張戰(zhàn)勝， 馬文禮， 屈曉蕾， 王世平

(1.寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏銀川 750021； 2.寧夏農(nóng)墾集團有限公司，寧夏銀川 750000；3.上海交通大學(xué)，上海 200240)

寧夏賀蘭山東麓地區(qū)是中國北方優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄最適宜氣候生態(tài)區(qū)[1-2]。按照寧夏回族自治區(qū)政府規(guī)劃，2020年將在寧夏賀蘭山東麓建成6.67萬hm2優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄種植區(qū)域，著力打造“世界第一葡萄旅游生態(tài)文化長廊”[3]。然而，有限的地表水資源與降水時空分布不均等自然條件嚴重制約了葡萄種植規(guī)模的擴大。當(dāng)前賀蘭山東麓地區(qū)釀酒葡萄的主要灌溉方式為大水漫灌(溝灌)[4]，農(nóng)業(yè)灌溉水利用率僅0.35左右，這種粗放型管理模式不僅嚴重浪費了水資源，而且會導(dǎo)致土壤鹽漬化，加速土壤板結(jié)，降低葡萄產(chǎn)量，影響品質(zhì)。隨著寧夏建設(shè)節(jié)水型社會步伐的推進，滴灌等高效節(jié)水灌溉方式在釀酒葡萄種植上得到廣泛應(yīng)用，預(yù)計2015—2020年將在該地區(qū)完成1.75 hm2配套滴灌設(shè)施，計劃減少灌溉用水 3 900 m3/hm2。

有研究表明，荒漠地區(qū)使用滴灌比溝灌能夠減少用水量50%以上，葡萄產(chǎn)量提高17%，含糖量提高1.9%[5]；滴灌處理下釀酒葡萄的葉片全氮含量顯著提高，果實總酸度降低，糖酸比增加[6]；塑料膜式滴灌帶用于葡萄園節(jié)水灌溉，節(jié)水效果明顯，樹體生長健壯，葡萄產(chǎn)量提高14.4%，含糖量增加 1.5%[7]；對傳統(tǒng)的滴灌方式適當(dāng)改進可以實現(xiàn)根系分區(qū)交替灌溉，達到調(diào)控營養(yǎng)生長與生殖生長、減少生長冗余、大量節(jié)水而提高水分利用效率的目的[8]。然而，在賀蘭山東麓許多電網(wǎng)設(shè)施未覆蓋區(qū)域和新墾戈壁礫石荒地上，滴灌無法運行。黃河含沙水自流微灌作為一種新的節(jié)水灌溉方式被寧夏農(nóng)墾集團有限公司引入，該技術(shù)解決了黃河含沙水不能直接用于滴灌的技術(shù)難題[9]，無須過濾、澄清、更改原有輸水渠道[10]、布設(shè)電網(wǎng)和修建水庫，運行簡單，管道使用壽命長。

本試驗在賀蘭山東麓地區(qū)選擇研究區(qū)域，進行黃河含沙水自流微灌技術(shù)在釀酒葡萄種植上的應(yīng)用研究，旨在探索黃河含沙水微灌技術(shù)對葡萄生長發(fā)育、根際土壤含水量、節(jié)水效應(yīng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，以期為該技術(shù)在賀蘭山東麓地區(qū)的大面積推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于寧夏農(nóng)墾暖泉農(nóng)場農(nóng)5隊，地處寧夏賀蘭山東麓銀川平原西干渠中下游(38°41′～38°48′N、106°9′～106°12′E)，海拔1 120 m，該地形由黃河沖擊平原高階地和沖積扇形成，由西南向東北傾斜高差為29 m。該地區(qū)年降水量180～200 mm，蒸發(fā)量大，≥10 ℃年有效積溫 3 830.2 ℃，無霜期155 d左右，年日照時長2 851～3 106 h。土質(zhì)為典型的淡灰鈣沙性土壤，地下水位低，土壤滲漏嚴重，保水保肥能力差，0～60 cm土層土壤平均容重1.68 g/cm3，試驗地土壤基本理化性狀見表1。

