微气候因子对极端干旱区葡萄果实品质的响应关系

刘洪波，白云岗，吴 彬，张江辉，郑 明，丁 平

(1. 新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

【研究意义】葡萄是世界上加工比例最高、产业生产链最长、产品种类最多的果树，新疆作为全国葡萄种植面积和产量第一的区域，2018年种植面积和产量为14.29×104hm2、293.45×104t，分别占全国的19.7%和21.5%[1]，吐哈盆地因其独特的地理位置和气候条件成为中国著名葡萄生产基地，2018年种植面积和产量为4.7×104hm2、154.9×104t，分别占全疆葡萄种植面积和产量的32.9%和52.8%[2]。在葡萄果实生长关键物候期6—8月间，吐哈地区因时常发生35～40 ℃的高温天气，甚至45 ℃以上的极端高温天气，对葡萄产量与品质形成造成了极大的影响[3]。气象因素影响葡萄植株生长、果实品质形成及最终产量[4-7]，适宜的气候条件不仅可促进植株生长，也可提高果实品质与产量[8-10]，因此，探索吐哈地区葡萄果实品质与微气候因子间的关系，对优化高效节水灌溉技术和提高葡萄品质与产量具有重要的现实意义。【前人研究进展】关于微气候因子对葡萄果实生长与品质的影响已有研究，如利用不同的栽培模式[11]、叶幕结构[12]、自然生草[13]、行内覆盖[14]、温室[15]等方式改善葡萄园内微气候，通过调控温度、湿度、光照等微气候因子达到促进葡萄植株和果实生长的目的，并提高了果实品质。【本研究切入点】在极端干旱的吐哈地区，由于气候干旱、少雨、蒸发量大等特殊的气候条件和灌溉普遍采用地面沟灌的粗放管理方式，因此，对该地区葡萄的相关研究主要集中在高效节水技术和农艺与园艺措施，而对于葡萄果实生品质与微气候因子的相互关系研究较少，本试验采用微喷弥雾调控技术，通过在葡萄果实生长关键物候期果实膨大期进行弥雾调控，利用弥雾对葡萄园微气候主要因子温、湿度的影响，研究弥雾调控下微气候主要因子的变化规律，在前人针对微气候因子变化规律的基础上，进一步分析微气候因子温、湿度与品质指标的关系，探明微气候因子对葡萄果实品质指标的影响。【拟解决的关键问题】弄清在葡萄关键生长期微气候因子对品质形成的作用机理，为高效节水技术优化提供数据支撑，对进一步提高葡萄品质与产量，保障我国重要葡萄生产基地的可持续发展具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验地点位于新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所中心试验基地，地理坐标为：北纬42.91°，东经90.30°；海拔419 m。年降雨量25.3 mm，年蒸发量2751 mm，≥10 ℃以上积温为4522.6～5548.9 ℃,全年日照时数2900～3100 h,平均日较差为14.3～15.9 ℃,最大可达17～26.6 ℃,无霜期长为192～224 d。土壤质地主要为砾石沙壤土。葡萄品种为无核白，1981年定植，树龄39年，大沟定植，东西走向，沟长54 m，沟宽1.0～1.2 m，沟深0.5 m左右；株距约1.2～1.5 m，行距3.5 m；栽培方式为小棚架栽培，棚架前端高1.5 m，后端高0.8 m。

1.2 试验设计

试验于2019年进行，共设3个弥雾调控技术处理，各弥雾调控技术处理均是在常规滴灌的基础上通过与微喷叠加，组成微喷弥雾调控灌水技术处理。3个处理分别为架上喷水1 h(WP1)、架下喷水1 h(WP2)和地上喷水1 h(WP3)，对照处理(CK)采用常规滴灌，不喷水，共计4个处理，每个处理重复2次，每个试验小区面积约0.03 hm2。微喷弥雾灌溉装置采用喷射直径200 cm、流量40 L/h，喷头间距2 m，架下和地上的喷头高度为离地面50 cm，架上喷头的高度离棚架中心位置50 cm。微喷在葡萄果实膨期(6月4日至7月28日)15:00—17:00开启，各处理灌溉定额均为9150 m3/hm2。

