不同灌溉水量下摩尔多瓦生长和果实品质研究

陈 拓，张清涛*，陈艺漩，王振平

(1.中山大学土木工程学院，广东 珠海 519082；2.中山大学华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室，广东 广州 510275；3.宁夏大学农学院葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021)

干旱半干旱地区面临严重的水资源危机，而农业生产用水占比居高不下，农田灌溉有效利用系数低，地区农业发展受限。近几年来，中国节水灌溉技术发展迅速，滴灌、渗灌等节水灌溉技术应用地区逐渐扩大，水资源效率不断提高[1]。

宁夏贺兰山东麓地处西北内陆，属于干旱半干旱区地区，水资源短缺，但具有“引黄灌溉”先天条件，一定程度上维持了地区农业发展[2-3]。该地区自20世纪80年代逐步发展葡萄种植业，并不断引进国外优质葡萄品种，同时大范围地推广[4]。历经30多年的发展，宁夏贺兰山东麓已经拥有成熟的葡萄种植体系，是中国著名的葡萄产区。贺兰山东麓大部分采用传统灌溉方式和节水灌溉技术相结合的方式，滴灌、渗灌等方式在当地应用广泛[5-6]。在水资源贫乏的情况下，采用节水灌溉技术能够有效提高农田灌溉效率，同时也需要配套科学合理的灌溉定额[7-8]。“超细纤维”渗灌是基于毛细作用原理，通过超细纤维材料制成的渗灌装置给植物根区供水，能达到节水节能的目的。“超细纤维”材料吸水性能优越，无纺布包裹超细纤维材料可以防止泥沙进入毛细芯，另外环状设计可以覆盖葡萄主根部，使葡萄主根周围获得较为均匀的水分。孙伊博等[9]的灌溉试验指出，毛细芯渗灌对葡萄生长与果实品质具有一定的促进作用，同时能够提升水分利用效率。朱洁等[10]的研究指出，提高灌溉定额可以提高葡萄产量。但过多的灌溉会导致产量的下降。本试验针对宁夏贺兰山东麓的葡萄栽培和水资源条件，基于“超细纤维”渗灌，寻求适宜的灌溉方式和灌溉定额。在应用渗灌节水的前提下确定贺兰山东麓葡萄栽种的生产管理模式，为当地水资源高效利用提供技术指导，对推动贺兰山东麓葡萄种植产业发展具有一定的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在宁夏回族自治区永宁县玉泉营农场葡萄园进行，海拔高程约1 110～1 120 m。属温带大陆性气候、中温带干旱气候区，年平均气温8.7°C。该地区年日照时数2 800～3 300 h，光能资源丰富。年平均降水量201.4 mm，年内分配不均，7、8、9月3个月的降水总量约占全年总降水量的62%。该地区蒸发强烈，年平均蒸发量1 470 mm。土壤质地为沙壤土，土壤成分主要是淡灰钙土，pH小于8.5，田间持水量为14%。年内平均温差31.5℃，平均日温差13.6℃。该地区昼夜温差大，夏季干旱少雨，光照充足，是中国公认的天然优质葡萄产区。

1.2 试验材料与设计

1.2.1试验材料

试验葡萄品种为9年生鲜食葡萄摩尔多瓦(VitisviniferaL.cv.Moldova)，东西行向，行间距为2.5 m，株间距为75 cm。渗灌毛细芯材料选用超细纤维制成，内环直径约15 cm，宽3 cm，厚2 mm，外部使用无纺布包裹缝合。

1.2.2试验设计

在葡萄园选取长势一致的葡萄植株，每3株放置一个水容量为100 L的塑料桶，水桶垫高50 cm，连接PVC管，并通过阀门控制出水，PVC管上方设置3个细槽口分别供3个毛细芯穿入，连接紧密，无漏水现象，每个毛细芯分别对应一棵葡萄植株，放置在葡萄主根部(图1)。设置3个试验处理进行对比，分别为环状(A30*3)、环2/3(A30*2)和环1/3(A30*1)，水量梯度分别设置90、60、30 L。每个处理设置3个重复，每个重复由一个水桶灌溉3棵葡萄树，每个处理共9棵葡萄植株。试验灌水周期(水桶水耗完后再次向水桶补充水的周期)为1个月左右，受天气和灌溉情况影响有所调整，本次试验灌水期间从5月12日至收获前1星期。

图1 超细纤维渗灌处理现场

1.3 测定项目与方法

副梢生长量：选取各处理葡萄植株中部副梢，标记并测量长度、计算生长量。

果形指数：果粒纵径与横径的比值。

果粒重：每个重复随机选取15颗果实并称重。

可溶性固形物：使用数字折射仪(Atago PR-101,Brix 0～45%,±0.1%,5～40℃)测定。

可滴定酸：采用酸碱滴定法，采样后用NaOH滴定法测定，以酒石酸计。

维生素C含量：采用2,6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量。

可溶性蛋白含量：采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量。

数据制图、统计分析与方法：绘图软件为Origin 2018，各个处理之间的对比使用SPSS 26.0统计分析软件，以LSD法进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉水量下摩尔多瓦生长状况

