薛文瑞，宋達(dá)成，吳春榮

(1. 武威市石羊河林業(yè)總場，甘肅武威733000；2. 甘肅省治沙研究所，甘肅蘭州730070；3. 甘肅河西走廊森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅武威733000)

武威地處河西走廊東端，這里生產(chǎn)的葡葡成熟充分、糖酸適中、無病蟲害，特色突出，是我國最佳的優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄和葡萄生態(tài)產(chǎn)區(qū)之一[1]。其種植區(qū)位于101°43′～104°43′ E，36°46′～38°09′ N，分別分布在民勤縣、武威市和古浪縣北部的沙漠沿線區(qū)，正好處于北緯30°～40°的世界種植葡萄的“黃金”地帶[2]。但是目前民勤地區(qū)葡萄的產(chǎn)業(yè)化栽培仍處于較低水平，栽培技術(shù)較為落后，管理粗放，生產(chǎn)上片面追求高產(chǎn)而忽視果品品質(zhì)、水分管理不科學(xué)浪費嚴(yán)重等問題日益嚴(yán)重。對區(qū)域設(shè)施葡萄灌溉制度進(jìn)行研究，不僅能夠提高區(qū)域水資源利用效率，而且對提高設(shè)施葡萄的品質(zhì)及產(chǎn)量有著積極的促進(jìn)作用。

葡萄設(shè)施栽培因其能夠?qū)ιL環(huán)境進(jìn)行人工調(diào)控，所以能夠縮短或延長葡萄的生育期，促使葡萄提早或者延遲上市，還具有延長生育期和鮮果供應(yīng)期、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益高等眾多優(yōu)點，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。由于民勤地區(qū)干旱少雨，對設(shè)施葡萄進(jìn)行科學(xué)、合理的水分管理與調(diào)控，是設(shè)施果樹生產(chǎn)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水分的虧缺與過量都會對葡萄的生產(chǎn)造成較大的影響，不僅表現(xiàn)在物質(zhì)積累的生長發(fā)育階段，還能夠?qū)ζ咸训墓夂?、呼吸等作用產(chǎn)生影響。不合理的設(shè)施用水方式，不僅會造成水資源的浪費，還會引起設(shè)施內(nèi)部濕度過大、病害滋生等一系列問題，從而影響到果實的產(chǎn)量和品質(zhì)?？茖W(xué)的水分管理不僅有利于葡萄簡約化省力化栽培，還對緩解中國西部干旱地區(qū)水資源緊缺，實現(xiàn)區(qū)域葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文采用減量灌溉與常規(guī)灌溉2種灌水方式對民勤設(shè)施葡萄進(jìn)行對比試驗，探討不同灌溉方式對森田尼葡萄生長及果實品質(zhì)的影響，旨在為民勤地區(qū)森田尼葡萄的節(jié)水栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗于2018年3～11月在甘肅省武威市石羊河林業(yè)總場扎子溝分場進(jìn)行。地理坐標(biāo)為38°38′ N，103°05′ E，海拔1378 m，屬溫帶大陸性氣候，日照強(qiáng)烈，晝夜溫差大，干旱少雨，輻射強(qiáng)烈，蒸發(fā)量大，氣候干燥，風(fēng)大沙多。年均氣溫8.5 ℃，極端高溫38.4 ℃、極端低溫-30.4 ℃，地表年均溫度10.87 ℃，相對濕度51.83%，年蒸發(fā)量1858.1 mm，年降水量174.4 mm，日照時數(shù)2420 h。

試驗基地設(shè)施大棚為坐北朝南、東西走向的日光溫室，棚內(nèi)土壤為堿性粉沙壤土，土壤pH 7.0～8.5，含鹽量0.146%，有機(jī)質(zhì)0.198%，全氮0.008%，全磷0.116%。土層深厚且疏松，有利于葡萄根系的生長，礦物質(zhì)含量豐富，熱交換快，對葡萄果實的著色和成熟起著較好的促進(jìn)作用。

