水肥耦合对贺兰山东麓滴灌酿酒葡萄产量和品质的影响

2020-06-16何振嘉刘全祖

灌溉排水学报 2020年5期

何振嘉，刘全祖

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075； 2.宁夏东方裕兴酒庄有限公司，宁夏吴忠 751900）

0 引言

宁夏贺兰山东麓位于北纬36°—42°之间，处于世界葡萄种植的黄金地带，是国内种植高品质酿酒葡萄和生产高端葡萄酒的主要产区之一[1-2]。近年来，当地政府将葡萄酒产业发展与促进生态化、城镇化移民建设有机结合，不断推动酿酒葡萄产业集群发展，在国内已开拓了巨大的市场，具有广阔的发展前景[3-4]。贺兰山东麓光照时间长，昼夜温差较大，气候条件有利于高品质酿酒葡萄的生长，但贺兰山东麓干旱少雨，且降雨分布极为不均，土壤主要为沙壤土和灰钙土，富含砾石，保水保肥能力较差，营养成分不足，尤其是水资源的匮乏，施肥制度的不合理，逐渐成为该区域酿酒葡萄产业发展的极大制约[5-6]。

良好的水肥条件是葡萄产量和品质保障的关键，水肥过量或不足都会对酿酒葡萄的生长产生不利影响，造成减产或绝收。大量研究结果表明，水肥耦合对葡萄作物生长、产量和品质有显著影响[7-9]。【研究进展】侯裕生等[10]对水肥耦合条件下葡萄耗水规律和作物系数进行了研究，结果表明，水肥耦合对葡萄耗水强度的影响达到显著水平，对产量及品质指标的影响均达极显著水平，水肥耦合能显著提高葡萄产量和品质。张兴国等[11]研究了水肥耦合对温室葡萄品质的影响，结果表明，水肥耦合对可溶性固形物、可溶性糖、固酸比、糖酸比的影响均达到极显著水平，但未对Vc 量产生较大影响。朱洁等[12]研究了不同灌溉定额和施肥量对葡萄生长和品质的影响，结果表明，水肥耦合对单宁影响较为显著，对可溶性固形物、可溶性糖、固酸比、糖酸比等影响不显著。【切入点】在水肥耦合条件下研究贺兰山东麓干旱半干旱区酿酒葡萄生长、产量和品质。

滴灌系统由于水肥利用效率高[13-15]以及显著提高作物产量和改善作物品质[16-18]等特点，在我国干旱半干旱地区进行了大面积推广。【拟解决的关键问题】水肥耦合调控对贺兰山东麓典型的干旱半干旱地区酿酒葡萄产量、品质的影响。【研究意义】通过田间试验，以6 a 生“赤霞珠”葡萄为研究对象，研究不同水肥耦合对酿酒葡萄产量和品质的影响，以期为贺兰山东麓酿酒葡萄在滴灌条件下水肥合理调控提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017 年4—10 月在宁夏吴忠市红寺堡区东方裕兴酒庄葡萄种植基地进行。试验区位于东经106.1°，北纬37.3°，海拔高度1 494 m，属温带大陆性半干旱性气候，多年平均降水量251 mm，年平均蒸发量2 387 mm，多年平均气温8.7 ℃，昼夜温差13.7 ℃，全年>10 ℃积温超过3 200 ℃，4—10 月日照时间2 900～3 050 h。试验区土壤为淡灰钙土，土质为沙壤土，0～60 cm 土层范围内土壤基本理化性质：土壤平均干体积质量为1.41 g/cm3，土壤初始含水率为11.60%，土壤田间持水率为24.87%（质量含水率），土壤饱和含水率31.55%，速效氮量15.23 mg/kg，速效磷量3.85 mg/kg，速效钾量73.16 mg/kg，有机质量为3.11 g/kg，降雨量数据由红寺堡区气象局气象站观测获取（表1）。

