滴灌方式及灌溉定额对酿酒葡萄生长、产量及品质的影响

2021-03-17杨凡田军仓朱和闫新房

灌溉排水学报 2021年2期

杨凡，田军仓,2,3*，朱和，闫新房,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研究中心，银川 750021）

0 引言

宁夏贺兰山东麓被国内外认为是最适宜种植酿酒葡萄的“黄金地带”[1]，该地区将建设百万亩葡萄文化长廊[2]。截至2018年，葡萄种植面积已达到3.8万hm2[3]。该地区葡萄种植已大面积推广滴灌技术。【研究进展】王锐等[4]研究结果表明，单管滴灌方式便于大规模的葡萄机械化管理，最佳水分管理方式为增加单次灌溉时间让单次灌水量达到450m3/hm2。杜军等[5]认为相对于沟灌条件下，宁夏贺兰山东麓地区的沙土土质种植区滴灌更有助于葡萄品质与产量的提高；葡萄生育期滴灌灌溉量在4500m3/hm2时，产量和品质相对较好。朱洁等[6]认为随着灌溉定额增加可提高葡萄产量，当灌溉定额为3825m3/hm2时，产量最大，但超过一定限度后，随灌溉定额增加产量出现下降趋势；减小灌溉定额可在一定范围内提高可溶性固形物量。

滴灌结合覆盖措施能够促进酿酒葡萄的生长发育，提高产量[7]。王利军等[8]发现，覆草、覆膜均能显著提高果实的可溶性固形物量、总糖量等各项品质指标，且与沟灌相比，实现节水37.5%。干旱荒漠区赤霞珠葡萄根系的垂直分布范围在0～70 cm，水平分布范围在0～120 cm，膜下滴灌能够减少葡萄根系在垂直方向上的分布，提高葡萄的光合能力、水分利用效率和产量[9-10]。

杜太生等[11]研究了常规滴灌（CDI）、固定部分根区滴灌（FDI）和根系分区交替滴灌（ADI）灌溉模式对葡萄品质的影响，葡萄果酸量表现为CDI 处理＞ADI 处理＞FDI 处理，可溶性固形物量表现为FDI 处理＞ADI 处理＞CDI 处理。【切入点】现有研究多集中在不同滴灌方式与传统沟灌相比较或不同灌溉定额对酿酒葡萄的影响等单方面的研究，关于二者相结合即不同滴灌方式和不同灌溉定额对酿酒葡萄影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】本试验针对贺兰山东麓砾石土的种植条件，寻求适宜的滴灌方式及灌溉制度。【研究意义】确定贺兰山东麓轮灌区酿酒葡萄的生产管理模式，为当地酿酒葡萄的高效节水灌溉推广和葡萄酒产业提供技术指导，对推动建设贺兰山东麓百万亩葡萄文化长廊具有一定的现实意义。

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，位于北纬38°42′，东经106°03′。4—9月生育期内降水量为126.3mm。试验区平均海拔高度1145m，试验田土壤为砾石土，＞2mm 粒径量占42.37%，干体积质量为1.39g/cm3，田间持水率（体积）为20.83%。酿酒葡萄冬季埋土御寒，春季出土后取土化验，土壤初始肥力如表1 所示。

表1 供试土壤初始肥力Table 1 Initial fertility of tested soil

1.2 试验设计

试验采用二因素三水平随机区组设计，滴灌方式因素设置3 个水平：无膜滴灌（A1）、膜上滴灌（A2）和膜下滴灌（A3）；生育期灌溉定额因素设置3 个水平：高水（W1）、中水（W2）和低水（W3）。试验共计9 个处理（A1W1、A1W2、A1W3、A2W1、A2W2、A2W3、A3W1、A3W2、A3W3），其中A1W2 为试验区对照，每个处理3 次重复，共计27 个小区，各小区面积为24.5m2（7 m×3.5 m）。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。采用轮灌制度，每次灌水的时间需根据放水时间进行设置，所以灌水周期较长，且单次灌水定额较大。试验以农户的灌水定额-中水水平为对照，高水水平及低水水平分别在中水水平的基础上增加和减少25%。试验方案见表2。

表2 试验方案Table 2 Exprement treatments

1.3 试验实施

以6a 生酿酒葡萄赤霞珠为试材，物候期分为萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期和着色成熟期，各物候期见表3[12]，株距0.7 m，行距3.5 m。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。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。

表3 酿酒葡萄物候期Table 3 The phenology of wine grape

无膜滴灌毛管沿葡萄种植行根部以上40cm 铺设；膜上滴灌毛管沿葡萄种植行根部以上40cm 铺设，并用1.2m 宽透水透肥的无纺布除草膜对土壤进行覆盖；膜下滴灌毛管沿葡萄根部进行铺设，并用1.2m 宽普通塑料薄膜对滴灌管及土壤进行覆盖。试验园区采用搅拌罐搅拌水溶肥进行水肥一体化施肥，追肥分别在萌芽期、果实膨大期和着色成熟期进行，其中共施尿素（含N 量46%）156.9kg/hm2，磷酸一铵（含P2O5量61%，含N 量12%）39.3 kg/hm2，硫酸钾（含K2O量52%）36.9 kg/hm2。根据降雨情况和土壤水分情况，具体灌水和追肥分别见表4 和表5。

