不同滴灌方式及水肥组合对酿酒葡萄光合与产量的影响

杨 凡，田军仓,2,3，朱 和，沈 晖,2,3

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2. 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川 750021)

贺兰山东麓是国内外公认的酿酒葡萄最佳产区，也是我国酿酒葡萄“原产地保护区”[1]。实现贺兰山东麓地区酿酒葡萄优质高产是生产中急需解决的关键问题，也是限制宁夏酿酒葡萄特色优势产业升级发展与国际接轨的“瓶颈”问题[2]。贺兰山东麓系贺兰山的山前洪积扇，土壤富含砾石，适宜酿酒葡萄生长，但土壤瘠薄，造成酿酒葡萄产量低且不稳定[3]。水肥一体化技术不仅能够实现提质增产，还能减少农民种植的劳动工作，节约水肥[4]。目前关于酿酒葡萄的研究大多集中在灌溉方式[5]、灌溉制度[6,7]或施肥量[8]等单一因素对葡萄的影响方面。近年来，也有学者开展了水肥耦合对酿酒葡萄生长、光合作用和品质等的影响研究[9-12]，但这些研究所针对的灌溉方式主要是沟灌及滴灌，而关于贺兰山东麓不同滴灌方式下水肥组合对酿酒葡萄影响的研究未见报道。为此，本文研究了贺兰山东麓砾石土条件下不同滴灌方式及水肥组合对酿酒葡萄生长、光合作用和产量的影响，以确定最优组合方案，为贺兰山东麓地区酿酒葡萄的提质增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019年4-9月在宁夏回族自治区银川市贺兰县洪广镇金山村贺兰山东麓世界葡萄产业试验区进行，平均海拔高度1 145 m，4-9月生育期内降雨量为126.3 mm。试验田土壤为砾石土，>2 mm粒径含量占42.37%，田间持水率(体积)为20.83%，土壤容重1.39 g/cm3。土壤 pH值8.94，全盐量0.33 g/kg，有机质18.31 g/kg，碱解氮80.79 mg/kg，速效磷34.97 mg/kg，速效钾71.86 mg/kg。

1.2 试验设计与实施

试验采用正交试验方法，设置了滴灌方式(A)、灌溉定额(B)与施肥量(C)3个因素，每个因素3个水平，9个处理，3次重复，共设27个处理。正交试验方案如表1所示。

以6年生赤霞珠为试材，行距3.5 m，株距0.7 m，各小区面积24.5 m2。试验园区水源为从西干渠抽取黄河水进入蓄水池沉淀后的水。灌水器选择Φ16内镶贴片式滴灌带，滴头间距30 cm，滴头流量2.3 L/h。无膜滴灌的滴灌毛管沿葡萄种植行铺设，距离地面40 cm；膜上滴灌的滴灌毛管沿葡萄种植行铺设，距离地面40 cm，并用1.2 m宽透水透肥的无纺布除草膜对土壤进行覆盖；膜下滴灌的滴灌毛管沿葡萄根部进行铺设，并用1.2 m宽普通塑料薄膜对滴灌管及土壤进行覆盖。生育期内共灌水3次，每次灌水定额相同，分别于萌芽期(4月18日)、果实膨大期(5月27日)和着色成熟期(7月27日)进行灌水。试验园区采用搅拌罐搅拌水溶肥进行水肥一体化施肥，追肥随水施入。肥料选用尿素(含N量46%)、磷酸一铵(含P2O5量61%，含N量12%)和硫酸钾(含K2O量52%)。萌芽期施入60%N、20%P2O5、20%K2O；果实膨大期及着色成熟期各施入20%N、40%P2O5、40%K2O。试验过程中适时进行剪枝、除草、犁地等田间工作，以保证酿酒葡萄的正常生长。肥料配比及施用情况如表2所示。

