不同滴灌量对红寺堡区酿酒葡萄生长和品质的影响

王东, 曹源倍, 吉遥芳, 傅渝亮*

(1.河南水利与环境职业学院, 郑州 450008; 2.华北水利水电大学水资源学院, 郑州 450045; 3.华北水利水电大学水利学院, 郑州 450045)

红寺堡区位于宁夏中部干旱区贺兰山东麓，处于世界葡萄种植黄金地带北纬38°附近，日照时数长、昼夜温差大、病虫危害较低。酿酒葡萄中含糖量和抗癌单宁成分较高、酸甜比例适宜、葡萄果皮色素及总发挥酯的形成和积累良好，为种植优质酿酒葡萄提供了得天独厚的优势和条件[1-2]。此外，酿酒葡萄单位面积经济收益较高，是其他经济作物的3～4倍，当地也形成了以酿酒葡萄种植及葡萄酒产业开发拉动区域内经济快速发展的产业集群模式[3-4]。不过，红寺堡区干旱缺水，降雨量远小于蒸发量，且土壤质地主要为沙壤土，保水保墒能力较差，水资源匮乏成为制约该区域酿酒葡萄种植、生产及葡萄酒加工的瓶颈[5-6]。

滴灌技术凭借操作简单[7-8]、水肥利用效率高[9-11]以及显著提高作物产量和改善作物品质[12-14]等特点，在我国干旱半干旱地区得到了大面积推广，也取得了一定成果。红寺堡区葡萄种植园区虽然也引进并推广使用了滴灌等先进的节水灌溉技术，但受传统思想限制和管理人员节水意识薄弱影响，很多园区仍采用大量滴水方式进行葡萄灌溉，既造成了水资源不同程度的浪费，又容易引起葡萄根系活动层糜烂，对酿酒葡萄品质产生不利影响，甚至导致酿酒葡萄减产或绝收。国内在葡萄栽培管理、灌溉方式及灌溉时间对葡萄生长影响等方面进行了较多研究[15-17]，但在红寺堡区这种典型干旱半干旱地区不同滴灌灌水量对酿酒葡萄生长和品质的影响研究较少。因此，本文通过田间试验，以6年生‘赤霞珠(Cabernet Sauvignon)’葡萄为研究对象，研究不同滴灌量对酿酒葡萄生长和品质的影响，以期为宁夏红寺堡区酿酒葡萄在滴灌条件下水分合理调控提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏吴忠市红寺堡区贺兰山东麓葡萄种植基地进行，本区为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 ℃积温可达3 200 ℃以上，全年日照时数2 900～3 550 h。试验区土壤为淡灰钙土，土质主要为沙壤，0—100 cm土层范围内，土壤平均干容重为1.43 g·cm-3，土壤初始含水率为11.65%，土壤田间持水量为17.96%，土壤饱和含水率31.57%，有效态N、P、K含量分别为15.122、3.776、72.902 mg·kg-1，有机质含量为2.91 g·kg-1。降雨量数据由红寺堡区气象局气象站观测获取。

1.2 试验设计

供试葡萄为当地主栽酿酒葡萄6年生‘赤霞珠’，葡萄架形为“厂”字型，株行距为0.6 m×2.8 m。4株葡萄为一小区，3次重复。试验区葡萄树除灌水量不同，其他措施如抹芽、绑缚、摘心、除草、施肥、修剪、病虫害防治等田间工序均相同。试验灌溉方式为滴灌，在距葡萄根部30 cm处设置一个滴灌带，采用一行一管控制模式，滴灌带直径为16 mm，葡萄种植行开沟宽度80～100 cm，滴头流量为3.2 L·h-1，滴头间距为40 cm。设定5个不同灌水量梯度，分别为T1(每次滴灌150 m3·hm-2，灌水时间7.8 h)、T2 (每次滴灌225 m3·hm-2，灌水时间11.7 h)、T3(每次滴灌300 m3·hm-2，灌水时间15.6 h)、T4(每次滴灌375 m3·hm-2，灌水时间19.5 h)、T5(每次滴灌450 m3·hm-2，灌水时间23.4 h)。自4月下旬至8月下旬共灌水10次，其中萌芽期灌水2次(第1次为春灌)，开花期灌水1次，初果期灌水2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。田间为人工施肥，施肥量为720 kg·hm-2，选用易溶性的尿素225 kg·hm-2(含N 46.4%)，水溶性硫酸钾120 kg·hm-2(含K2O 50.0%)以及磷酸钙375 kg·hm-2(含P2O546%)。施肥分别在5个时期进行：萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期和果实转色期。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%；果实转色期施入N、P2O5和K2O分别占总施肥量的0%、20%和40%。

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土壤含水量，各试验葡萄树每周测定一次，萌芽前、降雨前后、灌水前后加测。取土位置为葡萄树根部东、南、西、北4个方向10 cm处，取其均值作为结果，取土深度为100 cm作为计划湿润层，分5层，每层20 cm，以加权平均值计算土壤含水率，每组试验3个重复，最后用加权平均法计算土壤含水量，并利用式(1)计算酿酒葡萄耗水量。