1.3 试验内容与方法

温度、湿度监测：采用EasyLog-usb-2型温湿度传感器进行自动采集，传感器放置在百叶箱内，避免受喷水影响，百叶箱用木支架固定在棚架下，按离地面高度50、55、60、65、70 cm处放置，各处理放置3组，具体在各处理的前部、中部和后部的3个位置上。传感器设置为每30 min记数1次。

葡萄品质指标测定：每个处理选取3根大小均一、长势良好的葡萄蔓，分别在每个葡萄蔓顶部、中部、下部选取3根枝条，在每根枝条上按上、中、下3个部位选取3串葡萄，在选取的葡萄串上按上、中、下选取3颗葡萄。鲜果硬度采用GY-4型水果硬度计测定；果柄拉力采用数显式推拉力计测定；可溶性固形物质量分数采用手持式折光仪测定；总酸质量分数采用NaOH滴定法测定，以酒石酸计；维生素采用钼蓝比色法测定；固酸比为可溶性固形物质量分数与总酸质量分数的比值；采用福林-肖卡法测定总酚，结果用没食子酸表示；单宁采用福林-丹尼斯法测定。

1.4 数据分析

采用WPS 2019进行数据处理与分析，利用Origin 2018软件进行图表绘制，应用SPSS 22.0软件进行相关与回归分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄果实生长品质指标变化

各处理中葡萄品质指标虽有异(图1)，但规律基本一致。在可溶性固形物含量上，各处理均随着果实生长而增加，坐果期各处理间差异较小，随果实生长差异也逐渐增大，其中CK处理在果实膨大期至成熟期均处于最低水平，果实成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的可溶性固形物含量分别为20.2%、21.5%、21%和19.1%。在葡萄果实总糖含量指标上，总糖随着果实生长不断升高，各处理间总糖变化虽有差异但变化规律一致，果实成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的总糖含量分别为18.26%、19.1%、18.33%和17.51%。在葡萄果实总酸上，总酸的变化规律与前两者相反，总酸随着果实生长而逐渐降低，在成熟期前总酸下降明显，各处理间差异也逐渐变大，进入到成熟期后下降速度减缓，各处理间差异也随之减小，果实成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的总酸含量分别为4.1、4.0、4.4和6.4 g/L，成熟期CK处理的总酸含量明显高于其它3个微喷处理。在葡萄果实Vc含量上，Vc含量的变化规律与可溶性固形物含量和总糖含量的变化规律一致，各处理Vc含量均随着果实生长而增加，但处理间差异明显，如WP2在果实膨大前期Vc含量低于其它3个处理，但在膨大期后期至成熟期，Vc含量增大明显，成熟期均高于其它3个处理，成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的Vc含量分别为2.51、2.83、2.77、2.11 μg/g。在果粒重量上，葡萄坐果期持续时间较短，为坐果后0～7 d，之后进入果实膨大期，为8～61 d，随后62～85 d为果实成熟期，即为缓慢生长期。在快速生长期，WP1、WP2、WP3和CK处理果粒均重日增长分别为0.03、0.03、0.03、0.03 g/d。在缓慢生长期葡萄果粒均重日增长分别为0.01、0.02、0.02、0.02 g/d，果粒均重高较CK处理高0.22、0.26、0.25 g。综合葡萄各品质指标和果粒重可看出，弥雾微喷处理的果实品质明显优于对照处理，且有助于果实生长，不同弥雾调控技术下，WP2处理的葡萄果实品质优于其它处理。

2.2 葡萄果实生长期微气候因子变化

在葡萄整个果实生长期，温度呈缓慢上升趋势(图2)，且各处理变化规律一致。整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度为25.6、26.0、25.8、28.5 ℃，其中白天平均温度分别为29.3、29.7、29.3、32.5 ℃，晚上平均温度分别为22.0、22.4、22.3、24.5 ℃，由于该地区特殊的气候条件，白天平均温度与晚上平均温度相差较大，WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度差分别为7.3、7.3、7.0、8.1 ℃。弥雾微喷处理的平均温度与对照处理相比，平均低2.5～2.9 ℃，其中白天平均温度低2.9～3.3 ℃，夜晚平均温度低2.1～2.5 ℃，平均温度差低0.8～1.0 ℃。

