设施条件不同灌量对森田尼无核葡萄成熟期光合生理特征及品质形成的影响

薛文瑞，宋达成，吴春荣

(1. 武威市石羊河林业总场，甘肃武威733000；2. 甘肃省治沙研究所，甘肃兰州730070；3. 甘肃河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃武威733000)

武威地处河西走廊东端，这里生产的葡葡成熟充分、糖酸适中、无病虫害，特色突出，是我国最佳的优质酿酒葡萄和葡萄生态产区之一[1]。其种植区位于101°43′～104°43′ E，36°46′～38°09′ N，分别分布在民勤县、武威市和古浪县北部的沙漠沿线区，正好处于北纬30°～40°的世界种植葡萄的“黄金”地带[2]。但是目前民勤地区葡萄的产业化栽培仍处于较低水平，栽培技术较为落后，管理粗放，生产上片面追求高产而忽视果品品质、水分管理不科学浪费严重等问题日益严重。对区域设施葡萄灌溉制度进行研究，不仅能够提高区域水资源利用效率，而且对提高设施葡萄的品质及产量有着积极的促进作用。

葡萄设施栽培因其能够对生长环境进行人工调控，所以能够缩短或延长葡萄的生育期，促使葡萄提早或者延迟上市，还具有延长生育期和鲜果供应期、丰产稳产、经济效益高等众多优点，具有重要的经济意义。由于民勤地区干旱少雨，对设施葡萄进行科学、合理的水分管理与调控，是设施果树生产管理的关键环节。水分的亏缺与过量都会对葡萄的生产造成较大的影响，不仅表现在物质积累的生长发育阶段，还能够对葡萄的光合、呼吸等作用产生影响。不合理的设施用水方式，不仅会造成水资源的浪费，还会引起设施内部湿度过大、病害滋生等一系列问题，从而影响到果实的产量和品质。科学的水分管理不仅有利于葡萄简约化省力化栽培，还对缓解中国西部干旱地区水资源紧缺，实现区域葡萄产业的可持续发展具有重要意义。本文采用减量灌溉与常规灌溉2种灌水方式对民勤设施葡萄进行对比试验，探讨不同灌溉方式对森田尼葡萄生长及果实品质的影响，旨在为民勤地区森田尼葡萄的节水栽培技术提供理论依据。

1 试验地概况

试验于2018年3～11月在甘肃省武威市石羊河林业总场扎子沟分场进行。地理坐标为38°38′ N，103°05′ E，海拔1378 m，属温带大陆性气候，日照强烈，昼夜温差大，干旱少雨，辐射强烈，蒸发量大，气候干燥，风大沙多。年均气温8.5 ℃，极端高温38.4 ℃、极端低温-30.4 ℃，地表年均温度10.87 ℃，相对湿度51.83%，年蒸发量1858.1 mm，年降水量174.4 mm，日照时数2420 h。

试验基地设施大棚为坐北朝南、东西走向的日光温室，棚内土壤为碱性粉沙壤土，土壤pH 7.0～8.5，含盐量0.146%，有机质0.198%，全氮0.008%，全磷0.116%。土层深厚且疏松，有利于葡萄根系的生长，矿物质含量丰富，热交换快，对葡萄果实的着色和成熟起着较好的促进作用。

2 材料与方法

2.1 试验设计

供试材料为从河北购进的2年生的森田尼(Centennial seedless)无核青提葡萄，采用单篱V型架进行栽培。拱棚为东—西走向，起垄栽培，株行距1 m×2 m。东、西两端为夯实土墙体，棚长50 m，棚宽10 m，侧边高1.2 m，顶高3.5 m，采用单层棚膜。灌溉方式为沟灌，在每棵供试葡萄植株两侧灌水沟内分别布设一根Diviner 2000土壤水分测管，灌溉时间与当地常规灌溉时间保持一致。灌溉时用软管直接进行灌水，水管末端安装水表以精确控制灌水量。在每种灌水方式处理区域内，随机选择长势一致的葡萄树进行相关指标的测定与分析。试验期间除灌水外，其他田间管理均与平常一致。灌水量设定：试验设置W1(减量沟灌)和W2(常规沟灌)2种不同的灌溉定额处理，在果实膨大期及果实转色期进行灌溉。试验采用随机区组设计，重复3次。

2.2 测定项目与方法

2.2.1 设施葡萄成熟期土壤含水率的测定。采用土壤水分测定仪(HM-SW)测定成熟期设施葡萄地下40 cm深度土壤含水率，期间每3～5 d测定一次，灌水前后和降雨后加测。

2.2.2 设施葡萄成熟期叶片水势的测定。选择晴朗无云天气对2种处理的葡萄叶水势日变化进行测定。在试验小区内，每个处理的每行中选取长势一致的葡萄植株3株，采用Model-3005植物压力水势仪对每株葡萄随机选择的3片向阳叶片进行离体测定，于06:00开始测定，每2 h测定1次，直至20:00结束。