表1 土壤基本理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為5年生釀酒葡萄霞多麗，在2014年自流微灌試驗的基礎(chǔ)上開展本試驗，2015年4—9月進行不同灌溉處理和指標測定。試驗采用大區(qū)對比設(shè)計，共設(shè)置3個處理，分別為水肥一體化處理(自流微灌+固體水溶肥)、自流微灌處理(自流微灌+常規(guī)施肥)、溝灌處理(溝灌+常規(guī)施肥，CK)。每處理葡萄行長50 m，行距3 m，株距0.3 m，種植8行，南北走向，每處理小區(qū)面積0.12 hm2。

溝灌全生育期共灌水3次，每次灌溉時長2 h，分別在萌芽期、盛花期和漿果膨大期進行。由于自流微灌系統(tǒng)借助了溝灌輸水渠道，因而灌溉與溝灌同步進行，其末級輸水管長50 m，出水孔間距30 cm，孔徑2 mm，每次灌水時長1 h。常規(guī)施肥采用根際條施的方法，分別在萌芽期、盛花期和漿果膨大期分3次施入，N、P2O5、K2O養(yǎng)分總量分別為360、240、255 kg/hm2，固體水溶肥采用寧夏農(nóng)墾賀蘭山生物肥料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的滴灌肥，其N、P、K有效養(yǎng)分含量是通過常規(guī)施肥用量進行等量換算得出。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生長及生理指標測定 每處理選擇長勢均勻一致的葡萄樹5株，在樹體上、中、下部分別對主干基莖、新梢基部、果穗等進行掛牌標記，重復(fù)3次。從萌芽至收獲前每隔15～35 d測定葡萄主干基莖、新梢枝條長度、新梢枝條基部直徑、葉綠素含量等指標變化。

1.3.2 土壤含水量測定 使用德國TRIME-PICO TDR便攜式土壤水分測量儀，采用土鉆取土烘干法，分別在自流 微灌+ 常規(guī)施肥處理和溝灌+常規(guī)施肥處理小區(qū)定點布設(shè)探管，從葡萄新梢快速生長期開始，每隔15 d測定1次葡萄根部0～80 cm土層的含水量，共測定4組，依次為0～20、20～40、40～60、60～80 cm，灌水前后加測。

1.3.3 灌水施肥均勻度測定 為驗證自流微灌的灌溉施肥均勻性，本試驗在水肥一體化處理試驗區(qū)中隨機選取1行葡萄，由輸水軟管首部至尾部每隔10 m放置1個大燒杯，并安排專人對固定時間內(nèi)的出水量進行記錄，共測定5組：T1，距軟管首部0 m處；T2，距軟管首部10 m處；T3，距軟管首部 20 m 處；T4，距軟管首部30 m處；T5，距軟管首部40 m處。共重復(fù)3次，最后留樣進行肥料均勻度測定。

1.3.4 灌水量及灌溉水利用效率測定 在每個處理區(qū)進水口分別安裝水表，記錄每次的灌溉水量，對比分析不同處理的灌溉水利用效率(WUE)，其計算公式為：WUE=經(jīng)濟產(chǎn)量/灌水量。

1.3.5 產(chǎn)量及品質(zhì)測定 成熟期每處理選取行長12 m的葡萄樹，重復(fù)3次，分別統(tǒng)計小區(qū)株數(shù)、單株產(chǎn)量、單株穗數(shù)、穗長、穗質(zhì)量、穗粒數(shù)及百粒質(zhì)量等，并隨機取樣測定果漿中總糖含量、總酸含量、可溶性固形物含量及pH值等指標，測定方法參照文獻[11]進行。

1.3.6 統(tǒng)計分析方法 試驗數(shù)據(jù)采用DPS 7.05軟件進行統(tǒng)計分析，結(jié)果由“平均值±標準差”表示，并用Duncan’s法進行多重比較差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式下釀酒葡萄生長及生理指標變化