ET=10×∑riHi(θi2-θi1)+I+G+P-D

(1)

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层的土壤干容重，g·cm-3；Hi为相应第i层土壤厚度，cm；θi1、θi2为第i层土壤的含水量在时段初、末的值。由于试验地点地下水位比较深，因此不考虑地下水补给的情况，即G=0；试验为干旱半干旱区，故D=0。

1.3.2葡萄生长指标及性状测定 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、粒径、果穗长以及株高。叶绿素相对含量(SPAD)采用SPAD-502叶绿素计(北京合众博普科技发展有限公司)测定，植被差异指数(NDVI)采用CM1000-NDVI测量仪(北京英驰科技有限公司)测定，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(net photosynthetic rate，Pn)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr)、气孔导度(stomatal conductance，Gs)及胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration，Ci)。叶面积指数采用LAI—2000植物冠层分析仪(北京力高泰科技有限公司)测定，在葡萄树的萌芽展叶期和开花坐果期每隔7 d测定，进入果实膨大期后每隔15 d测定。获取不同灌水处理下葡萄树各时段叶面积指数。水分利用效率(water use effective，WUE)是指农田蒸散消耗单位重量水所制造的干物质量，水分利用效率包括灌溉水利用率、降雨利用率和作物水分利用效率3个方面，本文主要研究产量水平上的水分利用效率，即单位水量所产生单位面积的产量，其计算公式如下。

γ=Yi-Yck/M

(2)

式中，γ为灌溉水生产效率，kg·m-3；Yi、Yck分别为有灌溉情况和不灌溉时的葡萄产量，kg·hm-2；M为灌溉定额，m3·hm-2。

1.3.3酿酒葡萄产量与品质指标测定 在果实收获后，每个小区随机选取3株葡萄和10串果穗，在每串果穗上按上、中、下随机选取10粒果实，用精度为0.1 g的电子称称量各小区所有葡萄单株产量和总产量，并分别统计单株果穗数、果穗重和单穗果粒数。随机将其中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。其中，可溶性固态物用手持糖量计(BG-111ATC，天津宝钢光学仪器有限公司)测定，可滴定酸含量用NaOH滴定法[18]测定，可溶性糖用苯酚法[19]测定，单宁含量用福林-丹尼斯法[20]测定，果皮总酚含量用福林-肖卡法[21]测定，总花色苷用pH示差法[22]进行测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007分析软件处理试验数据，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。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌量对酿酒葡萄植株生长的影响

新梢长和株高是酿酒葡萄生长情况的重要指标，由表1可知，酿酒葡萄新梢和株高均随滴灌量的增大而增大。统计结果显示，除新梢长无明显差异，其他指标均有显著性差异，说明不同滴灌量对酿酒葡萄新梢长差异性影响较小，对其他指标影响较大。其中，T4处理对新梢长及株高生长促进作用最为显著，但滴灌量超过3 750 m3·hm-2时，由于灌水量超过田间持水量，降低了土壤空隙中氧气含量，酿酒葡萄根系的呼吸作用降低，显著抑制葡萄生长。另外，不同滴灌量对酿酒葡萄不同生育期内叶绿素含量也具有一定影响。整体来看，开花期与膨大期SPAD、NDVI值与滴灌量呈正相关关系，但相关性并不显著。开花期SPAD随滴灌量的增大而增大，T5处理达到最大，较T1提高了4.4%；膨大期SPAD随滴灌量的增大表现为先增大后减小，T4处理达到最大，相较于最低T1处理提高了5.1%。NDVI值变化差异显著，开花期NDVI随滴灌量的增大表现为先减小后增大，T4处理达到最大，较最低T3处理提高了14.1%；膨大期NDVI随滴灌量的增大而增大，T4处理达到最大，较T1处理提高了11.2%。

表1 不同滴灌量对酿酒葡萄植株生长的影响Table 1 Effects of different drip irrigation on the growth of wine grape plants

2.2 不同滴灌量对酿酒葡萄地上生物量指标的影响

叶片是光合作用进行的主要场所，对酿酒葡萄的产量和品质有重要影响。由表2可知，不同滴灌量对酿酒葡萄百叶鲜重、干重及叶面积影响显著。百叶鲜重、干重以及叶面积均随滴灌量的增大呈先增大后减小趋势，于T4处理时达到最大，分别较最低T1处理提高了23.2%、35.3%以及20.8%。且T4处理鲜干比最低为2.69，较最高T2处理低10%，叶片干物质积累量最大，水分转化率最高。

表2 不同滴灌量对酿酒葡萄地上生物量的影响Table 2 Effects of different drip irrigation on aboveground biomass of wine grape

2.3 不同滴灌量对酿酒葡萄光合作用的影响

不同滴灌量对酿酒葡萄光合作用有直接影响，过多和过少的水量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3可知，水分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，净光合速率随滴灌量的增大表现为先增大后降低的趋势，T4处理最高为17.06 μmol·m-2·s-1，较最低处理T1提高6.1%，T2处理蒸腾速率最大为6.65 mmol·m-2·s-1。不同滴灌量对气孔导度的调节具有显著影响，T1及T3处理间无显著性差异，但与其他处理存在显著性差异，其中T4处理气孔导度最高为243.12 mmol·m-2·s-1，较最低T1提高79.22%。T4处理对胞间CO2浓度有显著的抑制作用，T5处理胞间CO2浓度最大为134.27 mg·kg-1，较T4提高49.92%。水分利用效率随滴灌量的增大表现为先增大后降低，T4处理水分利用效率提高最为显著为42.69%，较最低处理T1提高了7.6%。