在葡萄整个果实生长期，平均湿度呈现出波动变化(图3)，且各处理变化规律一致。整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均湿度为44.7%、44.9%、45.6%、39.8%，其中白天平均湿度分别为41.0%、41.7%、42.1%、36.0%，晚上平均湿度分别为48.4%、48.4%、49.2%、43.7%，平均湿度差分别为8.1%、7.0%、7.2%、7.7%。同时可看出，弥雾微喷处理的白天平均湿度和晚上平均湿度上均高于对照处理，其中白天平均湿度高5.1%～6.1%，夜晚平均湿度高4.7%～5.5%，平均湿度高4.8%～5.7%。在平均湿度差上，仅WP1比对照高0.4%，WP2和WP3分别比CK低0.7%和0.5%。

2.3 微气候因子与葡萄果实品质指标的关系

2.3.1 葡萄果实品质与微气候因子的关系 由葡萄果实品质指标与微气候因子的相关分析(表1)可知，葡萄果实品质指标可溶性固形物、总糖、总酸、Vc含量及果粒重与微气候因子中的晚上平均温度、白天平均气温、平均温度差、平均温度、平均湿度差相关关系不显著，与晚上平均湿度相关关系显著，而与白天平均湿度、平均湿度部分显著。其中溶性固形物、总糖、Vc含量及果粒重与除平均湿度差外的其它气候因子均呈正相关，而总酸含量仅与平均湿度差呈正相关，与其它气候因子均呈负相关关系。总体上看，葡萄果实品质与气候因子中晚上平均湿度相关关系最好，其次是平均湿度和白天平均湿度，而与温度因子关系不显著，如可溶性固形物在各处理中仅WP3处理与晚上平均湿度相关系数为0.834，WP1、WP2、CK处理均与晚上平均湿度呈极显著相关关系，相关系数分别为0.935、0.913、0.917。总糖与气候因子的关系与可溶性固形物一致，且WP1处理除与晚上平均湿度极显著外，还与白天平均湿度和平均湿度关系显著，相关系数分别为0.896、0.972。在总酸与气候因子的关系上，各处理与气候因子的关系均不显著。WP1和WP2处理中Vc含量与晚上平均湿度极显著相关，相关系数分别为0.904和0.926，WP3和CK处理Vc含量与晚上平均湿度的相关系数为0.731和0.862。在果粒重与气候因子的关系中，WP2和WP3的果粒重与晚上平均湿度呈显著相关，相关系数分别为0.908和0.923。综合葡萄果实可溶性固形物、总糖、总酸、Vc含量及果粒重与各气候因子的相关性可知，WP2处理的葡萄果实品质指标与微气候因子的相关性最好，且除总酸指标外其它指标与微气候因子中晚上平均湿度均呈显著相关关系，表明对葡萄果实品质指标影响最大的气候因子是湿度，其中晚上平均湿度对葡萄果实品质的影响最大。

2.3.2 关键微气候因子与葡萄果实品质的关系 根据前面2.3.1中葡萄果实品质指标与微气候因子的相关分析结果，各气候影响因子的相关系数越大，说明该因子对果实品质的影响越显著，也就表明该因子是影响葡萄果实品质和果粒重的关键因子，因此，将该因子作为关键影响因子与葡萄果实品质进行关系分析。葡萄果实在生长发育过程中的各品质指标和果粒重均是随着晚上平均湿度的升高而增加(图4)，之后随着湿度的升高而减小。WP1处理中葡萄可溶性固形物、果粒重均随着湿度增加而增大，之后随着湿度增加而减小，而总糖一直随着湿度增加而增加，夜晚平均湿度值分别为46.8%、47.8%、47.3%时,可溶性固形物、总糖、果粒重最大。同理可得到WP2(图4-B)夜晚平均湿度最大值分别为46.5%、46.6%、46.6%；WP3夜晚平均湿度最大值分别为47.1%、47.6%、46.0%；CK夜晚平均湿度最大值分别为41.0%、42.4%、41.1%。采用相同分析方法得到WP1葡萄果实品质指标中总酸、Vc含量与夜晚平均湿度的拟合公式为y= -0.9625x2+ 87.015x- 1914.2(R2= 0.74)、y= 0.0283x2- 2.3851x+ 49.473(R2= 0.81)，最大夜晚平均湿度为52.6%、47.4%；WP2总酸、Vc含量与夜晚平均湿度的拟合公式为y= -0.897x2+ 79.811x- 1722.7(R2= 0.79)、y= 0.1502x2- 14.339x+ 342.52(R2= 0.84)，最大夜晚平均湿度为52.1%、47.7%；WP3总酸、Vc含量与夜晚平均湿度的拟合公式为y= -1.3557x2+ 127.74x- 2961.8(R2= 0.66)、y= 0.0871x2- 8.3273x+ 199.21(R2= 0.64)，最大夜晚平均湿度为53.0%、47.8%；CK总酸、Vc含量与夜晚平均湿度的拟合公式为y= 0.0803x2- 12.668x+ 443.34(R2= 0.91)、y= 0.0057x2- 0.3472x+ 4.7185(R2= 0.92)，最大夜晚平均湿度为52.4%、40.4%，得到葡萄品质指标可溶性固形物、总糖、总酸、Vc含量和果粒重的夜晚平均湿度范围分别为41.0%～47.1%、42.4%～47.8%、52.1%～53.0%、40.4%～47.8%、41.1%～47.3%，结合图3可知，在整个葡萄果实生长期，微喷处理夜晚平均湿度为46.2%～51.1%，对照处理夜晚平均湿度值为39.8%～49.7%，在整个葡萄果实生长期，微喷处理比对照处理在夜晚平均湿度上提高了1.8%～6.5%，再结合图1分析可知，微喷处理提高了葡萄园气候因子中的夜晚平均湿度，同时提升了葡萄果实品质。