2.1.1 主干基莖變化 釀酒葡萄主干年際變化較小，增粗不明顯，為了減小人為誤差，本試驗主干基莖的測定周期為1次/月。由圖1可以看出，萌芽后9 d測定水肥一體化、自流微灌、溝灌處理的主干基莖分別為2.57、2.54、2.42 cm，溝灌處理的主干基莖最小，與自流微灌條件下的常規(guī)施肥處理和水肥一體化處理差異明顯，這是由于本試驗是在2014年自流微灌試驗的基礎(chǔ)上開展的，2014年自流微灌灌溉對葡萄主干基莖增粗產(chǎn)生了一定的促進作用。整個生長發(fā)育階段，各處理的主干基莖隨著時間呈緩慢增長趨勢，萌芽后9～41 d主干基莖的增幅最大，之后增速有所減緩，萌芽后107 d達到最高，各處理主干基莖分別為 2.93、2.77、2.57 cm，水肥一體化處理最高，其次為自流微灌處理，各處理間無顯著差異。

2.1.2 釀酒葡萄新梢直徑變化 各處理新梢直徑隨時間呈“先升高后下降”的變化趨勢(圖2)。從圖2可以看出，萌芽后23 d開始各處理的新梢直徑快速增加，76 d達到最高，水肥一體化處理、自流微灌處理和溝灌處理新梢直徑分別為1.10、1.03、0.99 cm，各處理間差異不顯著。之后可能是由于枝條進入半木質(zhì)化，細胞壁原生質(zhì)流失，導(dǎo)致韌皮部體積縮小，新梢直徑縮小，至107 d趨于穩(wěn)定。

2.1.3 釀酒葡萄新梢長度變化 由圖3可以看出，各處理的新梢生長變化規(guī)律一致。萌芽后9 d葡萄新梢開始快速增長，至23 d時，水肥一體化處理、自流微灌處理和溝灌處理共14 d的新梢生長量分別達到36.3、35.8、41.3 cm，各處理間無顯著差異。萌芽后41 d新梢伸長速度開始變緩，57 d前后均達到最高水平，3個處理分別為79.1、86.4、74.4 cm，為了去除頂端優(yōu)勢，促進果實膨大，萌芽后76、92 d分別對樹體進行了1次機械摘心處理。

2.1.4 釀酒葡萄葉綠素含量變化 圖4顯示，6月各處理葉片葉綠素含量處于相對較低水平，此時葡萄葉片葉面積較小，光合性能較弱，水肥一體化處理、自流微灌處理的葉綠素含量均高于溝灌處理，SPAD值分別為37.2、35.9、36.7，說明營養(yǎng)生長階段，水肥一體化處理較其他處理養(yǎng)分供給好，為葉片生長創(chuàng)造了有利條件，但三者間的差異未達到顯著水平。7月各處理葉綠素含量均達到較高水平，水肥一體化處理和自流微灌處理的葉綠素含量分別為44.5和44.6，溝灌處理略低，三者間無顯著差異。8月葡萄植株生長開始向生殖生長轉(zhuǎn)移，葉片功能開始呈現(xiàn)下降趨勢，水肥一體化處理的葉綠素含量最高，SPAD值為45.7，與溝灌處理有明顯差異，說明生長后期水肥一體化處理的葉片衰老更加緩慢，維持了較強的光合作用。

2.2 不同灌溉方式的土壤水分狀況及灌溉施肥效果對比

2.2.1 土壤剖面含水量分布 在萌芽期至成熟期，各處理土壤剖面含水量均在40 cm土層出現(xiàn)偏低態(tài)勢，說明在此區(qū)域內(nèi)葡萄根系大量存在，對土壤水分的需求較為明顯，導(dǎo)致土壤水分下降明顯，但隨著土層深度的繼續(xù)增加，土壤含水量增加明顯，80 cm處達到最高(圖5至圖8)。圖5、圖6顯示，萌芽期至開花期，溝灌處理與自流微灌處理土壤剖面含水量變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)出表層土壤水分狀況較好，溝灌處理較自流微灌處理土壤含水量平均提高 1.5 百分點。20～40 cm土層，溝灌處理的含水量隨著土層深度的增加明顯下降。40～80 cm 土層，隨著土層深度的增加，各處理的土壤含水量又開始大幅增加，且60～80 cm土層溝灌處理與自流微灌處理的土壤含水量基本達到了相同水平。幼果膨大期至著色成熟期(圖7、圖8)，各處理的土壤含水量基本維持在相對較高水平，這對葡萄中后期的生長發(fā)育十分有利。40～80 cm土層中，自流微灌處理的土壤含水量明顯低于溝灌處理，平均下降4～7百分點，說明自流微灌處理在深層土壤中對水分的保蓄能力略顯不足。