表1 试验地降雨情况 Table 1 Test field rainfall

1.2 试验设计

供试葡萄为当地主栽酿酒葡萄赤霞珠（Cabernet Sauvignon），定植于2012 年，葡萄架形为“厂”字形，南北行向，株行距为0.6×2.8 m。选取4 棵葡萄树为一个小区，每个小区的4 棵葡萄树除水肥耦合模式不同，其他田间工艺措施均相同。试验灌溉方式为滴灌，滴灌带为单翼迷宫式，直径为16 mm，铺设模式为1 行1 管，设置在距葡萄根部30 cm 处，葡萄种植行开沟宽度80～100 cm，滴头流量为3.2 L/h，滴头间距为40 cm。灌溉水源为黄河水，首先，将原水经调蓄预沉池加压作砂石过滤处理，再通过管网进行滴灌。供试肥料：尿素（ω（N）=46%）、磷酸钙（ω（P2O5）＝16%）、硫酸钾（ω（K2O）＝50%），滴灌量与施肥量参考《宁夏酿酒葡萄滴灌种植技术规程》（DB64/T 1293—2016）推荐值，设定灌水量和施肥量2 个因素，其中，灌水设3 个水平（分别为：低水W1：1500 m3/hm2、中水W2：3 000 m3/hm2、高水W3：4 500 m3/hm2），自4 月下旬—8 月下旬共灌水11 次，其中萌芽期灌水2 次（第1 次为春灌），新稍生长期灌水3 次，开花期灌水1 次，果实膨大期灌水3 次，果实转色期灌水2 次，灌水间隔为7～10 d，各处理灌水日期和灌水次数相同。施肥方式为水肥一体施肥，肥料选用复合肥，共设置3 个水平（分别为，低肥F1：450 kg/hm2、中肥F2：840 kg/hm2、高肥F3：1 050 kg/hm2），施肥N、P、K 质量比例为1∶0.6∶1.2，分别在萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期和果实着色期进行施肥，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%；果实着色期施入N、P2O5和K2O 分别占总施肥量的0%、20%和40%。各处理均设有单独水表和施肥罐精确控制灌水施肥量，每个处理重复3 次。试验各处理灌水量及施肥量设计见表2 和表3。

表2 不同生育期灌水量 Table 2 Drip irrigation volumes at different growth stages m3/hm2

表3 不同生育期施肥量 Table 3 Fertilization in different growth stages kg/hm2

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤含水率测定

土壤含水率采用土钻取土，用烘干法测定。试验区每隔7 d 测定1 次土壤含水率，灌水前后及降雨后加测。取土位置为距葡萄树根部东、南、西、北4 个方向10 cm 处，取其均值作为测定结果；取土深度100 cm 作为计划湿润层，分5 层，每层20 cm，用加权平均法计算土壤含水率，并利用式（1）计算酿酒葡萄耗水量。

式中：ET 为酿酒葡萄全生育期耗水量（mm）；I 为酿酒葡萄全生育期净灌水量（mm）；P 为酿酒葡萄全生育期内有效降雨量（mm）；ri为相应第i 层的土壤干体积质量（g/cm3）；iH 为相应第i 层土壤厚度（cm）；θi1、θi2为第i 层土壤的含水率在时段初、末的值（%）。G 为地下水补给量（mm），D 为深层渗漏量（mm）。由于试验地点地下水位处于10～15 m，因此不考虑地下水补给情况，即G=0；试验灌水方式为滴灌，且每次灌水量均较小，不存在深层渗漏情况，故D=0。

1.3.2 葡萄生长指标及果实性状测定

在酿酒葡萄全生育期内，用游标卡尺和钢卷尺测定葡萄新梢长度、副梢长度、果实纵径、果实横径、以及株高。采用CM1000-NDVI 测量仪（北京英驰科技有限公司）测定植被差异指数（NDVI），采用SPAD-502 叶绿素计（北京合众博普科技发展有限公司）测定叶绿素相对量（SPAD），葡萄果实颜色指数（CIRG）采用二氯靛酚钠滴定法测定[19]。采用CI-340 便携式光合作用测定仪（北京商德通科技有限公司）测定叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）及胞间CO2浓度（Ci）。在果实收获后，用精度为0.1 g 的电子秤称量各小区所有葡萄单株产量和总产量。水分利用效率（Water use effective，WUE）=产量/耗水量。