表1 葡萄果实品质指标及果粒重与微气候因子的相关分析

续表1 Continued table 1

表2 葡萄果实品质指标及果粒重与微气候因子的回归分析

2.4 葡萄果实形态及糖度与微气候因子的回归分析

根据影响葡萄果实品质指标与微气候因子的关系，采用逐步回归方法，建立不同处理葡萄果实可溶性固形物、总糖、总酸、Vc含量及果粒重与气候因子的回归方程(表2)。从回归方程中可以看出，各处理除总酸外，其它品质指标相关系数均在0.9以上，且方差分析F值均达显著水平，同时WP1和WP3中品质指标和果粒重与晚上平均湿度和平均湿度关系显著，综合各指标回归分析可看出，WP2处理中品质指标与晚上平均湿度、白天平均湿度和平均湿度相关性最好，表明晚上平均湿度、平均湿度是影响该地区葡萄果实品质的关键气候因子，同时，由于葡萄果实品质与关键气候因子呈显著相关关系，因此，可用夜晚平均湿度因子和平均湿度对该地区葡萄果实品质进行分析和预测。

3 讨 论

微气候又称小气候，是指在局部地区内，因下垫面局部特性影响而形成的贴地层和土壤上层的气候。它的效应综合了水、热、光、温度等诸多气象因子对作物间的相互影响，包括防风、调节温度、湿度、改善光强等效应。本文通过弥雾调控技术下葡萄园微气候监测，结果显示，整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度分别为25.6、26.0、25.8、28.5 ℃，平均湿度分别为44.7%、44.9%、45.6%、39.8%，与对照处理相比，平均温度低2.5～2.9 ℃，平均湿度高4.8%～5.7%。该结果与段卫朋[16]和刘思[14]的研究结论一致，此外，采用避雨栽培等也可起到降温的作用，如郭靖[17]研究发现，不同避雨栽培设施内的温度均低于露地，窄棚、宽棚和连栋避雨棚的日均温分别比露地下降2.16%、5.43%和12.9%。王紫寒[18]分析认为，避雨栽培能降低棚下光照强度，雨天遮光率最大可达47.8%，晴天时为30%左右，并可使棚下温度低于露地温度1～2 ℃。而魏晓峰[19]结果表明，避雨栽培可显著削弱叶幕层光照强度、日平均净光合速率和叶绿素含量，分别降低了68.71%、12.1%、低5.57%。同时，避雨栽培下，叶幕层日平均温度提高1.68 ℃，日平均湿度降低10.98%。与本文利用弥雾调控技术和避雨棚降低葡萄园温度不同，温室则可提高设施内微气候温度，如杨杰[20]分析表明，温棚比避雨棚的有效积温高186.3 ℃，并可促进葡萄提早成熟。以上研究结果表明，采用不同栽培模式、灌水技术和园艺措施[21-22]等均能起到改善葡萄园微气候的作用，以适宜不同地区和不同葡萄品种的生长环境。