表1 正交试验方案Tab.1 Orthogonal test plan

表2 肥料配比及施用情况 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

从新梢生长期开始至剪枝前(7月15日进行剪枝，以保证果实的正常生长)每隔10天使用钢卷尺测量标记的新梢长度，使用数显游标卡尺在距离新梢基部2 cm处测量已标记新梢的新梢茎粗，剪枝后不再观测新梢长度及茎粗。从落花后开始至着色成熟期，选取各小区有代表性的植株3棵，每棵选取3个果穗进行标记，每个果穗上选取上、中、下共3粒果实测量纵径并计算平均值，每隔10 d使用数显游标卡尺测定。果实膨大期灌水后第3 d对各处理叶片进行光合指标的测定，每个小区选取葡萄植株外围中上部健康成熟长势相同的叶片3片，采用 LI-6800便携式光系统测定仪测量叶片的净光合速率和蒸腾速率。在成熟采收期，采收每个处理3个小区的所有果实并记录产量。

数据统计及图表绘制使用Excel 2016完成，极差与方差分析采用DPS 7.05进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对酿酒葡萄生长指标的影响

2.1.1 不同处理对酿酒葡萄新梢长度的影响

由图1可知，剪枝前所有处理新梢长度都处于增长趋势，新梢生长趋势大致相同，5月4日前新梢生长期新梢生长速度较快(3.1cm/d)，6月23日后随着果实的膨大新梢长度的生长速度逐渐减缓(1.2 cm/d)。剪枝前，T3处理的新梢长度最大，比CK处理增长18.57%；T7处理的新梢长度最小，比CK处理增长1.48%。

图1 不同处理对酿酒葡萄新梢长度的影响Fig.1 Effects of different treatments on the length of new shoots of wine grape

对各处理新梢长度进行极差分析可知RA(14.44)>RB(11.89)>RC(4.67)，则三因素的主次顺序为：滴灌方式A>灌溉定额B>施肥量C。由图2可知，不同滴灌方式下新梢长度的平均值大小顺序为膜下滴灌(180 cm)>膜上滴灌(174 cm)>无膜滴灌(165 cm)；当灌溉定额从1 395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，新梢长度的增长速率为0.01 cm/( m3/hm2)；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，新梢长度的增长速率为0.04 cm/(kg·hm2)。滴灌方式及灌溉定额对酿酒葡萄新梢长度的影响均在1%水平下显著，施肥量对酿酒葡萄新梢长度影响不显著。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定最优组合为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2295 m3/hm2、施肥量为291.45kg/hm2时，新梢长度最大为187 cm。

图2 酿酒葡萄新梢长度与各因素水平的曲线效应Fig.2 The curve effect of the length of grape shoots and the level of each factor

2.1.2 不同处理对酿酒葡萄新梢茎粗的影响

由图3可知，所有处理的新梢茎粗呈现出先增长后趋于平稳的趋势，5月4日前新梢茎粗增长速度较快(0.18 mm/d)，6月13日后随着果实的膨大，茎粗的增长速度逐渐降低并趋于平稳趋势(0.01 mm/d)。T3处理的茎粗最大，比CK处理增长17.79%。T7处理的茎粗最小，比CK处理增长1.51%。

对各处理的新梢茎粗进行极差分析可知RB(1.20)>RA(0.94)>RC(0.40)，则三因素的主次顺序为：灌溉定额B>滴灌方式A>施肥量C。由图4可知，不同滴灌方式下茎粗的大小顺序为膜下滴灌(13.29 mm)>膜上滴灌(12.90 mm)>无膜滴灌(12.35 mm)；当灌溉定额从1 395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，茎粗由12.18 mm增加到13.38 mm；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，茎粗由12.60 mm增加到13.00 mm。滴灌方式及灌溉定额对新梢茎粗的影响均在1%水平下显著，施肥量对新梢茎粗的影响不显著。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定最优组合为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45 kg/hm2时，新梢茎粗最大为13.77 mm。

图3 不同处理对酿酒葡萄新梢茎粗的影响Fig.3 Effects of different treatments on the stem diameter of new shoots of grape