1.3.3 酿酒葡萄产量与品质指标测定

果实成熟采摘后，每个处理随机选取10 串葡萄果穗对其营养成分和品质进行测定。随机选其中50粒果粒用振动式葡萄除梗粒选一体机（LX-X5A，新乡市领先轻工机械有限公司）打成匀浆测定品质：可溶性固态物量用手持糖量计（BG-111ATC，天津宝钢光学仪器有限公司）测定，可滴定酸量用NaOH 滴定法测定[20]，可溶性糖用蒽酮比色法测定[21]，以可溶性糖量与可滴定酸量的比值描述糖酸比，果皮总酚量用福林-肖卡法测定[22]，总花色苷用pH 示差法进行测定[23]，果实Vc 量采用二氯靛酚钠滴定法测定[19]。

1.3.4 数据分析

采用Excel 2007 处理试验数据，同时采用SPSS 11.5 软件进行统计学分析，并对相关指标进行显著性分析，显著性水平为（p＜0.05），极显著性水平为（p＜0.01）。

2 结果与分析

2.1 滴灌水肥耦合对酿酒葡萄生长发育的影响

表4 为不同水肥耦合处理对酿酒葡萄生长发育的影响。由表4 可以看出，水肥耦合作用对酿酒葡萄株高、新稍长、副梢长均有不同程度的影响。株高随灌水量和施肥量的增加显著增高，其中W1F1 处理最低，为154.25 cm，W3F3 处理最高，达到196.96 cm，较W1F1 处理提高27.69%。施肥量一定时，低水和中水处理条件下，新稍长随施肥量的增加而增加，W2F3 处理对新稍促进效果最为显著，达到102.98 cm，而当灌水量超过3 000 m3/hm2时，新稍随着施肥量的增大反而产生了抑制作用。灌水量相同时，施肥能促进副梢生长，但对其生长影响不显著，当灌水量为4 500 m3/hm2时，高肥处理促进效果最为显著，W3F3 处理达到了41.12 cm，较W3F1 处理增加了47.81%，在施肥量一定的条件下，灌水量对副梢生长促进作用极显著。灌水、施肥和水肥耦合处理对NDVI 值影响均不显著，其中W2F1 处理最低，为0.77，W3F3 处理最高，为0.87。水肥耦合能显著促进SPAD 值的增加，相关灌水处理条件下，SPAD值与施肥量显著正相关，灌水量为4 500 m3/hm2时，对SPAD 值的促进效果明显最显著，W3F3 处理达到最大值43.88，W1F1 处理最低，仅为42.01。施肥量相同时，提高灌水能有效增加SPAD 值，W3F3 处理仍为最大值。

表4 水肥耦合对酿酒葡萄生长发育的影响 Table 4 Effects of water and fertilizer coupling on growth and development of wine grapes

2.2 滴灌水肥耦合对酿酒葡萄光合作用的影响

水肥耦合对酿酒葡萄光合性质有直接影响，过多和过少的水肥补给均会影响葡萄光合性能的发挥，对葡萄的生长发育、产量和品质造成影响。由表5 可知，灌水、施肥以及水肥耦合处理对叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度以及水分利用系数均存在显著的相关关系。净光合速率随灌水和施肥量的增大表现为先增大后降低的趋势，其中W2F3 处理最高，为20.15μ mol/（m2·s），较最低W1F1 处理提高17.29%。蒸腾速率随着灌水和施肥量的增加先增加后降低，相同灌水量条件下，施肥量对蒸腾速率存在显著的促进作用，其中W3F3 处理蒸腾速率最大为6.97 mmol/（m2·s），较最低W1F1 处理提高23.94%。灌水、施肥以及水肥耦合处理对气孔导度的调节影响不显著，其中W3F2 处理气孔导度最高为205.52 mmol/（m2·s），较最低W1F2 提高39.43%。整体来看，胞间CO2浓度随水肥量的增大而降低，相同灌水条件下，施肥量越大，对胞间CO2浓度的抑制作用越明显，其中W1F1 处理胞间CO2浓度最大为350.5 mg/kg，较最低W1F1 处理提高13.28%。水肥耦合对酿酒葡萄水分利用效率具有显著影响，相同灌水条件下，水分利用效率与施肥量呈现显著的正相关关系；相同施肥条件下，水分利用效率表现为先增大后降低的规律，其中W3F3 处理水分利用效率提高最为显著为41.53%，较最低W1F1 处理提高了3.44%。