2.2.3 设施葡萄成熟期光合指标的测定。选择晴朗无云天气对2种处理的葡萄相关光合指标进行测定。在试验小区内，每个处理均选择与测定葡萄叶水势相对应的3株苗木进行定点测定，每株葡萄苗木选取倒数第3个结果枝并标记，以标记结果枝自基部起第5片叶片作为测定对象。采用美国LI-COR公司的Li-6400便携式光合作用测量系统对葡萄成熟期净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率等指标进行测定，于07:00开始测定，每2 h测定1次，直至19:00结束，每次测定在30 min内完成。

2.2.4 设施葡萄成熟期叶片水分利用效率的测定。叶片水分利用效率(WUE)用美国LI-COR公司的Li-6400便携式光合作用测量系统所测的光合速率与蒸腾速率的比值进行反映。具体公式表示为： WUE=Pn/Tr(Pn为叶片的净光合速率，Tr为蒸腾速率)。Pn、Tr单位分别为μmol/m2·s和mmol/m2·s。

2.2.5 设施葡萄成熟期葡萄主要品质指标的测定。葡萄成熟后，各处理分别选取5株代表性植株，每株按上、中、下三个部位随机选择3串果穗，并分别随机选取果穗上、中、下部分共10颗果粒用于以下指标的测定：果实单粒重采用精度为0.01 g的天平进行测定；果实纵横径选用游标卡尺进行测定；果实可溶性固形物含量采用固形物测定仪(QL-610)进行测定；果实可滴定酸含量采用滴定法进行测定；果实可溶性糖含量采用蒽酮比色法进行测定。

2.3 数据处理

采用Excel 2003软件对所测数据进行统计及图表绘制，用SPSS 26.0软件对数据进行相关性分析。

3 结果分析

3.1 不同灌量下葡萄成熟期土壤体积含水率

由表1可见，2种不同水分处理下，设施环境内土壤含水率存在一定的差异性。W1处理土壤含水率最高时占田间持水量的76.64%，土壤含水率最低时占田间持水量的65.00%，平均保持在田间持水量的71%左右；而W2处理土壤含水率最高时占田间持水量的80.00%，土壤含水率最低时占田间持水量的70.87%，平均保持在田间持水量的75%左右。在栽植基质相同的前提下，W2处理土壤含水率在上限与均值均大于W1处理。

表1 森田尼无核葡萄生育期灌水制度表

3.2 不同灌量下成熟期葡萄叶水势日变化

由图1可见，2个水分灌溉处理下的葡萄叶片水势值变化情况较为一致，均表现为清晨和傍晚数值较大，中午数值较小的特征，叶水势日变化趋势总体表现为“U”字型曲线。

图1 2种水分处理下葡萄叶水势日变化(9月10日)

2个水分灌溉处理下的葡萄叶片水势在早上6:00时保持在-0.38～-0.46 MPa，在08:00时后由于日出的原因，区域气温不断升高，太阳辐射不断增强，叶水势呈现迅速下降的趋势，于10:00时后叶水势下降趋势有所减缓，直到14:00时左右达到最低值，此时W1与W2处理分别降至-1.98 MPa与-1.91 MPa。14:00时后叶片水势开始缓慢回升，并于18:00时后由于太阳降落的原因而迅速升高，直至20:00时左右回升到最高值，2种处理分别达到了-0.64 MPa、-0.47 MPa。

从森田尼无核葡萄叶水势的日变化规律可看出，黎明前的叶水势最高，代表着植物水分的恢复状况。叶水势日变化中最低值一般出现在14:00，此时的叶水势值代表着葡萄一天中所经受的最强水分胁迫程度。总体W2处理叶水势高于W1处理，说明灌水量大的树体本身含水量较高，但是，2种处理之间的差异性不大，体现W1处理方式下水分生产效率更高。