图4 酿酒葡萄新梢茎粗与各因素水平的曲线效应Fig.4 The curve effect of stem diameter of new shoot and the level of each factor in wine grape

2.1.3 不同处理对酿酒葡萄纵径的影响

由图5可以看出酿酒葡萄的纵径呈现双“S”型曲线上升趋势，6月24日前果实膨大速度较快(0.25 mm/d)后逐渐减缓，8月3日着色成熟期出现二次膨大(0.07 mm/d)后趋于平稳趋势。采收时，T3处理的葡萄纵径最大，比CK处理增长18.01%；T7处理的葡萄纵径最小，比CK处理增长1.44%。

对各处理的葡萄纵径进行极差分析可知RA(0.99)>RB(0.96)>RC(0.46)，则三因素的主次顺序为滴灌方式A>灌溉定额B>施肥量C。由图6可知，不同滴灌方式下葡萄纵径的大小顺序为膜下滴灌(13.08 mm)>膜上滴灌(12.63 mm)>无膜滴灌(12.09 mm)；当灌溉定额从1 395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，纵径由12.09 mm增加到13.05 mm；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，纵径由12.34 mm增加到12.80 mm。滴灌方式及灌溉定额对葡萄纵径的影响在1%水平下均显著，施肥量对葡萄纵径的影响未达到显著水平。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定最优组合为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45 kg/hm2时，葡萄的纵径最大为13.70 mm。

图5 不同处理对酿酒葡萄纵径的影响Fig.5 Effects of different treatments on the vertical diameter of wine grape

图6 酿酒葡萄纵径与各因素水平的曲线效应Fig.6 The curve effect of the vertical diameter of wine grape and the level of each factor

2.2 不同处理对酿酒葡萄光合作用的影响

2.2.1 不同处理对酿酒葡萄植株净光合速率日变化的影响

由图7可以看出，所有处理净光合速率的日变化趋势基本一致，呈现双峰型。比较各处理净光合速率日变化的平均值，T3处理最大，比CK处理增长64.36%。T7处理最小，比CK处理增长3.50%。

图7 不同处理对酿酒葡萄净光合速率日变化的影Fig.7 Effects of different treatments on diurnal changes of net photosynthetic rate of grape

对各处理净光合速率日变化的平均值进行极差分析可知RB(2.62)>RA(2.55)>RC(1.05)，则三因素的主次顺序为：灌溉定额B>滴灌方式A>施肥量C。由图8可知，不同滴灌方式下净光合速率日变化的平均值的大小顺序为膜下滴灌[11.59 μmol/(m2·s)]>膜上滴灌[10.60 μmol/(m2·s)]>无膜滴灌[9.04 μmol/(m2·s)]；当灌溉定额从1 395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，净光合速率日变化的平均值由8.92 μmol/(m2·s)增加到11.54 μmol/(m2·s)；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，净光合速率日变化的平均值由9.85 μmol/(m2·s)增加到10.89 μmol/(m2·s)。滴灌方式、灌溉定额及施肥量对酿酒葡萄净光合速率日变化的平均值均在1%水平下影响显著。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定最优组合为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45kg/hm2时，净光合速率日变化的平均值最大为12.84 μmol/(m2·s)。

图8 酿酒葡萄净光合速率与各因素水平的曲线效应Fig.8 The curve effect of net photosynthetic rate and the level of each factor in wine grape

2.2.2 不同处理对酿酒葡萄植株蒸腾速率日变化的影响

由图9可以看出，酿酒葡萄蒸腾速率日变化的趋势与净光合速率日变化的趋势大致相同，呈双峰型。比较各处理蒸腾速率日变化的平均值，T3处理最大，比CK处理增长83.96%。T7处理最小，比CK处理增长5.00%。

图9 不同处理对酿酒葡萄蒸腾速率日变化的影响Fig.9 Effects of different treatments on transpiration rate of grape

图10 酿酒葡萄蒸腾速率与各因素水平的曲线效应Fig.10 The curve effect of transpiration rate of wine grape and the level of each factor