2.3 滴灌水肥耦合对酿酒葡萄果实外观品质的影响

由表6 可知，水肥耦合对酿酒葡萄果实外观品质具有极显著影响。W3F2 处理果实纵径最大，为25.16 mm，W3F1 最小为22.82 mm，二者之间差异显著。不同灌水处理条件下，均以中肥处理最大，说明施肥处理更加能促进果实纵径的生长。W2F2 处理果实横径最大，为24.16 mm，W1F1 处理最小，为22.46 mm。果实横径受水分影响程度高于施肥，水肥耦合处理对果实横径的影响达到极显著水平。就果形指数而言，W1F1 和W3F2 处理最高，均达到1.05，W3F1 最低，仅为0.99，灌水处理对果形指数影响不显著，而施肥和水肥耦合处理对果形指数的影响均达到了极显著水平。果实颜色指数（CIRG）变化范围在4.85～6.13之间，随灌水量和施肥量的增加先增大后降低，相同灌水处理下，均以中肥处理最高，而相同施肥处理下，以中水处理最高，灌水、施肥和水肥耦合处理对CIRG的影响均达到了极显著水平。在低水处理下，酿酒葡萄单粒质量均与施肥量呈显著的正相关关系，而中水、高水处理，单粒质量随施肥量的增加表现为先增加后降低的趋势，最高W2F2 处理为7.61 g，最低W3F1 处理为6.29 g。而果实产量W1F1 处理最低，为4.95 t/hm2，W3F3 处理最高为7.02 t/hm2，表现为随灌水量和施肥量的增大而增大，且灌水、施肥和水肥耦合处理对产量的影响均达到了极显著水平。

表5 水肥耦合对酿酒葡萄光合性质的影响 Table 5 Effects of water and fertilizer coupling on photosynthetic properties of wine grapes

表6 水肥耦合对酿酒葡萄果实外观品质的影响 Table 6 Effects of water and fertilizer coupling on appearance quality of wine grape fruits

2.4 滴灌水肥耦合对酿酒葡萄营养品质的影响

表7 为不同水肥耦合处理对酿酒葡萄营养品质的影响。由表7 可知，水肥耦合处理对酿酒葡萄中各营养品质均存在显著的相关关系。整体而言，可溶性固形物随灌水量和施肥量的增大呈先增大后减小趋势，W2F1 处理最高为22.27%，较最低W3F1处理高12.7%，但受灌水处理单一影响不显著。可滴定酸平均量为0.65%，随水肥单一变动时，可滴定酸量变化不明显，灌水量一定时，施肥量的增加对糖酸比的影响也不规律，W1F2 处理最高为0.74%。可溶性糖量与水肥耦合处理显著正相关，相同灌水处理条件下，可溶性糖量随着施肥量的增加而降低，低水处理对可溶性糖量的促进作用最显著，其中，W1F3 处理最低为 10.44%，W3F1 处理最高为20.32%。适宜的水肥耦合处理不仅可以提高葡萄含糖量，还能一定程度上降低果实含酸量，有利于提高糖酸比，显著提高葡萄品质。在各水肥耦合处理下，糖酸比在27.74～40.09 之间变化，整体上呈先增大后降低的变化规律，W2F2 处理最大，W1F2 处理最小，二者之间差异显著。总体上看，水肥耦合能显著提高花色苷量，W3F3 处理达到最大值为4.66 mg/g，而灌水量在1 500 m3/hm2时，各处理对花色苷量的影响均不显著，当灌水量超过3 000 m3/hm2时，低肥和高肥处理均能提高花色苷量。酚类物可显著提高果实芳香味，酿酒葡萄果皮总酚量整体上呈降低趋势，其中W1F1处理总酚量最大为71.53 mg/g，较最低W3F1 处理高86.47%，水分处理对总含酚量的影响要高于施肥处理。水肥耦合能显著促进葡萄果实Vc 量，Vc 与灌水和施肥量呈显著正相关，相同灌水处理下，施肥量越大，果实Vc 量越高，其中W1F1 处理最低为8.35 mg/g，W3F3 处理最高为9.23 mg/g，较W1F1 处理提高10.54%。