3.3 不同灌量下成熟期葡萄光合特征日变化

不同水分处理葡萄成熟期叶片光合特征日变化趋势较为一致，但是2种处理间的日变化参数有所不同(见图2-图5)。

图2 2种水分处理下葡萄蒸腾速率日变化

图4 2种水分处理下葡萄叶胞间CO2浓度日变化

图5 2种水分处理下葡萄净光合速率日变化

总体来看，W1、W2处理蒸腾速率呈单峰曲线，具体为先上升再下降的趋势，7:00的蒸腾速率比较低，7:00之后蒸腾速率开始迅速上升，并于11:00达到最大值。W1、W2处理分别达到了7.83 mmol/m2·s与9.96 mmol/m2·s，之后开始不断下降，并于17:00之后蒸腾速率降幅明显，最终于19:00时降至一天中的最低点，仅为0.11 mmol/m2·s与0.23 mmol/m2·s。W2处理蒸腾速率总体高于W1处理，且日变化波动较大，说明充足的灌水条件较低灌量更有利于葡萄叶片的蒸腾作用。W1、W2处理气孔导度与蒸腾速率一样，也表现为单峰曲线，7:00森田尼葡萄叶片的气孔导度较低，总体处于0.084～0.137 mol/m2·s之间，随后开始大幅上升，至9:00左右达到最大值0.414 mol/m2·s，随后W1处理开始缓慢下降，直至19:00结束。而W2处理下降幅度更大，几乎达到直线下降，并且在15:00低于W1处理，降至最低值，仅为0.107 mol/m2·s，之后趋于平缓。证明森田尼葡萄在温度高、湿度低的干燥环境下，以限制气孔开放的方式来降低蒸腾速率。在葡萄叶胞间CO2浓度方面，2种处理之间的差异性并不明显，胞间CO2浓度总体表现为先突降后微升，并在午休微降后于15:00再平缓微升，最后再次平缓降低，但是上升及下降幅度并不大，是在突然压缩后出现一定程度的震荡变化。这一变化规律与大气中CO2浓度变化保持一致，于夜晚富集，但在清晨日出光照强烈时会急剧降低，之后进入平稳的变化阶段。森田尼葡萄在晴天条件下的净光合速率日变化如图5所示，可以看出，森田尼葡萄叶片的净光合速率日变化呈双峰曲线，主峰与蒸腾速率保持一致，均出现在11:00左右，峰值保持在29.61 μmol/m2·s～35.50 mol/m2·s之间，之后缓慢下降直至15:00左右出现次峰，W1、W2处理分别为22.37 μmol/m2·s与23.66 μmol/m2·s，在13:00左右出现明显的“午休”现象，之后净光合速率逐渐降低，于17:00后迅速下降，最终在19:00与07:00保持在同等水平。

叶片缺水会影响到气孔运动，导致进入叶片的CO2浓度降低，光合速率也会受到影响。森田尼葡萄胞间CO2浓度大部分时间是处于较低状态，而且，除上午气孔导度较大外，下午胞间CO2浓度和气孔导度均处于较低水平。但在13:00～15:00阶段光合速率处于较高水平，只有在15:00～17:00阶段净光合速率与胞间CO2浓度两者同时减小。此时净光合速率下降的主要原因是由于气孔导度的变化而引起的，此外可能还由于叶片叶肉细胞羧化能力的降低所致。引起光合“午休”现象的原因主要是由于大气干旱和土壤干旱使植物失水大于吸水，从而引起气孔导度降低甚至出现叶片萎蔫现象，导致叶片对CO2吸收降低。并且由于午间的高温、强光作用，导致植物会产生光抑制反应，光呼吸作用增强等，这些因素都会导致光合速率的下降，是一个综合性过程。总体来说，影响葡萄叶片光合日变化的主要因子有有效辐射、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度等，想要严格区分哪个因子对光合作用的影响更大是非常困难的，仍需要进行进一步的研究。

3.4 不同灌量下成熟期葡萄水分利用率日变化

由图6可知，2种水分处理下，葡萄叶片水分利用率特征基本相同，均表现为07:00～17:00呈波动性变化，17:00之后大幅上升的趋势。上午缓慢增长，11:00太阳辐射增强，气温升高，葡萄叶片光合速率及蒸腾速率大幅提升，综合导致水分利用率降低，此时W1、W2处理葡萄水分利用率分别为4.08 μmol/mol与2.48 μmol/mol。13:00左右由于发生光合午休作用而变化不明显，于17:00后开始大幅增长。由此显现出森田尼葡萄水分利用率日变化主要以前期低效率，后期高水分利用效率为主的特性。各处理水分利用率较为接近，总体上W1处理略高于W2处理。

图6 2种水分处理下葡萄水分利用率日变化

葡萄果实品质的优劣与土壤水分有着重要的关系。由表2可知，随着灌水量的减少，W1处理的葡萄在可溶性固形物、可溶性糖含量上均高于W2处理，但在果粒大小、单粒重、可滴定酸和硬度等方面略低于W2处理。由此可以说明一定程度的水分亏缺可以提高葡萄的品质，但不同灌水量处理下葡萄果实性状及品质差异性并不显著。在可溶性固形物方面，W1、W2处理葡萄分别达到了16.7%与16.4%；在可溶性糖方面，W1处理葡萄达到了16.2%，比W2处理葡萄高出了1.2%左右；可滴定酸随灌水量的减小而减小，W1处理在可滴定酸方面较W2处理葡萄更低，低了约0.04%，仅为0.55%左右。说明水分亏缺可以从一定程度上增加葡萄甜度、减少葡萄酸度。果粒大小及单粒重方面，W1处理葡萄平均大小约为6.89 cm3，平均单粒重量为11.6 g，而W2处理葡萄平均约为7.14 cm3，平均单粒重量为12.1 g，W2处理下葡萄体积与质量更大，说明在一定范围内，葡萄果实会随着灌水量的增多而增大增重。2种灌水处理下葡萄果实在硬度方面差异性不显著，总体保持在2.67～2.79 kg/cm2之间。