对各处理蒸腾速率日变化的平均值进行极差分析可知RB(1.43)>RA(1.38)>RC(0.49)，则三因素的主次顺序为：灌溉定额B>滴灌方式A>施肥量C。由图10可知，不同滴灌方式下蒸腾速率日变化的平均值的大小顺序为膜下滴灌[5.36 mol/(m2·s)]>膜上滴灌[4.87 mol/(m2·s)]>无膜滴灌[3.97 mol/(m2·s)]；当灌溉定额从1395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，蒸腾速率日变化的平均值由3.93 mol/(m2·s)增加到5.37 mol/(m2·s)；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，蒸腾速率日变化的平均值由4.42 mol/(m2·s)增加到4.91 mol/(m2·s)。滴灌方式及灌溉定额对酿酒葡萄蒸腾速率日变化的平均值均在1%水平下影响显著，施肥量对酿酒葡萄蒸腾速率日变化的平均值影响不显著。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定最优组合为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45 kg/hm2时，蒸腾速率日变化的平均值最大为5.89 mol/(m2·s)。

2.3 不同处理对酿酒葡萄产量的影响

由图11可知，T3处理的产量最大，为10 507.59 kg/hm2，CK处理为7 108.7 kg/hm2，与CK处理相比提高了169.63%。T7处理最小，为4 043.84 kg/hm2，比CK处理增长3.77%。

图11 不同处理对酿酒葡萄产量的影响Fig.11 Effects of different treatments on grape yield

对各处理的产量进行极差分析可知RA(226.74)>RB(219.23)>RC(84.67)，则三因素的主次顺序为滴灌方式A>灌溉定额B>施肥量C。由图12可知，不同滴灌方式下酿酒葡萄产量的大小顺序为膜下滴灌(567.12 kg/hm2)>膜上滴灌(485.50 kg/hm2)>无膜滴灌(340.37 kg/hm2)；当灌溉定额从1 395 m3/hm2增加到2 295 m3/hm2时，葡萄产量的增长速率为0.024 kg/(m3·hm2)；当施肥量从175 kg/hm2增加到291 kg/hm2时，葡萄产量的增长速率为0.73 kg/(kg·hm2)。滴灌方式、灌溉定额及施肥量对葡萄产量的影响均在1%水平下显著。参考组合为A1B3C3，各因素最优组合为A1B3C3，考虑综合成本与效益，确定A1B3C3为最优组合，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45 kg/hm2时，葡萄的产量最高为10 507.59 kg/hm2。

图12 酿酒葡萄产量与各因素水平的曲线效应Fig.12 The curve effect of wine grape yield and each factor level

3 结 论

(1)滴灌方式、灌溉定额和施肥量三因素对新梢长度、纵径和产量的影响顺序为滴灌方式>灌溉定额>施肥量；对新梢茎粗、净光合速率和蒸腾速率典型日变化的平均值的影响顺序为灌溉定额>滴灌方式>施肥量。研究结果表明：在本试验条件下，滴灌方式及灌溉定额对各因素的影响大于施肥量的影响。

(2)滴灌方式、灌溉定额和施肥量三因素对各指标影响的显著性为：对新梢长度、新梢茎粗、纵径、蒸腾速率，滴灌方式与灌溉定额影响均显著，施肥量影响不显著；对净光合速率和产量，滴灌方式、灌溉定额和施肥量的影响均达到显著水平。

(3)综合滴灌方式、灌溉定额和施肥量三因素对酿酒葡萄光合作用和产量的影响以及参考组合A1B3C3，确定最优组合方案为A1B3C3，即膜下滴灌，灌溉定额为2 295 m3/hm2、施肥量为291.45 kg/hm2时葡萄的产量最高，为10 507.59 kg/hm2，比CK处理增产169.63%。其机理是膜下滴灌和高水、高肥组合处理比其他处理土壤水分较高、土壤养分含量较高、土壤水分蒸发较小、地温较高、光合作用较强，能够有效促进葡萄有机物的合成，提高产量。