2.1.1不同灌溉水量下摩尔多瓦副梢生长状况

新梢在生长阶段对水分变化极其敏感，充足的水分供应对新梢生长十分重要。图2为摩尔多瓦葡萄副梢长度。由图2可以发现，在新梢生长阶段，所有处理在剪枝前的副梢长度均呈现增长趋势，趋势基本相同，5月20日之前的副梢生长速度较快，5月20日后副梢生长速度逐渐放缓。三角处理和A30*2处理副梢生长速度相差不大，均大于A30*1处理。在毛细芯灌溉处理下，3个处理在测量阶段的生长量平均值由大到小为：A30*3(104.7 cm)>A30*2(104.1 cm)>A30*1(90.8 cm)，A30*3处理和A30*2处理较A30*1处理分别高出15.3%、14.6%。有研究表明，葡萄在生长初期耗水量大，进入成熟期后逐渐减少，新梢生长期间的耗水强度高，此时期充足水分供应是葡萄正常生长发育的前提[11]。由图2可以看出，A30*3处理和A30*2处理的副梢长势好于A30*1处理。毛细芯渗灌将水分缓慢输送至植株根部，能够较长时间地维持土壤湿润，为葡萄生长提供稳定有效的水分，灌溉效果更好。A30*3处理和A30*2处理灌溉水量大于A30*1处理，试验葡萄副梢生长规律与何建斌等[12]的研究相一致。

图2 不同灌溉水量下的梢长

2.1.2不同灌溉水量下摩尔多瓦果实粒径生长状况及果形指数

水分变化对葡萄生长过程有着十分重要的影响。充足的水分和丰富的养分不可或缺，科学的灌溉定额有利于葡萄生长[13-14]。由图3a可以看出，在膨大期至成熟期阶段，果实横径增长速度较快，进入成熟期后变小，处理间差异显著。8月7日至8月18日期间，A30*3处理的果实横径增长速度最大，为0.148 mm/d，其次为A30*2处理，增长速度为0.107 mm/d，A30*1处理最低，仅为0.104 mm/d，A30*3处理果实横径增长速度分别较A30*2处理和A30*1处理高38.3%和57.4%。果实快速膨大后，横径生长速率有所下降。8月7日至8月18日，A30*3处理果实二次膨大，横径生长速度高于A30*2处理和A30*1处理，而A30*2处理和A30*1处理由于灌溉水量不断消耗，生长速度小幅降低。8月18日至9月26日，果实快速膨大阶段基本结束，各处理横径增长速度较之前大幅下降，收获前期基本停止发育。A30*3处理和A30*2处理无明显差异，横径增长速度均大于A30*1处理。

a)横径增长情况

图3b为各处理纵径增长情况。各处理在3个时段的纵径增长速度呈现出逐渐放缓的趋势，膨大期和成熟前期间变化幅度较小，在成熟中后期较之前明显放缓，横径增长速度下降幅度较大。7月18日至7月28日，各处理的纵径增长速度为：A30*3(0.135 m/d)>A30*2(0.123 m/d)>A30*1(0.116 m/d)，A30*3处理分别比A30*2处理和A30*1处理快9.8%和16.3%。7月28日至8月7日，A30*1处理纵径增长速度较前一阶段下降，主要原因是A30*1处理灌溉水量基本消耗，植株水分需求无法得到满足，果实膨大速度受到抑制。8月7日至8月18日，整体上增长速度呈现下降趋势，A30*2处理纵径增长速度与前一观测期相比变化不大，A30*3处理略微下降。8月18日至9月26日，果实进入成熟中后期，所有处理纵径增长明显放缓，A30*3处理和A30*2处理果实纵径增长速度好于A30*1处理，A30*1处理果实膨大基本停止。

由图3可以发现，A30*3处理在整个生育期水分供应较为充足，A30*2处理也能维持葡萄的基本需水，而A30*1处理在膨大期受到轻度水分胁迫，生长速度明显下降，说明果实膨大期葡萄对水分的需求增大，水分胁迫或水分亏缺不利于果实膨大。杨凡等[15]的研究发现，适当增加灌溉定额，葡萄的横径和纵径均呈现逐渐增大的趋势。A30*3处理和A30*2处理的果实膨大速度均高于A30*1处理，说明在葡萄生长前期需要大量耗水情况下，充足的水分供应能够使葡萄根系加强吸收水分和养分，促进葡植株的新陈代谢，有利于葡萄生长发育。A30*3处理的果实膨大效果优于A30*2处理和A30*1处理。

