤霞珠果实品质指标间的相互影响作用。通过通径分析明确各品质指标的变化对可滴定酸含量的直接、间接影响程度。通过相关性分析和通径分析，对赤霞珠成熟期内各品质指标间响应强降水的协同关系进行研究，正态分布检验结果表明，各品质指标的含量分布均服从正态分布(Shapiro-Wilk Test，n=9，P>0.05)，可进行相关性分析。

相关性分析结果(表1)与通径分析结果(表2)表明，4个品质因子对可滴定酸含量变化的影响程度为pH>还原糖>可溶性固形物>单宁。pH和还原糖含量两者与可滴定酸含量变化有极显著的负相关关系。各品质指标的变化对可滴定酸含量变化影响最大的是pH，其相关性达-0.907。其中pH直接作用于可滴定酸的相关性达-0.894，说明降水后pH的降低对于可滴定酸含量的升高有98.57%是直接效应，只有1.43%是pH通过影响可溶性固形物、还原糖、单宁而对可滴定酸造成的间接效应，而且pH对可滴定酸的间接正向作用削弱了pH对可滴定酸的直接负向作用。其次是还原糖，直接相关系数-0.822，间接相关系数-0.738。还原糖通过影响pH、可溶性固形物，对可滴定酸造成间接的负影响，即降水后还原糖含量升高直接影响可滴定酸含量的降低，同时还原糖还通过影响pH、可溶性固形物的升高来间接影响可滴定酸含量的下降。

注：*、**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。

可溶性固形物与还原糖、pH的相关系数分别为0.889和0.796，说明在大量降水情况下，pH、可溶性固形物、还原糖三者的变化趋势相同，且三者与可滴定酸含量的变化趋势呈显著负相关。可溶性固形物通过单宁对可滴定酸含量产生一定的正向作用，其对可滴定酸直接作用也为正向影响，但其通过pH、还原糖对可滴定酸含量造成的负向影响较大，最终使得可溶性固形物与可滴定酸含量呈负相关关系，二者的直接相关系数达到-0.715。

表2 各指标含量变化与可滴定酸含量变化通径分析

单宁对于可滴定酸的含量变化的直接影响较小。可滴定酸含量变化与单宁含量变化指数呈负相关，但没有达到显著水平，说明在一定阈值内其二者间有较好的协调性。单宁的含量变化与pH、可溶性固形物、还原糖也均不显著。

3 讨论

在葡萄成熟过程中，葡萄糖分含量随着果实成熟度增加而增加，而遇较大量级降水过后，葡萄糖分含量出现暂停增长甚至下降，几日内恢复生长。从8月31日到9月10日酸度已基本恒定，无显著变化，pH升高不利于葡萄酒品质。因此，在果实成熟后期，糖分达到优质酿酒葡萄品质要求、酸度基本稳定之后，这时气象条件不利于果实品质发展，应提早采收。在遇较大降水过程后，可等糖度、单宁含量恢复增长后再进行采摘。

pH、可滴定酸、可溶性固形物对强降水响应速度较快，2 d后开始响应，6 d后恢复。还原糖受降水过程影响时间最长。同时pH、可滴定酸响应起止时间一致，还原糖与可溶性固形物同步响应，说明pH和可滴定酸、还原糖和可溶性固形物之间有较强的关联性，相关分析结果也得出相同结果。在果实成分中，任何成分指标都不是单一个体，每个指标的变化都是一系列复杂生理生化活动的最终结果，其关联机制有待进一步研究。

在赤霞珠各品质成分中，无论是直接作用还是其他因子通过对pH影响可滴定酸的间接作用，pH的变化与可滴定酸含量变化的相关性均最大。结合相关分析可知，虽然可溶性固形物与可滴定酸含量变化达显著相关水平，但其直接通径系数却很小，这是因为其对可滴定酸的作用实质上是通过pH而实现，还原糖对可滴定酸含量影响亦主要是通过pH实现。可滴定酸含量变化与可溶性固形物含量变化相关系数和直接通径系数方向不一致，是因为可溶性固形物通过pH、还原糖、花青素产生负向间接效应，通过单宁产生正向间接效应，且负向效应大于正向效应，掩盖可溶性固形物对可滴定酸的负效应，将其夸大为正效应。因此，不能只用相关性简单判断两个因子间的相关关系，还应通过通径分析研究其主要原因，以免得出错误结论。

4 小结

降水过程对葡萄果实的pH、可溶性固形物、还原糖、可滴定酸、单宁5个成分指标含量变化均有明显影响，从响应时间来看，单宁响应最迟缓，可滴定酸响应最快。从响应程度来看，单宁含量受降水过程影响最大，降低31.89%。降水过程减缓了可溶性固形物含量的上升速度，还原糖含量随着果实成熟度增加出现了降低，10 d后恢复上升趋势，还原糖响受强降水影响持续时间最长。除pH和可滴定酸外，其他指标对日降水5 mm以内的降水无响应。在生产实践中如遇类似情况，在含糖量、含酸量已达到酿酒要求且较为恒定时，建议提前采收，以免遭受不良气候影响果实品质。

在各品质指标的相关关系中，pH与还原糖与可滴定酸呈现极显著的负相关关系，可溶性固形物、还原糖与pH呈极显著正相关关系。在各品质指标的协同关系中，pH与可滴定酸的关联最为密切，其他因子对可滴定酸含量变化的直接影响、间接影响均较小。