表4 灌水实施情况Table 4 Irrigation implementation

表5 施纯肥料用量Table 5 Application amount of pure fertilizer

1.4 测定项目及方法

选取每个小区长势相同的3 个枝条进行标记，并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10d 使用钢卷尺测量新梢长度，用数显游标卡尺测新梢茎粗，剪枝后，不再观测新梢长度和茎粗。从落花后开始至着色成熟期结束，选取各小区有代表性的植株3 棵，每棵选取长势相似的3 个果穗进行挂牌标记，每个果穗上选取上、中、下共3 粒果实测量纵、横径并取平均值，每隔10d 使用数显游标卡尺测定。在成熟采收期，采收每个处理3 个小区的所有果实并记录单棵产量。各小区随机选取100 粒葡萄测量百粒质量并求平均值。葡萄收获后立即测定果实的品质，每个处理随机采集有代表性的果穗10 个，并将其所有果粒摘下混合均匀后测定可溶性固形物、还原糖和总酸。可溶性固形物用折射仪法测定。还原糖用3,5-二硝基水杨酸比色法。总酸用酸碱滴定法测定。

数据采用Excel2016 和DPS7.05 软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理对酿酒葡萄新梢生长的影响

图1 为酿酒葡萄新梢长度，由图1 可以看出，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（3.4cm/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（1.2cm/d）。在滴灌方式一定条件下，各灌溉定额对应的新梢长度的平均值从大到小排列为膜下滴灌A3（178cm）＞膜上滴灌A2（174cm）＞无膜滴灌A1（171cm），A3 和A2 处理分别比A1处理新梢长度的平均值大4.49%和1.76%。在灌溉定额一定条件下，各滴灌方式对应的新梢长度的平均值从大到小排列为高水W1（178cm）＞中水W2（175cm）＞低水W3（170cm），其中W1 处理和W2 处理分别比W3 处理新梢长度的平均值大4.91%和3.14%。剪枝前A3W1 处理的新梢长度达到最大为182cm，比A1W2（CK）处理的新梢长度大5.42%。

图2 为酿酒葡萄新梢茎粗，由图2 可以看出，所有处理的新梢茎粗呈先增长后趋于平稳的趋势，5月4日前新梢生长期茎粗增长速度较快（0.19mm/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（0.02mm/d）。在滴灌方式一定条件下，各灌溉定额对应的茎粗平均值从大到小排列为膜下滴灌A3（13.36mm）＞膜上滴灌A2（12.78mm）＞无膜滴灌A1（12.51mm），A3 和A2 处理分别比A1 处理茎粗的平均值大6.77%和2.13%。在灌溉定额一定条件下，各滴灌方式对应的茎粗的平均值从大到小排列均为高水W1（13.44mm）＞中水W2（13.03mm）＞低水W3（12.19mm），其中W1 处理和W2 处理分别比W3 处理茎粗的平均值大10.23%和6.86%。A3W1 处理的茎粗达到最大为13.92mm，比A1W2（CK）处理的新梢茎粗大10.92%。

图1 酿酒葡萄新梢长度Fig.1 Length of new shoots of wine grape

图2 酿酒葡萄新梢茎粗Fig.2 Stem thick of new shoots of wine grape

2.2 不同处理对酿酒葡萄粒径的影响

图3、图4 分别为酿酒葡萄纵径、酿酒葡萄横径。由图3、图4 可以看出，酿酒葡萄的纵径与横径均呈现双“S”形曲线上升趋势，6月24日前果实膨大速度较快（0.25mm/d）后逐渐减缓，8月3日着色成熟期出现二次膨大（0.07mm/d）后趋于平稳趋势。当灌溉定额一定时，酿酒葡萄的纵径和横径在不同滴灌方式下的变化是一致的，均为膜下滴灌A3＞膜上滴灌A2＞无膜滴灌A1。当滴灌方式一定时，采收时A3和A2 处理分别比A1 处理各灌溉定额纵径的平均值大6.35%和2.03%，其横径分别比A1 处理各灌溉定额横径的平均值大5.77%和1.61%。在每种滴灌方式下，随着灌溉定额的增加，酿酒葡萄的纵径和横径均呈逐渐增大的趋势。采收时W1 处理和W2 处理纵径的平均值分别比W3 处理高6.79%和4.38%，横径的平均值分别比W3 处理高7.00%和4.11%。采收时A3W1 处理的纵径和横径都达到最大水平，分别为13.50mm 和13.38mm，分别比A1W2（CK）处理的纵径和横径大9.22%和8.96%。