2.2.2 灌溉水利用效率對比 水分利用效率是指產(chǎn)量水平的水分利用效率， 也就是灌溉單位體積水量所能收獲農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量[12]。由表2可以看出，自流微灌+常規(guī)施肥處理的灌溉水用水量最少，僅為988.8 m3/hm2，水肥一體化處理次之，而溝灌+常規(guī)施肥處理則高達2 662.5 m3/hm2，說明自流微灌系統(tǒng)實現(xiàn)較溝灌可節(jié)水1 673.7 m3/hm2，節(jié)水率達62.86%。自流微灌處理的經(jīng)濟產(chǎn)量為13 076.85 kg/hm2，略高于溝灌處理，但灌溉水利用效率高達13.22 kg/hm2，較溝灌高8.47 kg/m3，說明在產(chǎn)量水平相當(dāng)?shù)那闆r下，自流微灌灌溉方式的水分利用效率更高，節(jié)水效果更好。

表2 灌水量及灌溉水利用效率對比

2.2.3 水肥一體化技術(shù)對灌溉施肥均勻度的影響 由表3可以看出，距出水口不同距離出水孔的溢水量有所不同，其中T4的溢水量最高，為35.22 L/h，但僅與T3差異顯著(P<0.05)，末級輸水軟管其他4個出水孔的溢水量差異不顯著，說明自流微灌灌溉系統(tǒng)的灌水均勻度能夠滿足葡萄生產(chǎn)需要。銨態(tài)氮含量、礦化度均以T1為最高，分別為 138.13 mg/L、2.6 g/L，與T3、T4處理出水孔在0.05水平上達到顯著差異；硝態(tài)氮含量以T2為最高，為220.53 mg/L，與其他出水孔在0.05水平上達到顯著差異，說明隨水施用后肥料均勻度較差，可能是由施肥裝置在肥料溶解、攪拌和注入等方面存在不足導(dǎo)致的，須要進一步優(yōu)化。

表3 施肥灌溉均勻度分析

2.3 不同灌溉技術(shù)對釀酒葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

分析(表4)表明，葡萄漿果中可溶性固形物含量隨著灌水量的增加而降低。水肥一體化和自流微灌處理的漿果中可溶性固形物含量同為20.6%，溝灌處理略低，為19.0%，說明增加灌水量導(dǎo)致可溶性固形物含量降低，這與前人的研究結(jié)果[13]一致。糖酸比是衡量釀酒葡萄成熟度的一個常用指標，葡萄漿果中總糖含量和總酸含量不僅是衡量葡萄原料本身品質(zhì)的重要指標，更與葡萄酒的質(zhì)量有著直接影響[14]。但糖酸比并非越高越好，有研究指出，霞多麗葡萄漿果中總糖含量為190～210 g/L、總酸含量為7.2～6.0 g/L、pH值3.5～3.8、糖酸比為25～35時，所釀造出來的葡萄酒質(zhì)量最好[15]。表4顯示，各處理的總酸含量隨著總糖含量的增加而降低，其中水肥一體化處理的總糖含量最高，達到223.8 g/L，總酸含量僅為4.875 g/L，糖酸比高達45.9，與上述葡萄酒最佳釀造條件相差甚遠，而自流微灌處理的葡萄總糖含量、總酸含量及糖酸比均較為適中，具備釀造優(yōu)質(zhì)葡萄酒的基本條件。

表4 不同灌溉處理釀酒葡萄果實品質(zhì)對比

由表5可以看出，水肥一體化處理的單株穗數(shù)較自流微灌處理、溝灌處理分別增加2.0、1.6個；水肥一體化處理的單株產(chǎn)量較自流微灌處理、溝灌處理分別提高0.375、0.449 kg；水肥一體化處理的經(jīng)濟產(chǎn)量較自流灌溉處理、溝灌處理分別增加2 064.4、2 495.4 kg/hm2，增產(chǎn)率分別達到 15.8%、19.7%。水肥一體化處理和自流微灌處理的葡萄果粒百粒質(zhì)量較溝灌處理均增加10.0 g左右?？梢姡室惑w化處理的單株穗數(shù)、穗長、穗質(zhì)量等果穗性狀，果粒性狀和產(chǎn)量均明顯優(yōu)于其他處理，而自流微灌處理較溝灌略好。

