贺兰山东麓葡萄果实品质及其与环境因子的相关性分析

许泽华，牛锐敏，沈甜，黄小晶，徐美隆，陈卫平

（宁夏农林科学院园艺研究所，宁夏银川 750002）

贺兰山东麓光热充足，干燥少雨，昼夜温差大，已成为我国葡萄酒最佳产区之一，近年来很多产品在国内外评比中获得了大奖[1-3]。葡萄酒的品质主要取决于品种特性，以及土壤和气象等风土条件，各地风土条件的差异与葡萄果实中糖、酸、总酚、单宁均有密切关系[4-5]。其中，气候条件是酿酒葡萄品质最主要的影响因子之一，特别是成熟期的气象指标对葡萄品质有决定性影响[6-9]；同时，地形地貌、土壤质地及养分状况等对优质葡萄生产均有显著影响[10-11]。优良的葡萄品种，在适宜的气候、土壤条件下生长，并配合科学的田间管理，生产出品质良好的葡萄原料是生产高质量葡萄酒的前提[12-15]。气象条件和土壤质地等自然条件是很难改变的，对优质葡萄和葡萄酒的生产起到了决定性作用[16-19]。

针对贺兰山东麓产区土壤状况与葡萄品质相关性的研究较多，但将气象和土壤条件综合起来探索葡萄及葡萄酒品质的相关性研究较少。本文针对贺兰山东麓5个种植区酿酒葡萄‘美乐’和‘赤霞珠’品质及葡萄酒风格差异较大的问题，通过连续两年对其所在区域气象资料收集、土壤理化指标检测以及葡萄品质的比较，运用相关性分析明确了不同种植区葡萄品质与环境因子的相关关系，找出了品质差异化的主要影响因子，以期为该区域葡萄产业的良好发展提供建议，同时为葡萄品种与酒种区域化提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

宁夏为典型的中温带干旱气候，年均降水量较低，保持在200 mm左右；光照能源较为充足，日照时数2880 h；全年平均气温9.5 ℃，4—10月≥10 ℃的有效积温为3300 ℃以上，昼夜温差大，为10～15 ℃。试验地点分别位于宁夏贺兰山东麓的金沙林场葡萄园（金沙）、玉泉营产区葡萄园（玉泉营南大滩和东大滩）、青铜峡产区葡萄园（御马葡萄酒厂）、贺兰山沿山产区金山葡萄园（观兰酒庄）、芦花台产区葡萄园（园林场）。

1.2 试验材料

供试材料为15年生健壮‘赤霞珠’和‘美乐’葡萄品种，采用水平“厂”形整形，南北行向，株行距为0.8～1.0 m×3.0 m，短梢修剪为主。每个试验点管理方式基本一致。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤理化指标的测定和气象数据收集

2018年9月，对所选小区进行“S”形布点采集土样，采样深度为0～60 cm，分别取0～20、20～40、40～60 cm土层土壤，采集5点，四分法进行留样，带回实验室立即自然风干，除杂过筛，送样分析土壤pH、全盐、有机质、速效氮、速效磷、速效钾。基本理化指标的测定方法：土壤pH、电导率、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾分别按照《森林土壤pH值的测定》（LY/T1239—1999）、《森林土壤水溶性盐分分析》（LY/T1251—1999）、《森林土壤氮的测定》（LY/T1228—2015）、《森林土壤磷的测定》（LY/T1232—2015）和《森林土壤钾的测定》（LY/T1234—2015）等林业标准进行测定；有机质按照农业标准《土壤有机质的测定》（NY/T1121.6—2006）进行测定。所用主要仪器有FE20型pH计、DDS-307型电导率仪、2300全自动定氮仪、722S可见分光光度计、410火焰光度计。

