基于回归分析评价灌溉定额对滴灌葡萄生长及产量品质的影响

贾 浩，王振华，李文昊，王久龙，赵 英，霍海霞

（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子 832000；3.现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子 832000）

新疆拥有我国典型的“荒漠绿洲灌区”[1]，农业用水占比大，用水效益较低，自20世纪末开始大力发展节水灌溉[2]。同时其独特的生态气候条件很适合林果生长，因此新疆也是我国重要的特色林果生产、加工出口基地。

葡萄（Vitis viniferaL.）作为世界上最古老的果树树种之一[3]，其全球种植面积和产量都居首位，是世界性水果品种之一，在我国葡萄种植面积为8.7×105hm2，略低于西班牙。我国新疆地区具有昼夜温差大、光照时间长、有效积温高、生育期内降雨少等特点，非常适合葡萄生长。天山北坡经济带地区作为我国著名的特色瓜果生产基地，葡萄种植成为绿洲灌区的优势支柱产业，是区域内农民经济收入的主要来源。绿洲灌区虽然推广了滴灌等先进节水灌溉技术，但受传统思想限制和管理人员节水意识薄弱的影响，加之对葡萄品种的生长习性不熟、需水规律不明确导致水资源不同程度的浪费[4-5]。近几年关于灌水定额的研究较多，有研究表明灌水量不仅会影响植株生长，还会间接影响果实产量和品质[6]。

国内外开展灌溉方式[7-8]、灌溉时间[9]及单一灌水量[10]对植株的影响研究较多，而通过数学统计方法[11-12]，利用响应指标来系统分析适宜葡萄灌水范围的研究较少。本文通过田间试验，以10 年生“红提”葡萄为研究对象，基于回归分析法评价不同灌水量对滴灌葡萄生长、产量品质的影响，筛选出适宜的灌溉定额，以期为绿洲灌区葡萄在滴灌条件下水分合理调控提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年4—10 月在兵团灌溉中心试验站进行，该站位于准葛尔盆地南缘，天山北坡。属中温带大陆性半干旱气候区，5—9 月平均气温为26.8 ℃，年平均气温6.5 ℃，≥10 ℃积温3 400 ℃。风向主要为西北风和东南风，年平均风速为2.6 m·s-1，大风多发生在4—9月。年平均降水量194 mm，蒸发量2 647 mm，日照时数2 800 h，无霜期165 d。

1.2 试验设计

通过调研了解当地滴灌葡萄种植的常规灌水情况，设定4个灌溉定额：7 000 m3·hm-2（W1）、6 000 m3·hm-2（W2）、5 000 m3·hm-2（W3）、4 500 m3·hm-2（W4）等4 个水平，同时设置1 个常规灌溉小区（CK，灌溉定额6 500 m3·hm-2）作为对照组，每组处理3个重复，整个试验周期灌13 次水。每个小区布置3 组土壤水分传感器。

试验选已有红提葡萄品种，大沟定植，东西走向。葡萄采用滴灌铺设均为1 行2 管，即在树行两侧20 cm 处各布置1 根滴灌带，葡萄株距1 m、行距5 m，栽培方式为小棚架栽培。选用天业生产的单翼迷宫式滴灌带，外径16 mm，壁厚0.30 mm，滴头间距30 cm，滴头流量2.8 L·h-1。所有小区的除草、施药等田间农艺管理措施一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤含水率测定

主要采用烘干法测定土壤含水率。滴灌葡萄每次灌水前24 h 和灌水后48 h 内采用取土钻分别在滴灌带下、距滴灌带±20 cm 位置处土壤0～100 cm 深度内取样，每10 cm 取1个土样，每组3个重复，最后用加权平均法计算土壤含水率。作物耗水量的计算按照《灌溉试验规范》（SL13—2015）规定，通过测定所得的土壤含水率数据采用以下公式进行计算：

式中ET为作物耗水量，mm；Pr为作物生育期降雨量，mm；I为生育期灌水量，mm；Wi1和Wi2分别为第i层某生育期土壤灌后和灌前时的土壤含水率，%；γi为第i层土壤干容重，g·cm-3；Hi第i层土壤的厚度，cm。水分利用率（Water use efficiency，WUE）为单位面积葡萄产量（Y，t·hm-2）除以作物耗水量，单位t·(hm-2·mm-1)。

1.3.2 光合指标测定

葡萄共分为6个生育期：萌芽期、新梢期、花期、果实膨大期、果实完熟期、枝蔓成熟期。于每个生育期选择晴朗无云天气进行光合指标的测定，测定在10: 00—20: 00 时间段进行，每隔2 h 测定1 次，采用Li-6400 便携式光合测定仪，测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和叶片水分利用效率（WUEL）的日变化。光源采用自然光源，测试叶片为标记植株3片功能叶，每隔2 h测定1次并取其平均值。

