孫嘉星，王麗娟，韓衛(wèi)華，龔道枝,2,3*，高麗麗,2,3，李昊儒,2,3，毛麗麗,2,3，郝衛(wèi)平,2,3

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；2.作物高效用水與抗災減損國家工程實驗室，北京100081；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室，北京100081）

0 引 言

【研究意義】葡萄因能生產(chǎn)顏色鮮艷、汁多味美、營養(yǎng)豐富的果實，在世界上被廣泛栽培[1]。隨著我國釀酒葡萄的種植規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)中盲目灌溉施肥的現(xiàn)象也普遍存在，雖然為果農(nóng)帶來較高的經(jīng)濟效益，但同時也嚴重消耗著有限的水資源，還造成了大量的養(yǎng)分流失污染環(huán)境，從而導致水肥利用效率低。因此，通過滴灌水肥一體化，“以肥調(diào)水”、“以水促肥”，并實時監(jiān)測釀酒葡萄莖稈液流速率合理調(diào)配灌溉水，對提高水分利用效率和保障釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！狙芯窟M展】目前，國內(nèi)外有關(guān)水肥一體化下不同作物產(chǎn)量和品質(zhì)的研究已有較多的報道。初步研究表明，在干旱地區(qū)采用滴灌技術(shù)可實現(xiàn)節(jié)水50%以上，產(chǎn)量和品質(zhì)也有不同程度提高。同時，滴灌時隨水施肥可使氮肥利用率達90%以上[1]。水肥一體化的增產(chǎn)效應存在一個閾值。低于該閾值，水肥增產(chǎn)效果明顯；高于該閾值，增產(chǎn)效果不明顯，造成水肥投入的浪費[2]，由于試驗條件、試驗作物和研究方法等的不同，增產(chǎn)效應的閾值不同[3]。張梅花等[4]研究表明在釀酒葡萄果實膨大期進行虧水處理會導致減產(chǎn)，在著色成熟期輕度虧水可提高品質(zhì)且減產(chǎn)幅度最小。此外，釀酒葡萄在生長過程中的大量水分主要是通過蒸騰作用消耗，因此，在很大程度上莖稈液流速率能夠反映果樹的蒸騰耗水。國內(nèi)外研究表明，補償熱脈沖法已被證明是一種連續(xù)測量木本作物中莖稈液流的有效方法，具有較高的準確性和實用性[5]，被認為適合于評估樹木水分狀況。在旱塬地區(qū)蘋果樹的莖稈液流速率和太陽輻射、空氣溫度、空氣相對濕度以及飽和水汽壓差的相關(guān)性極顯著[6]；張清明等[7]研究揭示了滴灌條件下核桃樹莖流變化規(guī)律；韓兆敏等[8]研究了油松的莖流特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系，得出影響油松莖流的環(huán)境因子依次是太陽輻射、空氣相對濕度、空氣溫度和土壤平均溫度，并對其進行多元逐步回歸分析?！厩腥朦c】在已有的不同灌溉水平對葡萄產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究中，多數(shù)側(cè)重于寧夏葡萄產(chǎn)區(qū)，而華北地區(qū)雖也屬于溫帶大陸性氣候，但年均降水量（400 mm 左右）顯著高于寧夏葡萄產(chǎn)區(qū)（200 mm），對此地區(qū)水肥一體化下不同灌溉水平對釀酒葡萄的影響研究較少，而且在已有的研究中，對不同生育期莖流與多個氣象因子的多元回歸分析尚未深入?！緮M解決關(guān)鍵問題】本文主要針對張家口地區(qū)水資源有限、土壤持水能力差及經(jīng)濟作物的灌溉施肥管理方式粗放造成的產(chǎn)量低、品質(zhì)差等瓶頸問題，通過分析不同灌溉水平對釀酒葡萄莖稈液流的變化規(guī)律以及其對產(chǎn)量品質(zhì)和灌溉水利用效率的影響，從而得出適合當?shù)蒯劸破咸训淖罴压喔人?，為釀酒葡萄在特定地區(qū)氣候條件下的水肥一體化科學管理提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年5—10月在張家口市宣化區(qū)華洋葡萄酒莊釀酒葡萄種植基地進行。試驗地位于北緯40°38′，東經(jīng)114°54′，平均海拔655 m，屬東亞大陸性季風氣候。年平均氣溫7.6 ℃，日照時間為2 693 h，年均降水量410 mm，降水集中在7—8月。供試釀酒葡萄品種為歐亞種（Vitis.vinifera L）“赤霞珠”（Cabernet Sauvignon）。供試土壤為沙壤土，0～100 cm 土壤平均體積質(zhì)量約為1.59 g/cm3，田間體積持水率為28%。

