王輝，臧興隆，王楊，杜遠(yuǎn)鵬，翟衡*

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018)

隨著我國(guó)人口的逐漸增多，耕地面積越來越少，人均土地和淡水越發(fā)短缺，海水灌溉農(nóng)業(yè)就成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新方向，特別是我國(guó)沿海地區(qū)年降雨量大，海水灌溉實(shí)施的可行性就大大增加。將耐鹽植物種植于濱海灘涂地區(qū)，這些灘涂土壤被植物覆蓋，土壤蒸發(fā)量減少，有利于保持土壤水分[1]，土壤積鹽速率也隨之減少，土壤含鹽量和電導(dǎo)率均明顯減小，土壤有機(jī)質(zhì)和無機(jī)養(yǎng)分的增加，使土壤微生物數(shù)量也隨之增加，從而達(dá)到改善濱海鹽漬土的效果[2-6]。海水灌溉農(nóng)業(yè)使得海陸資源相互利用、開發(fā)，并開拓了海洋資源使用的新方向，對(duì)農(nóng)業(yè)內(nèi)涵的豐富、拓寬和外延，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[7]，對(duì)于緩解我國(guó)日益短缺的淡水資源具有重要的意義[8]。

前人研究表明，土壤酸化是阻礙我國(guó)北方農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因子，膠東半島棕壤土大部分偏酸性，在膠東半島等地的老果園土壤已經(jīng)嚴(yán)重酸化，并且呈現(xiàn)越來越嚴(yán)重的態(tài)勢(shì)[9]，嚴(yán)重制約了果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展[10]，加之長(zhǎng)期施用生理酸性肥料，過量施用氮肥，使硝態(tài)氮肥大量積聚，同時(shí)有機(jī)肥施用又偏少，土壤緩沖性差，造成土壤進(jìn)一步酸化[11]。通過使用ph值較高離子含量豐富的海水灌溉，不僅可以有效遏制土壤酸化，還有利于改善果實(shí)品質(zhì)[12]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2013—2015年在山東省蓬萊市國(guó)賓酒莊進(jìn)行，位于蓬萊城南丘陵地，2005年建園，品種為釀酒葡萄‘赤霞珠’，籬架栽培，株行距為1.0 m×2.0 m。偏酸性棕壤土，比較瘠薄。蓬萊市地處膠東半島最北端，瀕臨黃渤海，其海水基本性質(zhì)如下：礦化度為1200，不同季節(jié)ph在7.8～8.2，各種離子（單位：mg/L）分別是Na+10 560； Cl-18 980；SO42-2560；hCO3

-142；Ca2+300；Mg2+1690。蓬萊屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，降雨主要分布在7～9三個(gè)月份，但不同年份旱澇不均。2013—2015年降水總量分別為774.3 mm、483.5 mm和669.8 mm，受厄爾尼諾現(xiàn)象影響，上半年嚴(yán)重干旱，一直到8月初才有大雨。

預(yù)試驗(yàn)及測(cè)定指標(biāo)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院葡萄抗逆栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 海水澆灌次數(shù)確定試驗(yàn)

本試驗(yàn)的目標(biāo)是獲得對(duì)土壤沒有造成明顯鹽漬化，同時(shí)對(duì)葡萄沒有造成明顯傷害的澆灌次數(shù)。2013年春季采用20 cm×20 cm塑料盆，填充來自泰安徂徠山葡萄園的酸性土，分別澆灌0、1、2、4、6、8次10%濃度海水，每次澆灌后待自然蒸干進(jìn)行下一次澆灌，其中每澆2次海水就澆透一次自來水。每次結(jié)束后各取3盆的土壤自然風(fēng)干，研磨過篩，測(cè)定土壤ph、總鹽量及電導(dǎo)率值。

1.2.2 蓬萊田間試驗(yàn)

以釀酒葡萄‘赤霞珠’為試材，用10%海水進(jìn)行灌溉處理，灌溉時(shí)間分別為2013年9月25日、10月2日共計(jì)2次；2014年8月30日、9月10日、9月16日共計(jì)3次灌溉。經(jīng)過對(duì)前期數(shù)據(jù)分析后2015年形成4次灌溉，時(shí)間分別于6月18日、7月30日、8月13日、9月10日，除了對(duì)上述處理地塊繼續(xù)灌溉外，同時(shí)新增加一個(gè)新地塊形成1年海水灌溉處理，即形成3年、2年及1年的海水處理模式，統(tǒng)一于2015年取樣測(cè)定。