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計

供試材料為從河北購進(jìn)的2年生的森田尼(Centennial seedless)無核青提葡萄，采用單籬V型架進(jìn)行栽培。拱棚為東—西走向，起壟栽培，株行距1 m×2 m。東、西兩端為夯實土墻體，棚長50 m，棚寬10 m，側(cè)邊高1.2 m，頂高3.5 m，采用單層棚膜。灌溉方式為溝灌，在每棵供試葡萄植株兩側(cè)灌水溝內(nèi)分別布設(shè)一根Diviner 2000土壤水分測管，灌溉時間與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉時間保持一致。灌溉時用軟管直接進(jìn)行灌水，水管末端安裝水表以精確控制灌水量。在每種灌水方式處理區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)選擇長勢一致的葡萄樹進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定與分析。試驗期間除灌水外，其他田間管理均與平常一致。灌水量設(shè)定：試驗設(shè)置W1(減量溝灌)和W2(常規(guī)溝灌)2種不同的灌溉定額處理，在果實膨大期及果實轉(zhuǎn)色期進(jìn)行灌溉。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。

2.2 測定項目與方法

2.2.1 設(shè)施葡萄成熟期土壤含水率的測定。采用土壤水分測定儀(HM-SW)測定成熟期設(shè)施葡萄地下40 cm深度土壤含水率，期間每3～5 d測定一次，灌水前后和降雨后加測。

2.2.2 設(shè)施葡萄成熟期葉片水勢的測定。選擇晴朗無云天氣對2種處理的葡萄葉水勢日變化進(jìn)行測定。在試驗小區(qū)內(nèi)，每個處理的每行中選取長勢一致的葡萄植株3株，采用Model-3005植物壓力水勢儀對每株葡萄隨機(jī)選擇的3片向陽葉片進(jìn)行離體測定，于06:00開始測定，每2 h測定1次，直至20:00結(jié)束。

2.2.3 設(shè)施葡萄成熟期光合指標(biāo)的測定。選擇晴朗無云天氣對2種處理的葡萄相關(guān)光合指標(biāo)進(jìn)行測定。在試驗小區(qū)內(nèi)，每個處理均選擇與測定葡萄葉水勢相對應(yīng)的3株苗木進(jìn)行定點測定，每株葡萄苗木選取倒數(shù)第3個結(jié)果枝并標(biāo)記，以標(biāo)記結(jié)果枝自基部起第5片葉片作為測定對象。采用美國LI-COR公司的Li-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)對葡萄成熟期凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度及蒸騰速率等指標(biāo)進(jìn)行測定，于07:00開始測定，每2 h測定1次，直至19:00結(jié)束，每次測定在30 min內(nèi)完成。

2.2.4 設(shè)施葡萄成熟期葉片水分利用效率的測定。葉片水分利用效率(WUE)用美國LI-COR公司的Li-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)所測的光合速率與蒸騰速率的比值進(jìn)行反映。具體公式表示為： WUE=Pn/Tr(Pn為葉片的凈光合速率，Tr為蒸騰速率)。Pn、Tr單位分別為μmol/m2·s和mmol/m2·s。

2.2.5 設(shè)施葡萄成熟期葡萄主要品質(zhì)指標(biāo)的測定。葡萄成熟后，各處理分別選取5株代表性植株，每株按上、中、下三個部位隨機(jī)選擇3串果穗，并分別隨機(jī)選取果穗上、中、下部分共10顆果粒用于以下指標(biāo)的測定：果實單粒重采用精度為0.01 g的天平進(jìn)行測定；果實縱橫徑選用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測定；果實可溶性固形物含量采用固形物測定儀(QL-610)進(jìn)行測定；果實可滴定酸含量采用滴定法進(jìn)行測定；果實可溶性糖含量采用蒽酮比色法進(jìn)行測定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計及圖表繪制，用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果分析

3.1 不同灌量下葡萄成熟期土壤體積含水率

由表1可見，2種不同水分處理下，設(shè)施環(huán)境內(nèi)土壤含水率存在一定的差異性。W1處理土壤含水率最高時占田間持水量的76.64%，土壤含水率最低時占田間持水量的65.00%，平均保持在田間持水量的71%左右；而W2處理土壤含水率最高時占田間持水量的80.00%，土壤含水率最低時占田間持水量的70.87%，平均保持在田間持水量的75%左右。在栽植基質(zhì)相同的前提下，W2處理土壤含水率在上限與均值均大于W1處理。

表1 森田尼無核葡萄生育期灌水制度表

3.2 不同灌量下成熟期葡萄葉水勢日變化

由圖1可見，2個水分灌溉處理下的葡萄葉片水勢值變化情況較為一致，均表現(xiàn)為清晨和傍晚數(shù)值較大，中午數(shù)值較小的特征，葉水勢日變化趨勢總體表現(xiàn)為“U”字型曲線。

圖1 2種水分處理下葡萄葉水勢日變化(9月10日)