表7 水肥耦合对酿酒葡萄营养品质的影响 Table 7 Effects of water and fertilizer coupling on nutritional quality of wine grapes

3 讨论

水和肥对葡萄的生长发育具有显著影响。已有研究表明，灌水量对株高的生长具有显著影响[24-26]，水肥耦合处理对葡萄株高影响十分显著，灌水单一因素对葡萄新梢长、副梢长均有极显著影响[27]，而灌水量一定时，施肥量对新稍和副梢生长影响不显著，因为在葡萄新梢和副梢生长期，主要由葡萄树体提供其生长所需的营养物质，施肥所发挥的作用具有一定滞后性，这与史星雲等[28]研究结果一致。本研究发现，灌水量为3 000 m3/hm2时，施肥量为1 050 kg/hm2时，显著促进了新稍生长，当灌水量为4 500 m3/hm2时，高施肥量对副梢长促进最为显著，有利于提高光合作用效率，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。水肥耦合能显著促进SPAD 值的增加，但对NDVI 值影响并不显著，均为W3F3 处理为最大值，这与陈天祥等[29]研究一致。

合理的水肥耦合处理有利于酿酒葡萄植株生长发育、促进光合作用、提高水分利用效率，同时能提高葡萄产量和保障品质。本研究中水肥耦合处理与叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度以及水分利用系数均存在显著的相关关系。有研究表明，水肥耦合对光合特性有一定影响[30-32]，气孔导度和胞间CO2浓度与净光合速率呈负相关关系[33-34]，本研究中胞间CO2浓度变化情况对净光合速率的影响与上述研究一致，而气孔导度对净光合速率的影响随灌水量和施肥量的增加呈波浪形变化。由于灌水初期葡萄根系存在较高的养分浓度，对水分吸收具有一定的阻碍作用，叶片含水率较低，导致气孔导度较低，进而减弱了叶片净光合速率。随灌水量的增加，提高了养分吸收能力，降低了根系细胞水势，因此对水分的吸收具有促进作用，增大了气孔导度，进一步提高了净光合速率。可见，水肥耦合交互变化可引起土壤养分浓度的变化，而根系吸水能力也受到相应影响，所以净光合速率表现出波浪形变化[29]。

水肥耦合对酿酒葡萄果实外观品质具有极显著影响，施肥处理更加能促进果实纵径的生长，但对果实横径生长影响不显著。就果形指数而言，W3F2处理最高，且各处理对CIRG 的影响均达到了极显著水平。不同的灌水量条件下，施肥量与作物产量的响应关系也有所不同，相同灌水条件下，酿酒葡萄水分利用效率和产量均与施肥量呈现显著的正相关关系，W3F3 处理水分利用效率提高最为显著为41.53%，果实产量最高为7.02 t/hm2，这与张兴国等[35]在灌水量为2 280 m3/hm2条件下不同施肥量研究结果一致。

水肥耦合对葡萄营养物质具有重要影响，本研究中，W2F1 处理的可溶性固形物最高为22.27%，W1F2 处理可滴定酸最高为0.74%。可溶性糖量与水肥耦合呈显著的正相关关系，相同灌水处理条件下，可溶性糖量随着施肥量的增加而降低，W3F1 处理最高为20.32%，W2F2 处理糖酸比最大。总体上看，水肥耦合能显著提高花色苷量，W3F3 处理达到最大值为4.66 mg/g。酚类物可显著提高果实芳香味，酿酒葡萄果皮总酚量整体上呈降低趋势，其中W1F1处理总酚量最大为71.53 mg/g，Vc 量与水肥耦合各处理存在显著正相关关系，W3F3 处理最高为9.23 mg/g。有研究表明，在一定范围内，随水肥用量的增加，葡萄生长及品质指标呈先升高后降低的趋势[10,28,35]，文中设定了1 500、3 000 和4 500 m3/hm2灌水水平以及450、840 和1 050 kg/hm2施肥水平，但在本试验条件下，表现为水肥浓度越高葡萄生长及品质指标越高，这可能与试验设置的灌水定额或与所在的地理位置以及气候条件不同有关，在本区域内，水肥用量继续增加是否会对酿酒葡萄生长和品质产生影响尚需进一步试验验证。