气象数据整理分析：气象数据通过宁夏气象局2018和2019年的数据库收集获得，并通过计算得出平均温度、年有效积温、平均湿度、降水量、日照时数等。

1.3.2 果实品质的测定

‘美乐’‘赤霞珠’分别于9月20日和10月2日采收，设置3个重复，每小区随机采100粒果，分析果实理化指标。还原糖测定采用斐林试剂滴定法（以葡萄糖计）[20]；可滴定酸测定采用NaOH滴定法（以酒石酸计）[21]；果皮总酚测定采用福林-肖卡法（以没食子酸计）[22]；单宁测定采用福林-丹尼斯法（以单宁酸计）[23]；花色苷测定采用pH示差法（以二甲基花翠素-3-葡萄糖苷计）[24]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2013和SPSS 22.0进行统计分析；使用Origin 9.0进行绘图。

2 结果与分析

2.1 5个种植区土壤性状分析

由表1可以看出：5个种植区土壤pH均大于8，属于碱性土壤；而金沙林场pH在各层次均高于8.5，属于强碱性土壤，且随着土层加深表现为逐渐增加趋势；观兰酒庄、玉泉营0～20 cm及园林场40～60 cm盐分超过1 g·kg-1，有轻度盐化现象；金沙林场有机质水平不超过1 g·kg-1，属于极度贫瘠状态，园林场种植区有机质相对较高，0～20 cm有机质含量达到11.9 g·kg-1，处于四级水平；速效氮含量均处于5级缺乏水平或以下，园林场3个土层间变化不大，其他种植区均存在随土层加深逐渐骤减的趋势；速效磷含量丰富，各种植区0～20 cm及20～40 cm含量超过20 mg·kg-1，处于2级水平以上，达到丰富及极丰富水平；速效钾含量在观兰酒庄与玉泉营表现为相对缺乏状态，而20 cm以下表现为5级缺乏水平，速效钾含量变异较大。所有采样点的土壤容重以园林场和御马基地较高，不利于植株根系生长和下扎；观兰酒庄和玉泉营的土壤容重低于1.5 g·cm-3，属适度状态。

土壤质地是土壤稳定的自然属性之一，园林场种植区土壤质地属于砂质粘壤土；金沙林场种植区质地属于粗砂土类型；玉泉营属于砂质壤土；御马种植区属于壤质粘土；观兰酒庄土壤质地属于粗骨灰钙土粗砂土类型。

2.2 5个种植区气象数据的分析

从表2数据来看，2019年降水量整体较低，御马和金沙的降水量不足200 mm，御马基地仅117.3 mm；2018年降水量明显比2019年高，普遍在300～650 mm，观兰酒庄在7—8月份有几次暴雨强降水，所以降水量达到了651.3 mm。平均相对湿度也是2018年比2019年高，都在50%～65%，御马和金沙林场的相对湿度较低，观兰酒庄在贺兰山下，相对湿度较大。3—10月份的平均温度都在17 ℃左右，相差不明显，玉泉营和金沙林场的平均温度最高，其次是园林场，御马和观兰酒庄较低。不同种植区两年的有效积温在3500～3900 ℃，御马和金沙林场有效积温较高，其次是园林场和玉泉营，观兰酒庄最低。由此可以看出，有效积温年际之间的差异明显，各个地区不同年份也有所变化。不同种植区3—10月份的日照时数都在2100 h左右，从两年的数据比较看御马和金沙林场日照时数最长，其次是玉泉营和园林场，观兰酒庄最低。

表2 种植区葡萄生长季（3—10月）的气象数据比较Table 2 Comparison of meteorological data of grape growing seasons (March to October) in five regions

2.3 5个种植区两品种果实品质的比较

由表3和表4得出，5个种植区‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄的果实理化指标有显著差异。对于‘美乐’，园林场和观兰酒庄的果实穗质量和粒质量显著高于其它种植区，观兰酒庄的可溶性固形物和还原糖最高，其次是御马和金沙林场，园林场和玉泉营的较低；园林场和玉泉营的可滴定酸较高，其次是御马酒庄；园林场和玉泉营的葡萄总酚、花色苷、单宁含量均较低，御马酒庄的糖酸比适中，总酚、花色苷、单宁含量最高，品质最优。对于‘赤霞珠’葡萄来说，观兰酒庄的穗质量显著高于其它种植区，御马和玉泉营的葡萄粒质量显著高于其它种植区；‘赤霞珠’葡萄的可溶性固形物、还原糖、可滴定酸在5个种植区之间的差异与‘美乐’葡萄的表现较为相似；玉泉营葡萄的总酚、花色苷和单宁含量均较低，而御马基地和金沙林场葡萄的总酚和单宁则较高。总体而言，御马酒庄的‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄糖酸适中，总酚、花色苷、单宁含量较高，品质较优，其次是金沙林场和观兰酒庄，玉泉营和园林场较差。