2個水分灌溉處理下的葡萄葉片水勢在早上6:00時保持在-0.38～-0.46 MPa，在08:00時后由于日出的原因，區(qū)域氣溫不斷升高，太陽輻射不斷增強(qiáng)，葉水勢呈現(xiàn)迅速下降的趨勢，于10:00時后葉水勢下降趨勢有所減緩，直到14:00時左右達(dá)到最低值，此時W1與W2處理分別降至-1.98 MPa與-1.91 MPa。14:00時后葉片水勢開始緩慢回升，并于18:00時后由于太陽降落的原因而迅速升高，直至20:00時左右回升到最高值，2種處理分別達(dá)到了-0.64 MPa、-0.47 MPa。

從森田尼無核葡萄葉水勢的日變化規(guī)律可看出，黎明前的葉水勢最高，代表著植物水分的恢復(fù)狀況。葉水勢日變化中最低值一般出現(xiàn)在14:00，此時的葉水勢值代表著葡萄一天中所經(jīng)受的最強(qiáng)水分脅迫程度?？傮wW2處理葉水勢高于W1處理，說明灌水量大的樹體本身含水量較高，但是，2種處理之間的差異性不大，體現(xiàn)W1處理方式下水分生產(chǎn)效率更高。

3.3 不同灌量下成熟期葡萄光合特征日變化

不同水分處理葡萄成熟期葉片光合特征日變化趨勢較為一致，但是2種處理間的日變化參數(shù)有所不同(見圖2-圖5)。

圖2 2種水分處理下葡萄蒸騰速率日變化

圖4 2種水分處理下葡萄葉胞間CO2濃度日變化

圖5 2種水分處理下葡萄凈光合速率日變化

總體來看，W1、W2處理蒸騰速率呈單峰曲線，具體為先上升再下降的趨勢，7:00的蒸騰速率比較低，7:00之后蒸騰速率開始迅速上升，并于11:00達(dá)到最大值。W1、W2處理分別達(dá)到了7.83 mmol/m2·s與9.96 mmol/m2·s，之后開始不斷下降，并于17:00之后蒸騰速率降幅明顯，最終于19:00時降至一天中的最低點，僅為0.11 mmol/m2·s與0.23 mmol/m2·s。W2處理蒸騰速率總體高于W1處理，且日變化波動較大，說明充足的灌水條件較低灌量更有利于葡萄葉片的蒸騰作用。W1、W2處理氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率一樣，也表現(xiàn)為單峰曲線，7:00森田尼葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度較低，總體處于0.084～0.137 mol/m2·s之間，隨后開始大幅上升，至9:00左右達(dá)到最大值0.414 mol/m2·s，隨后W1處理開始緩慢下降，直至19:00結(jié)束。而W2處理下降幅度更大，幾乎達(dá)到直線下降，并且在15:00低于W1處理，降至最低值，僅為0.107 mol/m2·s，之后趨于平緩。證明森田尼葡萄在溫度高、濕度低的干燥環(huán)境下，以限制氣孔開放的方式來降低蒸騰速率。在葡萄葉胞間CO2濃度方面，2種處理之間的差異性并不明顯，胞間CO2濃度總體表現(xiàn)為先突降后微升，并在午休微降后于15:00再平緩微升，最后再次平緩降低，但是上升及下降幅度并不大，是在突然壓縮后出現(xiàn)一定程度的震蕩變化。這一變化規(guī)律與大氣中CO2濃度變化保持一致，于夜晚富集，但在清晨日出光照強(qiáng)烈時會急劇降低，之后進(jìn)入平穩(wěn)的變化階段。森田尼葡萄在晴天條件下的凈光合速率日變化如圖5所示，可以看出，森田尼葡萄葉片的凈光合速率日變化呈雙峰曲線，主峰與蒸騰速率保持一致，均出現(xiàn)在11:00左右，峰值保持在29.61 μmol/m2·s～35.50 mol/m2·s之間，之后緩慢下降直至15:00左右出現(xiàn)次峰，W1、W2處理分別為22.37 μmol/m2·s與23.66 μmol/m2·s，在13:00左右出現(xiàn)明顯的“午休”現(xiàn)象，之后凈光合速率逐漸降低，于17:00后迅速下降，最終在19:00與07:00保持在同等水平。