采用溝灌的方式，平均每株每次灌溉量20 L，每處理至少保持4個(gè)立柱空，每柱空間5株葡萄樹，即重復(fù)4次。對(duì)照為正常灌溉用水。灌溉后輕微劃鋤。

于采收期（10月15日前后）挑選樹勢(shì)和果實(shí)成熟度一致的10株葡萄，在不同結(jié)果母枝的相同節(jié)位各采摘3穗/株，帶回山東農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定果實(shí)品質(zhì)相應(yīng)的指標(biāo)，于落葉后采用五點(diǎn)取樣法用取土器在距離主干40 cm處，分別在0～20 cm和20～40 cm土層取土，每處理混合取樣2～3 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性狀。

1.3 測(cè)定方法

土壤ph值采用1∶1水土比浸提電位法，用ph數(shù)顯式酸度計(jì)法測(cè)定；土壤電導(dǎo)率值按水土比5∶l混合，用FE30梅特勒電導(dǎo)率儀測(cè)定；土壤總鹽量用殘?jiān)娓?質(zhì)量法測(cè)定，土壤水溶性鹽含量/(g/kg)＝m1×1000/m2，式中m1為烘干殘?jiān)|(zhì)量（g），m2為烘干土樣質(zhì)量（g），1000為換算系數(shù)。果實(shí)采摘后，每個(gè)處理選取30穗，每果穗分上、中、下3個(gè)部位各取3個(gè)果粒，采用便攜式測(cè)色儀（Chroma Meter CR-400，日本KONiCA MiNOLTA公司）測(cè)定每個(gè)果實(shí)赤道處面的L、a、b值，其后直接擠汁用手持式折光儀測(cè)定總可溶性固形物含量，重復(fù)3×30次。單穗擠汁后采用菲林試劑測(cè)定可滴定糖，用氫氧化鈉滴定法測(cè)定可滴定酸，重復(fù)5次。用hS-SPME-GC-MS（頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用）方法測(cè)定果實(shí)香氣成分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

采用Excel 2007和DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 海水灌溉次數(shù)的確定

從圖1可以看出，澆灌海水到第2次，土壤ph值只提高了0.52個(gè)單位，與對(duì)照相比沒有顯著性差異；當(dāng)澆灌到第4次時(shí)土壤ph比對(duì)照明顯提高0.72個(gè)單位，而澆灌8次顯著提高了1.07個(gè)單位，幅度顯然過大。

配合測(cè)定土壤總鹽量及電導(dǎo)率也可以看出，二者隨著海水澆灌次數(shù)的增加而持續(xù)增加（表1）。澆灌第1、2、4次海水的土壤總鹽量彼此沒有顯著性差異，但第4次澆灌海水土壤總鹽量比對(duì)照增加253.7%，觀察到鹽分開始積聚，同時(shí)其電導(dǎo)率也比澆灌兩次有大幅度提升，因此確定4次為年澆灌上限。

2.2 長(zhǎng)期海水灌溉對(duì)葡萄品質(zhì)的影響

2.2.1 長(zhǎng)期海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’果實(shí)糖酸水平的影響

2014年對(duì)田間海水灌溉1年和2年的果實(shí)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，2013年、2014年澆灌海水的果實(shí)可溶性固形物分別比對(duì)照提高1.1個(gè)單位、0.77個(gè)單位，2013年的可溶性固形物與對(duì)照差別顯著，2014年的沒有差別；可滴定酸分別比對(duì)照降低了2%、2.1%（圖2A、2B）。而2015年對(duì)灌溉1～3年的葡萄果實(shí)進(jìn)行測(cè)定表明，可溶性固形物含量分別比對(duì)照增加0.2、0.34、0.72個(gè)單位，即隨著灌溉年限的增加有提高趨勢(shì)；相反，可滴定酸含量有下降趨勢(shì)，灌溉3年比對(duì)照顯著降低了10.6%，灌溉二年降低了6.5%，灌溉一年沒有明顯變化（圖2C）。

圖1 海水灌溉次數(shù)對(duì)酸性土壤pH值的影響Figure 1 Effect of seawater irrigation times on soil pH of acid soil

表1 海水澆灌次數(shù)對(duì)土壤總鹽量及電導(dǎo)率的影響Table 1 Effect of seawater irrigation on soil salt content and electrical conductivity

圖2 長(zhǎng)期海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’果實(shí)糖酸水平的影響Figure 2 Effect of long term seawater irrigation on sugar and acid content of the 'Cabernet sauvignon'