表3 5个种植区‘美乐’葡萄果实的理化指标Table 3 Physicochemical indexes of 'Merlot' in five regions

表4 5个种植区‘赤霞珠’果实的理化指标Table 4 Physicochemical parameters of 'Cabernet Sauvignon' in five regions

2.4 葡萄品质与环境因子的相关性分析

将代表葡萄果实品质的理化指标（x1-穗质量；x2-粒质量；x3-可溶性固形物；x4-还原糖；x5-可滴定酸；x6-总酚；x7-花色苷；x8-单宁）和土壤指标（y1-pH；y2-全盐；y3-有机质；y4-速效氮；y5-速效磷；y6-速效钾；y7-容重；y8-含水量；y9-孔隙度；y10-饱和含水量；y11-田间持水量）及3—10月的气象指标（z1-降水量；z2-均温；z3-最低温；z4-相对湿度；z5-有效积温；z6-日照时数）进行相关性分析，结果见表5、表6。

表6 ‘赤霞珠’葡萄品质与土壤、气候因子的相关性Table 6 Correlation between 'Cabernet Sauvignon' grape quality and soil and climate factors

由表5和表6相关性分析可知，‘美乐’葡萄的可溶性固形物与相对湿度、月均最低温度呈显著负相关，与3—10月平均温度、有效积温、日照时数及土壤有机质含量显著正相关，说明月均最低温降低、日照时数增加、土壤有机质含量提高同样有利于‘美乐’葡萄糖分的积累；‘赤霞珠’葡萄生长季节（3—10月）平均温度与穗质量呈显著正相关，有效积温和粒质量呈现显著正相关，说明平均温度提升有利于‘赤霞珠’葡萄果粒的膨大及干物质的积累。两个品种果实总酚、花色苷、单宁与土壤pH呈负相关，与有效积温、日照时数、土壤有机质、速效钾呈显著正相关；可滴定酸与土壤含水量、速效氮、全盐含量呈显著正相关，说明降低土壤pH、增加日照时数、提高土壤有机质及速效钾含量同样有利于风味物质的形成和积累。

2.5 环境因子对果实品质影响的主成分分析

分别对5个种植区‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄的土壤、气候因子进行主成分分析，各提取2个主成分。由载荷图（图1左）可知，土壤因子、气候因子的主成分1和主成分2分别为46.59%和31.93%，累计方差贡献率为78.52%。由得分图（图1右）可知，5个种植区可以实现比较好的产区分布，且不同土壤因子、气候因子对不同地区葡萄的贡献有所不同。

由图1可知，园林场、御马种植区位于第一象限，土壤速效磷、速效氮、容重及含水量在这两个种植区的贡献较其他产区显著；金沙产区位于第二象限，土壤pH、速效钾及均温、最低温、有效积温、日照时数对该种植区的贡献较其他产区显著；玉泉营种植区位于第三象限，降水量对该产区的贡献较其他产区显著；观兰种植区位于第四象限，土壤全盐、田间持水量及空气相对湿度对该种植区的贡献较其他产区显著。

2.6 不同种植区葡萄果实品质的综合评价

分别对5个种植区的‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄品质进行主成分分析，分别提取2个主成分。由荷载图（图2）可知，葡萄品质的主成分1和主成分2分别为43.47%和31.07%，累计方差贡献率为74.54%；由得分图可知，5个区域的‘美乐’‘赤霞珠’葡萄可以实现比较好的产区分布。