葉片缺水會影響到氣孔運動，導(dǎo)致進(jìn)入葉片的CO2濃度降低，光合速率也會受到影響。森田尼葡萄胞間CO2濃度大部分時間是處于較低狀態(tài)，而且，除上午氣孔導(dǎo)度較大外，下午胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度均處于較低水平。但在13:00～15:00階段光合速率處于較高水平，只有在15:00～17:00階段凈光合速率與胞間CO2濃度兩者同時減小。此時凈光合速率下降的主要原因是由于氣孔導(dǎo)度的變化而引起的，此外可能還由于葉片葉肉細(xì)胞羧化能力的降低所致。引起光合“午休”現(xiàn)象的原因主要是由于大氣干旱和土壤干旱使植物失水大于吸水，從而引起氣孔導(dǎo)度降低甚至出現(xiàn)葉片萎蔫現(xiàn)象，導(dǎo)致葉片對CO2吸收降低。并且由于午間的高溫、強(qiáng)光作用，導(dǎo)致植物會產(chǎn)生光抑制反應(yīng)，光呼吸作用增強(qiáng)等，這些因素都會導(dǎo)致光合速率的下降，是一個綜合性過程?？傮w來說，影響葡萄葉片光合日變化的主要因子有有效輻射、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度等，想要嚴(yán)格區(qū)分哪個因子對光合作用的影響更大是非常困難的，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.4 不同灌量下成熟期葡萄水分利用率日變化

由圖6可知，2種水分處理下，葡萄葉片水分利用率特征基本相同，均表現(xiàn)為07:00～17:00呈波動性變化，17:00之后大幅上升的趨勢。上午緩慢增長，11:00太陽輻射增強(qiáng)，氣溫升高，葡萄葉片光合速率及蒸騰速率大幅提升，綜合導(dǎo)致水分利用率降低，此時W1、W2處理葡萄水分利用率分別為4.08 μmol/mol與2.48 μmol/mol。13:00左右由于發(fā)生光合午休作用而變化不明顯，于17:00后開始大幅增長。由此顯現(xiàn)出森田尼葡萄水分利用率日變化主要以前期低效率，后期高水分利用效率為主的特性。各處理水分利用率較為接近，總體上W1處理略高于W2處理。

圖6 2種水分處理下葡萄水分利用率日變化

葡萄果實品質(zhì)的優(yōu)劣與土壤水分有著重要的關(guān)系。由表2可知，隨著灌水量的減少，W1處理的葡萄在可溶性固形物、可溶性糖含量上均高于W2處理，但在果粒大小、單粒重、可滴定酸和硬度等方面略低于W2處理。由此可以說明一定程度的水分虧缺可以提高葡萄的品質(zhì)，但不同灌水量處理下葡萄果實性狀及品質(zhì)差異性并不顯著。在可溶性固形物方面，W1、W2處理葡萄分別達(dá)到了16.7%與16.4%；在可溶性糖方面，W1處理葡萄達(dá)到了16.2%，比W2處理葡萄高出了1.2%左右；可滴定酸隨灌水量的減小而減小，W1處理在可滴定酸方面較W2處理葡萄更低，低了約0.04%，僅為0.55%左右。說明水分虧缺可以從一定程度上增加葡萄甜度、減少葡萄酸度。果粒大小及單粒重方面，W1處理葡萄平均大小約為6.89 cm3，平均單粒重量為11.6 g，而W2處理葡萄平均約為7.14 cm3，平均單粒重量為12.1 g，W2處理下葡萄體積與質(zhì)量更大，說明在一定范圍內(nèi)，葡萄果實會隨著灌水量的增多而增大增重。2種灌水處理下葡萄果實在硬度方面差異性不顯著，總體保持在2.67～2.79 kg/cm2之間。

表2 不同灌水處理下設(shè)施葡萄果實性狀及品質(zhì)

4 結(jié)論與討論

水分不僅是光合作用的原料，而且擔(dān)負(fù)著植株體內(nèi)物質(zhì)的運輸，長時間的過度水分虧缺對植株的負(fù)面影響是毋庸置疑的。而在植株對水分不敏感的生育階段進(jìn)行適度地水分虧缺后再補充水分，能產(chǎn)生補償作用，甚至超額補償，這就是調(diào)虧灌溉在提高水分利用效率的同時不會使產(chǎn)量顯著降低的原因[3]。