2.2.2 海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’果實(shí)著色的影響

色差儀中L、a、b構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，代表物體顏色的色度值，任何顏色都有唯一的坐標(biāo)值，其中L值代表明暗度；a值代表紅綠色，正值代表紅色，負(fù)值代表綠色；b值代表黃藍(lán)色，正值代表黃色，負(fù)值表示藍(lán)色。絕對(duì)值越大代表色越強(qiáng)。

表2 海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’葡萄果實(shí)色差的影響Table 2 Effects of seawater irrigation on berry color of'Cabernet sauvignon'

由表2可以知道，2013年、2014兩年海水澆灌‘赤霞珠’L值比對(duì)照分別提高了0.6%、0.25%，即果實(shí)變亮了，但沒有顯著性差異；a值也沒有顯著性差異，但2014年比對(duì)照提高了3.2%，即紅色開始加強(qiáng)；b值2014年比對(duì)照顯著降低21%，即果實(shí)的藍(lán)色加強(qiáng)。

2015年測(cè)定表明，不同灌溉年限的葡萄色差，L值及a值均無明顯變化，僅b值有所降低，但并沒有年際累加效應(yīng)。此外不同年份著色的差異并不完全取決于海水澆灌與否，還與當(dāng)年的氣候條件特別是光照有關(guān)。

2.2.3 海水灌溉對(duì)葡萄果實(shí)揮發(fā)性香氣的影響

表3是長(zhǎng)期海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’果實(shí)幾種主要香氣物質(zhì)影響的分析?？梢钥闯?，長(zhǎng)期海水灌溉顯著提升了果實(shí)部分香氣成分，灌溉3年與對(duì)照相比，1-己醇增加了64.5%，順-2-已烯-1-醇增加了72.5%，漲幅明顯，并且呈現(xiàn)出年際累加趨勢(shì)；顯著降低了己醛的含量，灌溉3年比對(duì)照降低了30.5%，己酸和苯并噻唑含量則在持續(xù)澆灌海水后降低。

表3 長(zhǎng)期海水灌溉對(duì)‘赤霞珠’葡萄果實(shí)香氣的影響 （單位：μg/L）Table 3 Effect of seawater irrigation on berry volatile aroma (Unit: μg/L)

3 討論與結(jié)論

海水灌溉對(duì)環(huán)境、土壤以及作物的影響一直都是海水灌溉農(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)，土壤、生態(tài)環(huán)境不被破壞以及作物的安全是海水高效安全利用的一個(gè)基礎(chǔ)和前提[13]，研究者關(guān)注的重點(diǎn)是在確保作物豐產(chǎn)的條件下，選擇適當(dāng)?shù)暮Ｋ疂舛纫约昂侠淼墓喔裙?jié)律，使土壤內(nèi)鹽分一直保持平衡，使作物根層鹽分不發(fā)生積累現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)室開展的海水澆灌試驗(yàn)選擇的是葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色始期開始，到成熟前半月結(jié)束，可澆灌3～4次[14]，一方面希望適當(dāng)脅迫有利于轉(zhuǎn)向果實(shí)品質(zhì)發(fā)育，另一方面是考慮夏季降雨較多，每次海水澆灌之后都會(huì)有降雨發(fā)生，雨水的淋洗將避免海水鹽堿離子在土壤中的累積。

據(jù)測(cè)定，海水中含有80多中元素，其中植物生長(zhǎng)不可缺少的氮磷鉀鈣鎂鐵等礦質(zhì)元素比灌溉用的淡水要豐富的多，而膠東棕壤性酸性土恰恰缺乏鈣元素和鎂元素，從而導(dǎo)致果實(shí)缺鈣和缺鎂癥狀[15-17]。從本試驗(yàn)看，澆灌海水的確顯著改善了葡萄品質(zhì)，田間觀察發(fā)現(xiàn)，灌溉海水的葡萄上色明顯比對(duì)照要早，因此同一時(shí)間測(cè)定，葡萄的糖度較高，酸度較低，紅色和藍(lán)色加深，這對(duì)改善膠東半島釀酒葡萄著色困難的現(xiàn)狀有積極作用，無疑也將有利于改善葡萄酒的品質(zhì)。土壤酸化所導(dǎo)致的土壤性狀惡化，已經(jīng)對(duì)主要農(nóng)作物特別是經(jīng)濟(jì)作物造成了明顯的負(fù)面影響，除了科學(xué)合理的控制化肥使用量，適當(dāng)采用微咸水灌溉可能是一個(gè)值得探索的方法。從本試驗(yàn)看，海水灌溉有遏制土壤酸化的作用，這種緩慢而有效的遏制土壤ph下降的方式恰恰適宜于海水的長(zhǎng)期應(yīng)用，值得進(jìn)一步嘗試。