在微气候因子中，温度和湿度是早期研究最多、最重要的因子，果树只有在一定温、湿度条件下才能生存、生长和发育，从而达到一定产量与品质，而葡萄园微气候的改变也必将会对葡萄植株和果实生长造成影响，最终影响葡萄产量与品质。如前所述，诸多学者的研究结果均表明其栽培模式、园艺措施等改善了葡萄园微气候，且对葡萄植株和果实生长产生了影响，如不同海拔山地与平地相比，因微气候差异，在植株生长量、单株产量和果实糖酸比的表现上，平地优于山地，而在单宁含量上山地高于平地[23]。采用避雨栽培明显提高了葡萄外观品质，使葡萄果实单果重和穗重加大，其中穗质量增加12.92%，并使烂果率降低15.56%，同时，提高了果实可溶性固形物含量与糖酸比，但降低了Vc量和果实可滴定酸含量[17-18]。在极端干旱的吐哈地区，由于光热资源十分丰富，光照时间长等特点，使该地区成为著名的葡萄生产区，因此，对于该地区在葡萄节水技术方面的研究较多，在葡萄微气候研究方面相对较少，其中，张雯[24]研究表明，“厂”形赤霞珠葡萄因结果高度不同而差异明显，在高度为50 cm时日均温、最高温度、日温差及葡萄果实可溶性固形物含量均高于其它高度。贾杨[22]分析认为，小棚架1处理的叶幕结构因受光光面积大和时间长，使叶幕结构内部温度与湿度相对较适宜无核白葡萄生长，且整体葡萄果实品质与产量相对较好。吴久赟[3，21]研究显示，“无核白鸡心”20叶1果、“红旗特早玫瑰”10叶1果和5叶1果时可提高葡萄果实成熟期果实穗重和可溶性固形物含量。本文研究成果与前人一致，采用弥雾调控后，对葡萄品质有一定的促进作用。综合葡萄各品质指标和果粒重可看出，弥雾微喷处理的果实品质明显优于对照处理，且有助于果实生长。其结果与前者研究成果相符，表明通过合理的微气候调控可促进葡萄果实生长和提高葡萄果实品质。

在果实品质与其气候影响因子相互关系上，秦欢[25]应用灰色关联度分析了‘阳光玫瑰’果实部分品质指标与主要气候因子间的相关性，结果显示，Vc、总糖、果糖和葡萄糖及可溶性固形物主要受降水影响，可滴定酸与温度的相关性最高。刘思[14]、段卫朋[16]研究显示，行内生草与覆布措施在改善葡萄园微气候的同时也改变了葡萄果实品质，降低了可滴定酸含量，增加了葡萄果实还原糖、总酸及可溶性固形物含量。靳韦[26]利用套袋试验表明，不同果袋的透气性和透光率与光照强度对果实总糖和可溶性固形物影响最大，呈正相关关系，采用套袋均可降低葡萄果实总酸含量，并提高葡萄果实Vc含量。本文根据微气候因子与葡萄果实主要品质指标的关系分析结果同样表明，微气候调控有利于提高葡萄果实品质，但在微气候因子对果实品质的影响上因作物不同而表现出显著差异，如齐国亮[27]研究表明，平均温度和平均温差是影响枸杞生长和糖度的主要因子，其中平均温度影响枸杞生长、平均温差影响枸杞糖度。付三雄[28]研究发现，昼夜温差是油菜种子油分积累的主要因子。本文结果表明，对该地区葡萄果实品质影响最大的微气候因子是晚上平均湿度，而微气候极易受大气变化的影响，其研究结果会出现差异，为得到更为可靠的试验数据和结论，在微气候对葡萄果实品质的影响与作用机理方面仍需进行持续和深入的研究。

4 结 论

在葡萄果实生长关键期采用架下弥雾调控技术，每天喷水1 h，当夜晚平均湿度值为46.2%～51.1%时，可有效改善葡萄园微气候环境，提高葡萄果实品质。在该地区葡萄果实品质和果粒重受微气候因子中晚上平均湿度、白天平均湿度和平均湿度综合影响，而与晚上平均湿度关系最显著，微气候主要影响因子与葡萄果实品质与果粒重的相关关系和回归模型表明可以用晚上平均湿度对该地区葡萄果实生长和品质变化进行分析和预测。