植物葉水勢隨著土壤含水量的降低和升高而變化。當(dāng)土壤含水量下降到嚴(yán)重影響植物水分供給時，植物葉水勢就會急劇變化并出現(xiàn)拐點，即水勢臨界點。該點是葡萄維持正常生理活動保持葉水勢的臨界點，也是葡萄充分灌溉的臨界線。當(dāng)土壤含水率較低時，葉水勢快速下降，根部吸水阻力增大，葡萄體內(nèi)水分虧缺，葉片部分氣孔口開始合攏或間歇性關(guān)閉，為維持葡萄正常的生理活動，應(yīng)當(dāng)及時補足水分。實踐過程中，植物體是允許水分虧缺的，輕度的水分虧缺對光合影響不大，但可明顯地降低蒸騰，減少水分浪費，從而提高水分利用效率。當(dāng)植物體水分的喪失使細(xì)胞膨壓降低，直至膨壓消失，植物才會休眠或死亡。本研究中，2種不同水分處理下的葡萄葉水勢的日變化特征較為一致，均表現(xiàn)為早晚高、午間低的“U”字型曲線。2種處理下葡萄葉水勢一天中的最高值均出現(xiàn)在06:00左右，且W2處理更高。土壤含水量越低，對應(yīng)葡萄葉片水勢就越小。由此可以推斷在一定的灌量條件下，葉水勢與灌水量呈正比，這一結(jié)論與趙陽[4]等對弗雷無核葡萄與土壤含水量的研究結(jié)果相一致。中午前后是葉水勢曲線拐點，最低值出現(xiàn)在14:00，此后隨著太陽高度角的降低，葉水勢又開始逐漸升高，直到20:00。各水分處理條件下葡萄凈光合速率日變化均存在2個極大值，分別出現(xiàn)在12:00與15:00，呈現(xiàn)明顯的“雙峰型”，并且存在明顯的午休現(xiàn)象。這與多數(shù)植物在晴朗天氣下的氣孔運動規(guī)律相一致：即早晨開放，中午略關(guān)閉，日落前基本關(guān)閉[5-6]。CO2作為光合作用的底物之一，其濃度必然會對光合作用產(chǎn)生重大影響[7]，本試驗中，07：00～09：00階段，設(shè)施內(nèi)CO2濃度含量較高，是光合作用的促進(jìn)因子，并起到?jīng)Q定性作用。隨著光合作用的發(fā)生，CO2濃度大幅下降，到11:00左右，CO2濃度將至最低值，而此時光合速率正好是最高值，之后CO2成為了光合速率的限制性因子，導(dǎo)致午休現(xiàn)象的發(fā)生。最后伴隨太陽輻射的降低，光合速率也不斷下降至低谷。氣孔導(dǎo)度的變化趨勢與蒸騰速率的變化趨勢較為相似，均呈“單峰型”曲線變化，且在09:00～11:00期間數(shù)值較高，之后逐漸降低。當(dāng)植物受到土壤水分脅迫時，為了降低葉片水分的散失，采取了降低或暫時關(guān)閉氣孔的反應(yīng)機(jī)制，導(dǎo)致氣孔呼吸微弱，蒸騰速率下降。這是植物的一種正常生理反應(yīng)，能夠有效減少植物在蒸騰過程中水分的流失，這一結(jié)論與前人[8]的觀點保持一致。通過對比，本試驗發(fā)現(xiàn)葡萄植株凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率日變化之間呈正相關(guān)關(guān)系，胞間二氧化碳濃度呈先降后升的變化趨勢，這與張正紅[9]、房玉林[10]等人的研究結(jié)果相一致。設(shè)施配套灌溉水利用率隨著灌溉量的增加而減小，但在一定程度灌水量范圍內(nèi)，其減小趨勢并不隨著灌溉量的持續(xù)增加而急劇下降。在葡萄生長后期節(jié)水有利于土壤保水保肥，提高葡萄果實含糖量，對葡萄果實品質(zhì)起到較好的改善作用。葡萄果實品質(zhì)與灌水量之間關(guān)系密切，適度的水分虧缺有利于提高葡萄的品質(zhì)。

本試驗中，經(jīng)W1處理的葡萄在可溶性固形物、可溶性糖含量等方面表現(xiàn)更好，而經(jīng)W2處理的葡萄在果粒大小、單粒重和硬度等方面表現(xiàn)更好。說明伴隨灌水量的降低能夠提高葡萄果實可溶性固形物和可溶性糖的含量，從而減輕葡萄的酸度，提高葡萄的整體品質(zhì)。本試驗W1處理下葡萄栽植成本更低，且葡萄果實在可溶性固形物、可溶性糖含量等方面表現(xiàn)較優(yōu)，可以作為民勤地區(qū)設(shè)施葡萄節(jié)水栽培條件下森田尼無核葡萄生產(chǎn)中較優(yōu)的節(jié)水灌溉方案。