1.3.3 产量和品质测定

产量测定：在果实成熟期调查标定植株（3 株）的产量（单株产量和单果重采用天平称重法），然后折算成667 m2产量。

品质测定：取新鲜的葡萄打成匀浆测定品质，可溶性固态物含量用手持糖量计（BG-111ATC，天津宝钢光学仪器有限公司）测定，可滴定酸含量用酸碱滴定法测定，可溶性糖用苯酚法测定，维生素C 含量采用2,4-二硝基苯肼比色法来测得。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2016 和DPS 数据统计软件进行处理和分析，对测定结果进行方差分析(ANOVA)，并 用LSD 法（Least significant difference）进行多重比较，每个处理重复3 次。用Origin 2018 进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌量对葡萄植株光合指标的影响

滴灌葡萄的叶片是进行光合作用的主要场所，叶片的光合作用受到灌水量的影响，从而影响果实产量和品质。不同灌水量对绿洲灌区滴灌葡萄植株光合指标会产生不同的影响。由表1 可知，不同灌水量对滴灌葡萄花期、果实膨大期的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和叶片水分利用效率（WUEL）的影响差异均达到显著水平（p<0.05）。

表1 不同灌水量对滴灌葡萄光合指标的影响

从表1 可知，滴灌葡萄植株叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和叶片水分利用效率（WUEL）等指标都随着生育期的延续呈现先增大后减小的趋势，果实膨大期的各指标数值显著大于花期的各指标数值；而胞间CO2浓度（Ci）随着生育期的延续与Pn、Gs、Tr等指标的趋势相反。不同生育期内滴灌葡萄叶片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL在不同灌水量处理下表现为：葡萄叶片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL随着灌水量增加而增大（即W1>CK>W2>W3>W4）。叶片Pn在果实膨大期达到最高水平，各处理的平均值为27.78 µmol·m-2·s-1，其中W1、W2 处理分别比CK 处理的叶片Pn大5.22%、-0.42%；叶片Tr在果实膨大期达到最高水平，各处理的平均值为5.66 mmol·m-2·s-1，其中W1、W2 处理分别比CK 处理的叶片Tr大2.58%、-0.52%；叶片Ci在花期与果实膨大期的平均值分别为223.45、153.14µmol·mol-1，其中W1、W2处理分别比CK处理的花期叶片Ci大2.58%、-0.52%；叶片Gs在果实膨大期达到最高水平，各处理的平均值为297.82 mmol·m-2·s-1，其中W1、W2处理分别比CK处理的叶片Gs大6.77%、-2.84%；叶片WUEL在果实膨大期达到最高水平，各处理的平均值为4.89µmol·mmol-1，其中W1、W2 处理分别比CK 处理的叶片WUEL大2.63%、0.81%。不同水分处理条件下叶片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL变化存在明显规律性，说明Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL可以较好地反映滴灌葡萄水分亏缺情况。

2.2 不同滴灌量对葡萄产量品质的影响

不同灌水量对滴灌葡萄果实产量有一定的影响，同时也存在适宜的灌水范围。表2是不同处理的葡萄果实产量及水分利用效率的变化情况，可以看出，不同灌水量对滴灌葡萄的单穗重、单株产量、总产量、果实干物质、WUE的影响均达到了显著水平（p<0.05），其中单穗重、单株产量、总产量、WUE等指标随灌水量增大呈现先增大后减小的趋势，而果实干物质与其他指标趋势相反。果实产量在W2 灌水水平下达到最大，排序为W2>CK>W1>W3>W4，W1、W2、W3、W4处理的产量分别比CK 处理增产-0.29%、6.29%、-11.82%、28.81%，单穗重与单株产量有类似的规律。果实干物质的最优处理是W4，最低是W1 处理，分别较CK 增加0.82、-1.84 个百分点。水分利用效率最优处理是W2，W1、W2、W3、W4 处理的WUE分别比CK 处理大-6.73%、15.20%、11.69%、2.92%。

表2 不同处理的葡萄果实产量及水分利用效率比较

表3 是不同处理的葡萄果实品质变化情况，可以看出，不同灌水量对绿洲灌区滴灌葡萄的维生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物含量的影响均达到了显著水平（p<0.05），其中维生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量随灌水量增大呈现先增大后减小的趋势，而可滴定酸的变化规律跟其他品质指标不同，呈现随灌水量增大而逐渐增大的趋势。维生素C 含量在W2 处理下达到最高水平，为8.52 mg·(100 g)-1，较最低水平W4 高7.98%，较CK 高0.71%；可溶性糖含量在W2 处理下达到最高水平，为18.96%，较最低水平W4高2.46个百分点，较CK 高0.98个百分点；可溶性固形物含量在W2 处理下达到最高水平，为23.5%，较最低水平W1 高1.6 个百分点，较CK 高0.4 个百分点；可滴定酸含量在W1 处理下达到最高水平，为0.514%，较最低水平W4 高0.061 个百分点，较CK 高0.028个百分点。适宜的灌水量有利于提高果实的糖酸比，能显著提高果实的品质。