表3 不同滴灌量对酿酒葡萄光合作用的影响Table 3 Effects of different drip irrigation on photosynthesis of wine grape

2.4 不同滴灌量对酿酒葡萄形态指标和产量的影响

不同滴灌量对酿酒葡萄性状指标有一定影响，均具有一定的灌水适宜范围。表4显示，滴灌量的不同对酿酒葡萄单株果穗数及单穗果粒数影响差异不显著，对果穗重、单粒重及单株产量影响差异性显著。酿酒葡萄单株果穗数、果穗重、单粒重以及单株产量均随滴灌量的增大呈先增大后减小趋势，差异性显著，T2处理单株果穗数最大为12.66。单穗果粒数间差异不显著，T5处理单穗果粒数最大为145.74，T4处理果穗重和单粒重均为最大，分别为191.17和1.34 g，分别较最低处理T1高18.8%、12.6%。滴灌量为3 750 m3·hm-2时，单株产量最高，比滴灌量1 500 m3·hm-2高34.9%，差异显著；当滴灌量超过3 750 m3·hm-2时，单株产量开始降低，T5处理较T4处理降低3.7%。

表4 不同滴灌量对酿酒葡萄性状指标和产量的影响Table 4 Effects of different drip irrigation on characters and yield of wine grapes

2.5 不同滴灌量对酿酒葡萄品质的影响

表5为不同滴灌量处理条件下酿酒葡萄营养品质的差异情况，可以看出，滴灌量的不同对酿酒葡萄的品质指标均存在显著影响。其中，可溶性固形物随滴灌量的增大呈减小趋势，T1处理最高,为20.32%，较最低处理T4高2.26%。可滴定酸平均含量为0.74%，T4处理最高，T3处理最低。可溶性糖含量随滴灌量的增大呈先增大后降低趋势，T4处理最高为19.44%，较最低处理T1高4.6%，适宜的滴灌量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。单宁含量随滴灌量增加呈先减小后增加趋势，T4和T5处理单宁含量较高，分别较最低T3处理高出16.58%和18.76%。花色苷含量随滴灌量增加呈先增加后降低趋势，T3处理最高为0.68 mg·g-1，较最低处理T1高41.7%。酚类物可显著提高果实芳香味，酿酒葡萄果皮总酚含量与滴灌量呈显著的正相关关系，其中T4处理总酚含量最大为10.65 mg·g-1，较最低处理T1高31.97%。

表5 不同滴灌量对酿酒葡萄品质的影响Table 5 Effects of different drip irrigation on quality of wine grapes

3 讨论

合理的滴灌量有利于酿酒葡萄植株生长发育、促进光合作用提高水分转化率，同时对葡萄果实的产量和品质具有显著的提高作用，过低或过高的灌水量均不能显著提高葡萄产量和品质。本研究通过对比不同滴灌量处理对贺兰山东麓酿酒葡萄植株生长、光合速率、水分利用效率、产量以及品质等方面差异性发现，T4处理对新梢长及株高生长促进作用最为显著，养分吸收状况最好，且能显著提高酿酒葡萄花期和膨大期SPAD和NDVI值。Junquera等[23]发现，过高的灌溉量并不能显著提高酿酒葡萄产量，本研究中T4处理鲜叶片干物质积累量最大，水分利用效率提高最为显著，达到42.69%，单株产量最高，达到2.24 kg，显著高于其他处理。当滴灌量超过3 750 m3·hm-2时，则会引起一定量的减产。

酿酒葡萄品质受滴灌量影响较为显著，其中可溶性固形物随滴灌量的增大呈减小趋势，T1处理最高为20.32%；可滴定酸平均含量为0.74%；可溶性糖含量随滴灌量的增大呈先增大后降低趋势，T4处理最高为19.44%；单宁含量随滴灌量增加呈先减小后增加趋势，T4和T5处理单宁含量较高；花色苷含量随滴灌量增加呈先增加后降低趋势，T3处理最高，T1处理最低。酿酒葡萄果皮总酚含量与滴灌量呈显著的正相关关系，其中T4处理总酚含量最大为10.65 mg·g-1。综上所述，T4处理即滴灌量为3 750 m3·hm-2时，葡萄植株生长、光合效率提高、葡萄产量和水分利用效率最高。另外，该处理条件能显著提高葡萄含糖量，降低果实含酸量，有利于提高糖酸比，葡萄品质最佳，是本研究中最佳的滴灌灌溉模式。本研究只对不同滴灌量条件下水肥耦合单因素模式对酿酒葡萄产量及品质的影响进行了探讨，而对不同滴灌水肥条件下酿酒葡萄生长、产量及品质的影响，将是下一步研究的重点。