3 結(jié)論與討論

近年來， 水肥一體化灌溉施肥技術(shù)在滴灌上運用較為廣泛，荒漠地區(qū)大量研究表明，釀酒葡萄使用該技術(shù)在節(jié)水率達到30%的同時還能提高17%的產(chǎn)量和1.9%的含糖量，可溶性固形物和維生素C含量顯著增加，果酸降低，并明顯改善葡萄口感、提高其營養(yǎng)價值[5，16-17]，而關(guān)于黃河含沙水自流微灌水肥一體化技術(shù)方面的研究國內(nèi)尚無相關(guān)報道。本試驗借鑒滴灌水肥一體化成功經(jīng)驗，利用現(xiàn)有自流微灌輸水系統(tǒng)，設(shè)計了一套簡易的施肥裝置，開展釀酒葡萄自流微灌條件下的水肥一體化灌溉施肥研究。本試驗結(jié)果表明，黃河含沙水自流微灌條件下的水肥一體化施肥技術(shù)可以促進釀酒葡萄的樹體營養(yǎng)生長，主干基莖增粗0.36 cm，但對新稍長度和新稍直徑影響較小。在葉片光合性能方面，該技術(shù)在葡萄生長的前中期對提高葉片光合性有一定的積極作用，但葉綠素含量差異未達到顯著水平，后期由于受水肥綜合效果影響，葉片中葉綠素含量能夠長時間維持在較高水平，顯著高于溝灌。

表5 不同灌溉處理釀酒葡萄產(chǎn)量及相關(guān)因素

在滿足釀酒葡萄農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求的基礎(chǔ)上，利用自流微灌灌溉系統(tǒng)能夠大大減少單次農(nóng)業(yè)灌溉量、下滲及行間側(cè)漫等無效耗水，灌溉有效性和均勻度增高。末級輸水軟管不同出水口的溢水量差異不顯著，在農(nóng)業(yè)灌溉可接受范圍內(nèi)，但肥液均勻度的差異均達到顯著水平，在水肥耦合方面效果欠佳，這主要是由于施肥設(shè)備太過簡易、施肥桶出流速度不穩(wěn)定、肥料溶解不充分等因素造成的。

自流微灌對葡萄根部0～40 cm土層土壤水分影響較大，土壤含水量較溝灌平均提高1～4百分點，但隨著垂直深度的增加，自流微灌在40～60 cm土層中對水分的保蓄能力逐漸降低。因此，改變灌溉方式不僅可實現(xiàn)減少灌溉用水量 62.86%，灌溉水利用率比溝灌提高8.47 kg/m3，而且對葡萄根部淺層土壤水分狀況的改善有促進作用。

適當(dāng)?shù)奶撬崞胶夂统墒於仁轻勗靸?yōu)質(zhì)葡萄酒的重要前提[18]。其中，成熟度會受到成熟期的晝夜溫差、光照、降雨量及灌溉等多種因素影響[19-20]，管理措施和生態(tài)環(huán)境會直接影響糖酸潛力的表達。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)量控制環(huán)節(jié)對葡萄漿果中的含糖量尤為重要。劉來馨等研究發(fā)現(xiàn)，霞多麗葡萄產(chǎn)量由33 000 kg/hm2下降到12 000 kg/hm2時，含糖量增加 33.1%，平均產(chǎn)量每降低3 000 kg/hm2，含糖量增加4.7%，但其后產(chǎn)量再降低時，含糖量的增加不明顯[21]。本研究采用自流微灌的葡萄經(jīng)濟產(chǎn)量較溝灌僅增加3.4%，百粒質(zhì)量增加10.0 g，可溶性固形物含量、總糖含量、糖酸比也接近優(yōu)質(zhì)葡萄酒所需條件。然而，該微灌系統(tǒng)集成水肥一體化技術(shù)后，葡萄單株穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量等指標均明顯增加，但糖酸比卻高達45.9，屬過熟表征，不利于優(yōu)質(zhì)酒釀造，因此，在使用水肥一體化技術(shù)前提下，應(yīng)根據(jù)實際情況適當(dāng)提前葡萄采收期，改善葡萄酒釀造品質(zhì)。