图2 葡萄品质指标的主成分分析因子载荷图（左）和得分图（右）Figure 2 Principal component analysis factor loading diagram (left) and score graph (right) for quality index

由图2可知，观兰、御马产区的‘赤霞珠’均位于第一象限，可溶性固形物、总酚、单宁对这两个产区的‘赤霞珠’贡献较其他产区显著；御马、观兰、金沙产区的‘美乐’位于第二象限，穗质量、粒质量、还原糖、花色苷对这3个产区的‘美乐’贡献较其他产区显著；金沙、玉泉营、园林场地区的‘赤霞珠’位于第四象限，可滴定酸对这3个产区的‘赤霞珠’贡献较其他产区显著。

主成分F1和F2从不同方面反映了不同地区‘美乐’‘赤霞珠’葡萄的品质，用F1和F2的方差贡献率做权重数，计算每个处理总成分Q的得分函数，以对不同地区‘美乐’‘赤霞珠’葡萄的品质进行综合评价。按照不同处理综合得分值的大小，得出不同地区‘美乐’‘赤霞珠’葡萄品质排名（表7）。综合得分越高，排名越靠前，葡萄综合品质就越好。通过对葡萄样品基本理化指标、多酚指标的研究可知，‘美乐’‘赤霞珠’两品种在5个种植地表现出相同的结果，均在御马采样点的品质最好，优于其它种植地，而园林场的品质最差。

表7 葡萄品质综合评价Table 7 Comprehensive evaluation of grape berry

3 讨论与结论

葡萄品质很大程度上决定了葡萄酒品质，且品质高低与气象条件关系密切[25-26]。马力文等[27]运用酿酒葡萄品质气象评价模型，评价了葡萄品质形成的气象评级和气象指标的相关性，认为葡萄品质的优良与平均温度、有效积温、日照时数、降水量等关系密切，气候变率也会导致葡萄风味年际间差异明显。葡萄的成熟早晚和品质的优良与土壤的类型关系密切，灰钙土产的葡萄成熟期适中，香气较好，酸度偏低，单宁和酚类等风味物质较为适宜，品质最优；风沙土葡萄成熟期较早，糖酸适宜，果皮颜色物质含量较高，可促进葡萄酒色度和芳香物质的形成，品质居中；灌淤土葡萄果实酸度最高，但葡萄品质各项指标均最低[28-30]。综合而言，粗砂粒和细砂粒轻壤土对提高葡萄品质有利，而土壤颗粒越黏重对葡萄品质越不利，灰钙土所产葡萄果皮总花色苷、总酚和单宁含量显著高于灌淤土。

本研究认为，几种典型土壤的葡萄品质优劣顺序为淡灰钙土＞灰钙土＞风沙土＞灌淤土。果实品质比较表明，园林场和玉泉营的葡萄糖酸适中，但风味物质显著低于其它3个地方，金沙林场和观兰酒庄品质居中，御马的葡萄糖酸适中，总酚、花色苷、单宁含量显著高于其他地区，品质最优。相关性分析表明，可溶性固形物、还原糖与土壤有机质呈正相关；总酚、花色苷、单宁与土壤pH呈负相关，与土壤有机质、速效钾呈正相关；可滴定酸与全盐、速效氮含量正相关，结果与前人研究结论较为一致[31-34]。主成分分析表明，不同种植区受土壤因子和气象因子影响，其葡萄品质差异显著。在生长季影响酿酒葡萄品质差异的气象影响因子为：日照时数、有效积温、3—10月平均温度、月均最低温度；土壤因子为：有机质、速效氮、速效钾、土壤pH、全盐、土壤含水量。由于贺兰山东麓酿酒葡萄种植区均为灌区，土壤富磷，所以降水量和速效磷等不是影响葡萄品质的主要因子。在贺兰山东麓要缩小葡萄品质差异，进一步提高葡萄品质的关键技术措施是增加土壤有机质和速效氮，降低土壤pH及全盐含量，以及通过微气候调节来提高平均温度和有效积温。