2.2 不同灌溉水量下摩尔多瓦的果实品质

2.2.1不同灌溉水量下摩尔多瓦的果形指数与果粒重

表1反映了7月18日至9月12日期间不同水量梯度下的果形指数。各处理果形指数均在1.1～1.2，无显著差异。8月18日和9月12日A30*1处理的果形指数最小，最接近1，相比其余处理更接近A30*1。7月18日A30*2处理葡萄果形指数最大达到1.21。

表1 不同灌溉水量下的葡萄平均果形指数

图4表示各处理的粒重。所有处理粒重均呈上升趋势，A30*3处理和A30*2处理上升趋势变化不大，而A30*1处理明显减小，最后趋势平缓。7月28日各处理粒重为：A30*2(59.1 g)> A30*1(47.1 g)>A30*3(45.1 g)，A30*2处理较A30*3处理和A30*1处理分别大25.5%和30.0%。8月18日，各处理粒重大幅上升，A30*2处理和A30*3处理的上升幅度大于A30*1处理。成熟期间，各处理果粒重量增加幅度减小，A30*1处理增加量明显低于A30*3处理和A30*2处理。9月26日各处理粒重达到最大，其中A30*2处理粒重明显大于其他各处理，分别高11.1%、26.5%。A30*1处理增长幅度小于其他处理，是由于成熟期果实二次膨大期间，A30*1处理处于水分胁迫下，葡萄缺少足够水分。在果实生长发育的膨大期和成熟前期，土壤有效含水量的剧烈变化不利于果实发育[22]。A30*3处理和A30*2处理基本满足了果实生长发育的需水量，在进入成熟期后果粒重量高于A30*1处理，对果粒正常发育具有重要作用。

图4 不同灌溉水量下的果实粒重

2.2.2不同灌溉水量下摩尔多瓦的可溶性固形物和可滴定酸含量

表2为3种处理可溶性固形物、可滴定酸含量及糖酸比。A30*3处理和A30*2处理间可溶性固形物含量无显著差异，分别17.13%和17.03%，A30*1处理可溶性固形物含量最低，为16.63%，与A30*3处理和A30*2处理之间存在显著性差异。A30*2处理的可滴定酸含量最低，为0.51%，低于A30*3处理和A30*1处理，A30*3处理最高，3个处理间存在显著性差异。

表2 不同灌溉水量下的葡萄糖酸比

由表2可以看出，各处理的糖酸比由大到小为：A30*2>A30*1>A30*3。A30*2处理的糖酸比达到33.4%，成熟程度最高，葡萄口感最佳。3种处理可滴定酸含量差异明显，表明在果实成熟过程中，A30*2处理可能有利于酸向糖转化。葡萄中富含各有有机酸以及糖分对葡萄果实品质十分重要，同时也是人体所需的营养物质，有助于调节人体酸碱平衡，抗癌效果良好，在营养学上占据着重要地位[16]。Des Gachons等[17]研究发现水分胁迫如果发生在果实生长发育时期，葡萄所结果实会小于正常果实，且总酸量也会降低。试验结果发现，A30*1处理的可滴定酸含量较低，果实大小比其他处理小，这与Des Gachons等的研究相符。果实可溶性固形物在进入膨大期后合成速率加快，此时葡萄对水分变化十分敏感[18-19]。杨昌钰等[20]的研究指出说明一定的水分胁迫有利于果实糖分的累积，但严重水分胁迫会抑制酸向糖转化。A30*1处理的可溶性固形物含量较A30*3处理和A30*2处理略低，主要是因为A30*1处理灌溉水量低于A30*3处理和A30*2处理，水量消耗更快，在灌溉一段时间后葡萄受到的水分胁迫逐渐加重，酸向糖转化受到抑制。