图3 酿酒葡萄纵径Fig.3 Longitudinal diameter of wine grape

图4 酿酒葡萄横径Fig.4 Transvers diameter of wine grape

2.3 不同处理对酿酒葡萄产量和水分利用效率的影响

不同处理对酿酒葡萄百粒质量、产量、实际需水量和水分利用效率的影响如表6 所示。当灌溉定额一定时，各滴灌方式对应的百粒质量的变化规律一致，在各灌溉水平下百粒质量从大到小的排列顺序均为膜下滴灌A3＞膜上滴灌A2＞无膜滴灌A1。A3 处理和A2处理分别比A1处理百粒质量的平均值大5.98%和2.32%。每种滴灌方式下，随着灌溉定额的增加百粒质量增加，W1 处理和W2 处理的百粒质量的平均值分别比W3 处理大8.42%和5.05%。A3W1 处理的百粒质量最大为116.5g，比A1W2（CK）处理的百粒质量大10.11%。各处理间百粒质量差异不显著。

当灌溉定额一定时，各滴灌方式对应的产量从大到小排列均为膜下滴灌A3＞膜上滴灌A2＞无膜滴灌A1。A3 和A2 处理的各灌溉定额水平下产量的平均值分别比A1 处理大48.26%和20.26%。每种滴灌方式下，随着灌水量的增加，酿酒葡萄产量增加。W1和W2 处理的产量的平均值分别比W3 处理大60.18%和29.03%。A3W1 处理酿酒葡萄产量最大为10454.20 kg/hm2，比A1W2（CK）处理的产量高89.30%。

表6 不同处理酿酒葡萄产量及水分利用效率Table 6 Yieldand water use efficiency of wine grape for different treatments

当灌溉定额一定时，各滴灌方式对应的水分利用效率从大到小排列均为膜下滴灌A3＞膜上滴灌A2＞无膜滴灌A1。每种滴灌方式下，实际需水量和水分利用效率随着灌溉定额的增加而增加，其中A2W1 处理的实际需水量最大为3 342.49 m3/hm2，A2W3 处理的实际需水量最小为2 338.64 m3/hm2，分别比对照A1W2处理的实际需水量增加15.53%和降低20.57%。A3W1处理的水分利用效率最大为3.09 kg/hm2，A1W3 处理的水分利用效率最小为1.69 kg/hm2，分别比A1W2 处理（CK）的水分利用效率增加68.85%和降低7.65%。

表7 不同处理酿酒葡萄品质Table 7 Qualityof wine grape for different treatments

2.4 不同处理对酿酒葡萄品质的影响

表7 为不同处理酿酒葡萄品质，由表7 可以看出，A1、A2、A3 滴灌方式下3 种灌溉定额水平的可溶性固形物平均值分别为22.9%、23.9%和22.3%，在20%～25%[13]的合理范围内。膜下滴灌方式A3 下3 种灌溉定额水平的糖酸比平均值为40.40，而膜上滴灌方式A2 下糖酸比平均值为49.17，无膜滴灌方式A1糖酸比平均值为51.78。酿酒葡萄适宜的糖酸比的范围为35～45[14]，其中A2 处理和A1 处理均比上限45高出9.27%和15.07%。所以膜下滴灌方式A3 处理下可溶性固形物和糖酸比平均值较为合理。

3 讨论

本研究表明，在平均降雨量小于200mm 的干旱条件下，适当提高灌溉定额能有效促进酿酒葡萄的生长发育。随着灌溉定额的增加，葡萄根系吸收养分的能力增强，使葡萄吸收更多的养分和水分从而促进植株的新陈代谢。酿酒葡萄的新梢长度及茎粗随着灌溉定额的增加而增加。新梢长度、新梢茎粗规律与何建斌等[15]试验规律一致。果实的纵径和横径均呈双“S”形曲线上升趋势，这与王利军等[8]和蔺宝军等[15]研究结果一致。

覆膜处理能够有效防止土壤中水分的蒸发，在干旱缺水地区，覆膜处理能够使土壤中的水分维持在适宜酿酒葡萄生长的范围内，在一定程度上有效地缓解了因灌水不及时带来的植株缺水问题。膜下滴灌比膜上滴灌和无膜滴灌产量和水分利用效率高的机理是土壤水分较高、蒸发较小、地温较高、光合作用较强。

不同的水肥条件能够影响酿酒葡萄的品质，主要体现在对可溶性固形物和可滴定酸等品质指标的影响[16]。糖酸比过高或过低都会影响后期葡萄酒的酿造，在试验条件下，膜下滴灌各灌溉定额水平的糖酸比在合理范围内。

在贺兰山东麓地区，膜下滴灌条件下，适量提高灌溉定额能够促进酿酒葡萄的生长发育，增加新梢长度及茎粗，提高产量和品质。在生育期降雨量为126.3mm 的条件下，酿酒葡萄最佳灌溉制度为膜下滴灌方式、灌溉定额2295 m3/hm2。此时产量最高，水分利用效率较高，糖酸比合理，酿酒葡萄生长、产量及品质指标均较好。其机理是膜下滴灌比膜上滴灌和无膜滴灌土壤水分较高、蒸发较小、地温较高、光合作用较强。