表2 不同灌水处理下设施葡萄果实性状及品质

4 结论与讨论

水分不仅是光合作用的原料，而且担负着植株体内物质的运输，长时间的过度水分亏缺对植株的负面影响是毋庸置疑的。而在植株对水分不敏感的生育阶段进行适度地水分亏缺后再补充水分，能产生补偿作用，甚至超额补偿，这就是调亏灌溉在提高水分利用效率的同时不会使产量显著降低的原因[3]。

植物叶水势随着土壤含水量的降低和升高而变化。当土壤含水量下降到严重影响植物水分供给时，植物叶水势就会急剧变化并出现拐点，即水势临界点。该点是葡萄维持正常生理活动保持叶水势的临界点，也是葡萄充分灌溉的临界线。当土壤含水率较低时，叶水势快速下降，根部吸水阻力增大，葡萄体内水分亏缺，叶片部分气孔口开始合拢或间歇性关闭，为维持葡萄正常的生理活动，应当及时补足水分。实践过程中，植物体是允许水分亏缺的，轻度的水分亏缺对光合影响不大，但可明显地降低蒸腾，减少水分浪费，从而提高水分利用效率。当植物体水分的丧失使细胞膨压降低，直至膨压消失，植物才会休眠或死亡。本研究中，2种不同水分处理下的葡萄叶水势的日变化特征较为一致，均表现为早晚高、午间低的“U”字型曲线。2种处理下葡萄叶水势一天中的最高值均出现在06:00左右，且W2处理更高。土壤含水量越低，对应葡萄叶片水势就越小。由此可以推断在一定的灌量条件下，叶水势与灌水量呈正比，这一结论与赵阳[4]等对弗雷无核葡萄与土壤含水量的研究结果相一致。中午前后是叶水势曲线拐点，最低值出现在14:00，此后随着太阳高度角的降低，叶水势又开始逐渐升高，直到20:00。各水分处理条件下葡萄净光合速率日变化均存在2个极大值，分别出现在12:00与15:00，呈现明显的“双峰型”，并且存在明显的午休现象。这与多数植物在晴朗天气下的气孔运动规律相一致：即早晨开放，中午略关闭，日落前基本关闭[5-6]。CO2作为光合作用的底物之一，其浓度必然会对光合作用产生重大影响[7]，本试验中，07：00～09：00阶段，设施内CO2浓度含量较高，是光合作用的促进因子，并起到决定性作用。随着光合作用的发生，CO2浓度大幅下降，到11:00左右，CO2浓度将至最低值，而此时光合速率正好是最高值，之后CO2成为了光合速率的限制性因子，导致午休现象的发生。最后伴随太阳辐射的降低，光合速率也不断下降至低谷。气孔导度的变化趋势与蒸腾速率的变化趋势较为相似，均呈“单峰型”曲线变化，且在09:00～11:00期间数值较高，之后逐渐降低。当植物受到土壤水分胁迫时，为了降低叶片水分的散失，采取了降低或暂时关闭气孔的反应机制，导致气孔呼吸微弱，蒸腾速率下降。这是植物的一种正常生理反应，能够有效减少植物在蒸腾过程中水分的流失，这一结论与前人[8]的观点保持一致。通过对比，本试验发现葡萄植株净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化之间呈正相关关系，胞间二氧化碳浓度呈先降后升的变化趋势，这与张正红[9]、房玉林[10]等人的研究结果相一致。设施配套灌溉水利用率随着灌溉量的增加而减小，但在一定程度灌水量范围内，其减小趋势并不随着灌溉量的持续增加而急剧下降。在葡萄生长后期节水有利于土壤保水保肥，提高葡萄果实含糖量，对葡萄果实品质起到较好的改善作用。葡萄果实品质与灌水量之间关系密切，适度的水分亏缺有利于提高葡萄的品质。

本试验中，经W1处理的葡萄在可溶性固形物、可溶性糖含量等方面表现更好，而经W2处理的葡萄在果粒大小、单粒重和硬度等方面表现更好。说明伴随灌水量的降低能够提高葡萄果实可溶性固形物和可溶性糖的含量，从而减轻葡萄的酸度，提高葡萄的整体品质。本试验W1处理下葡萄栽植成本更低，且葡萄果实在可溶性固形物、可溶性糖含量等方面表现较优，可以作为民勤地区设施葡萄节水栽培条件下森田尼无核葡萄生产中较优的节水灌溉方案。