2.2.3不同灌溉水量下摩尔多瓦的维生素C含量

各处理的维生素C含量见图5。从图中可以看出，A30*2处理和A30*1处理的维生素C含量先上升后下降，最后升高，变化趋势基本一致，而A30*3处理变化趋势与A30*2处理和A30*1处理大体上相反，平均含量较低。8月7日3种处理的维生素C含量分别为：A30*3处理(1.151 mg/100g)>A30*1处理(0.931 mg/100g)>A30*2处理(0.557 mg/100g),A30*3处理分别比A30*2处理和A30*1处理高23.7%和109.1%。8月17日，A30*2处理和A30*1处理维生素C含量逐渐升高，而A30*3处理含量出现下降趋势。进入成熟期后，8月27日A30*2处理和A30*1处理的维生素C含量开始下降，分别为0.611、1.062 mg/g，而A30*3处理则逐渐上升，为0.910 mg/g，高于A30*2处理，低于A30*1处理。成熟中期至收获前期，所有处理的维生素C含量均大幅上升，A30*2处理最高，比A30*3处理高出约10%，其中A30*2处理上升幅度最大。维生素C能够增强植物的抗逆性，同时对人体也具有增强免疫力的作用[21-23]。高德凯[24]的研究表明，在较低的水分条件下，葡萄维生素C含量维持在较高水平。灌溉试验发现，A30*2处理和A30*1处理的维生素C含量和A30*3处理成负相关，A30*3处理水分供应相较于A30*2处理和A30*1处理更为充足，植株受到的水分胁迫程度较低，维生素C平均含量较低，而A30*2处理和A30*1处理水量消耗快，更利于维生素C的合成，A30*1处理含量也高于A30*2处理。9月12日后各处理水分基本消耗，植株所受水分胁迫逐渐加重，维生素C含量逐渐升高，这与王英超等[25]的研究一致。

图5 不同灌溉水量下的维生素C含量

2.2.4不同灌溉水量下摩尔多瓦的可溶性蛋白含量

图6为各处理可溶性蛋白含量。由图6可以发现，各处理可溶性蛋白含量变化呈现W型。总体来说，可溶性蛋白含呈现上升趋势，其中A30*3处理和A30*1处理变化幅度较为接近，A30*2处理变化幅度大于其他处理。8月7日，A30*3处理的可溶性蛋白含量最高，比A30*2处理和A30*1处理高8.6%和12.4%。8月7日至8月17日期间，各处理可溶性蛋白含量出现下降趋势，下降幅度：A30*2处理>A30*3处理>A30*1处理。8月17日至8月27日期间，各处理可溶性蛋白含量开始上升，A30*2处理和A30*1处理上升幅度较大，A30*2处理含量最高，为0.674 mg/g。随着果实成熟和水分消耗，A30*3处理和A30*2处理可溶性蛋白含量下降后逐渐上升，而A30*1处理变化幅度不大。9月26日A30*3处理可溶性蛋白含量最高，为0.731 mg/g，而A30*2处理和A30*1处理呈现下降趋势，约为0.615 mg/g。可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，也是重要的抗逆性指标之一[26]。研究表明，植物体内可溶性蛋白含量与植物的水分状况有关，较高水量灌溉下葡萄可溶性蛋白含量较高，且可溶性蛋白随着土壤含水量的降低而降低[23,27-28]。试验中A30*3处理可溶性蛋白含量总体上升幅度大于A30*2处理和A30*1，且平均含量均高于其他处理。而A30*2处理和A30*1处理含量变化幅度大，主要是因为灌溉水量低，无法长时间维持土壤湿度，抑制可溶性蛋白合成。邬燕[29]的研究指出，葡萄受到过度水分胁迫会抑制可溶性蛋白合成，充足的水分供应有利于果实营养物质合成。试验结果表明A30*3处理可溶性蛋白含量更高，变化幅度小，说明A30*3处理更有利于促进可溶性蛋白的合成。

图6 不同灌溉水量下的可溶性蛋白含量

2.3 综合评价和最优水量

试验结果表明，A30*3处理和A30*2处理的副梢生长趋势接近，A30*3处理果实横纵径增长速度略大于A30*2处理，A30*1处理生长状况相比其他处理较差。

各处理果实指数无明显差异，总体上A30*1处理更接近A30*1。收获前A30*2处理的果粒重高于其他处理，其中A30*3处理略低于A30*2处理，A30*1处理最低。A30*3处理的可溶性固形物含量高于A30*2处理，但可滴定酸含量高于A30*2处理，糖酸比较低。各处理维生素含量在收获前期均大幅上升，可在成熟后期施加水分胁迫促进维生素C合成。成熟期间，3种处理的可溶性蛋白含量的变化趋势大体一致，A30*3处理水分供应较为充足，可溶性蛋白含量均位于较高水平，A30*2处理和A30*1处理含量较为接近，低于A30*3处理。

综上所述，灌溉水量高的处理葡萄生长和果实品质较好，说明适当增加灌溉定额能够促进葡萄生长和提升果实品质。灌溉水量为90 L处理葡萄生长和果实品质总体上高于其他2种处理，为本试验最优水量处理。但A30*3处理和A30*2处理效果差距不大。

3 结论

试验结果表明，90、60 L水量处理的副梢生长量、果实品质比灌溉30 L的处理好。在毛细芯渗灌的基础上适当提高水量梯度有利于摩尔多瓦葡萄生长和提高果实品质，90 L水量处理收获前期控制水分效果更佳。因试验水量梯度设计局限，在本试验3个水量梯度中90 L水量处理综合效果最好，60 L水量处理次之，可优化水量设置，增加水量处理，做进一步探究。