表3 不同处理的葡萄果实品质比较

2.3 基于回归分析法的滴灌葡萄适宜灌溉定额综合评价

为了解绿洲灌区滴灌葡萄各响应指标在灌溉水用量设置区间内的动态连续变化，对其适宜灌溉量综合量化评价，以灌溉定额为自变量，响应指标产量、水分利用效率、可溶性固形物为输出变量，进行回归分析并构建回归方程（见表4）。

表4 灌溉定额与滴灌葡萄各响应指标间的回归关系

灌溉定额与葡萄产量、灌溉水利用效率、可溶性固形物含量之间均呈二次抛物线关系，且相关系数均在0.91 以上，达到显著性相关水平。绘制灌溉定额与葡萄产量、灌溉水利用效率、可溶性固形物含量之间关系图如图1。将滴灌条件下W1、W4 处理对应的灌水量设置为上限、下限，运用DPS 数据处理系统对各回归方程的最大值及对应的灌水量进行求解。根据计算可得，当Ymax=23 252.38 时，W=6 232.91 m3·hm-2；WUEmax=3.95 时，W=5 505.39 m3·hm-2；Pmax=23.55 时，W=5 689.84 m3·hm-2，当产量和水分利用效率最高时，灌溉定额为5 505～6 232 m3·hm-2，当葡萄产量和可溶性固形物含量最大时，灌溉定额为5 689～6 232 m3·hm-2，因此在综合考虑水分利用效率、可溶性固形物含量、获得产量都较高的情况，最终确定研究年滴灌葡萄适宜的灌溉定额为6 000 m3·hm-2。这与根据作物效应指标得出的最优灌溉处理一致，说明利用回归分析评价适宜灌溉定额是可靠的。

图1 灌溉定额与水分利用效率、产量及可溶性固形物的关系

3 讨论与结论

3.1 讨论

植物的生长依靠光合作用，主要集中在叶片进行，本研究发现不同生长时期的葡萄植株叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和叶片水分利用效率（WUEL）等指标的变化幅度不同，这是由于生育时期灌水量不同，过度的水分胁迫对气孔的影响，间接影响整个植株的光合作用。这与赵雪[10]、郑睿等[15]的研究结果一致。本研究表明绿洲灌区滴灌葡萄的各项生长指标总体表现为“S”型生长，其中灌水量对葡萄粒径的影响表现为W2>W1>CK>W3>W4，这主要是因为不同的灌水量会影响光合作用和呼吸作用，致使光合产物分配比例受到影响，W2 水平下更有利于果实器官的累积，致使粒径优势明显，有利于增产。这与侯裕生等[1]、温越等[16]的研究规律相似。

果实的产量、品质与灌水量紧密相关。本研究发现绿洲灌区滴灌葡萄的单穗重、单株产量、总产量、WUE随灌水量增大呈现先增大后减小的趋势，而果实干物质与其他指标的趋势相反。果实产量在W2 灌水水平下达到最大，具体表现为W2>CK>W1>W3>W4，单穗重与单株产量有类似的规律，这是由于在W2 灌水水平下植株的呼吸作用和光合作用效率都是最高的，与葡萄粒径的变化规律相同。这与王连君等[13]、付诗宁等[17]的研究结果相似。本研究还发现绿洲灌区滴灌葡萄的维生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量随灌水量增大呈现先增大后减小的趋势，都在W2 灌水水平下达到最大，而可滴定酸含量则呈现出随灌水量增大而逐渐增大的趋势，这是因为过分的水分胁迫细胞的呼吸作用导致的，可滴定酸是检验果实品质的重要因素。对于加工品种的葡萄，高酸更利于其品质呈现，适宜的灌水量有利于提高果实的糖酸比，能显著提高果实的品质，这与李雅善等[14]的研究一致。通过回归方程分析，得出了与作物效应指标表现一致的灌水水平，说明基于回归分析法来评价绿洲灌区滴灌葡萄的适宜灌溉定额是可靠的。

3.2 结论

1）灌水量对滴灌葡萄花期与果实膨大期的各项光合指标的影响均达到了显著水平（p<0.05），叶片WUEL在果实膨大期达到最高水平，各处理的平均值为4.89µmol·mmol-1，其中W2 处理分别比其他处理数值小1.67%～6.69%。

2）绿洲灌区滴灌葡萄的单穗重、单株产量、总产量、WUE随灌水量增大呈现先增大后减小的趋势，而果实干物质与其他指标趋势相反。果实产量与各项品质指标在W2（6 000 m3·hm-2）灌水水平下达到最大，W2 水平下水分利用效率优于其他处理0.51%～24.45%。

3）基于回归分析法综合评价滴灌葡萄适宜的灌溉定额，综合考虑高糖中酸有益于果实品质，水分利用效率、可溶性固形物含量、获得产量都较高的情况，最终确定研究年滴灌葡萄适宜的灌溉定额为6 000 m3·hm-2。