1.2 試驗設計

試驗釀酒葡萄（赤霞珠）為10 a 生，果樹株行距為0.5 m×2.8 m。試驗在同一施肥水平下設置3 個灌水水平：HW（100%M，M為灌水定額）、中水MW（80%M）、低水LW（60%M），每個處理3 次重復，共設置9 個試驗小區(qū)。試驗處理時期從釀酒葡萄開花坐果期到收獲前30 d。灌水方式為滴灌，灌水時間按照高水HW 小區(qū)是否達到水量下限（70%田間體積持水率）來確定，施肥采用攪拌罐攪拌水溶肥進行水肥一體化施肥，每次灌水施肥同步進行，肥料類型為金正大公司生產(chǎn)的滴灌專用水溶肥平衡型（N、P2O5、K2O 總量大于51%，且三者質(zhì)量比為17∶17∶17）和高鉀型（N、P2O5、K2O 總量大于50%，且三者質(zhì)量比為10∶4∶36），2 種肥料交替使用，每次施用量為84 kg/hm2。不同處理設立保護行進行隔擋。在每個試驗小區(qū)各選擇一株生長良好、無病蟲害、樹勢一致的葡萄樹安裝TDP（Thermal Dissipation Probe）莖流探針。所用植物莖流計為北京雨根科技有限公司生產(chǎn)的TDP-10，探針長為10 mm，直徑為1.2 mm。試驗地葡萄園中除草、剪枝、噴藥等田間管理措施均與當?shù)乇３忠恢隆?/p>

灌水定額（M）計算為：

式中：M為灌水定額（mm）；z為土壤計劃濕潤層深度（cm），60 cm；p為滴灌濕潤比（%），50%；θmax為適宜土壤體積含水率上限（%），取田間持水率；θmin為適宜土壤體積含水率下限（%），取70%田間持水率。

1.3 測定項目及方法

氣象數(shù)據(jù)：氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測來自試驗地的小型氣象站，每10 min 記錄1 次空氣溫度（Ta）、空氣相對濕度（RH）、太陽輻射（Rs）、風向、風速（Ws）等，如圖1 所示。

圖1 2019年葡萄園氣象參數(shù)的變化曲線Fig.1 Curves of meteorological parameters in vineyard during 2019

莖稈液流：采用TDP 插針式莖流計監(jiān)測釀酒葡萄莖稈液流。莖流計探針安裝高度距地面20 cm，并用反射性泡沫鋁膜進行包裹，每10 min 采集1 次數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄兩探針間的溫度差。

土壤體積含水率：利用Trime 監(jiān)測土壤體積含水率，每個小區(qū)埋設1 根，埋設位置在距毛管10 cm處，測定深度為100 cm，每20 cm 為1 層，共5 層，每8～10 d 測量1 次，降雨和灌水后加測。同時用土鉆取土，采用烘干法進行測定。

果實產(chǎn)量：每小區(qū)隨機采摘3 株葡萄，測定每株葡萄產(chǎn)量，并取其平均值作為最終結(jié)果。

果實品質(zhì)：在果實采收期，每個處理隨機選取10 串葡萄測定營養(yǎng)品質(zhì)，并取其平均值作為最終結(jié)果。利用數(shù)顯折光儀測定可溶性固形物量，利用NaOH 滴定法測定可滴定酸量，利用二硝基水楊酸法測定可溶性糖量。利用福林-肖卡法測定果皮總酚量，利用pH 示差法測定花色苷量，利用福林-丹尼斯法測定單寧量。

灌溉水利用效率IWUE的計算式[9]為：

式中：IWUE為灌溉水利用效率（kg/m3）；Y為產(chǎn)量（kg/hm2）；I為灌溉量（m3/hm2）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Granier 得出的補償式莖流計算式[10]計算釀酒葡萄莖稈液流速率，計算式為：

式中：K為無量綱“莖流指數(shù)”；dTmax為植株無液流時TDP 兩探針間的最大溫差（℃）；dT為植株有液流時TDP 兩探針間的瞬時溫差（℃）；V為莖桿液流速率（cm/h）；其中，dTmax和dT均為儀器自動監(jiān)測數(shù)據(jù)。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進行初步整理，并用SPSS 19.0 進一步處理和分析，最后利用origin 9.1 和Graphpad 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉水平下釀酒葡萄土壤水分動態(tài)變化

圖2 為2019年釀酒葡萄關(guān)鍵生育期內(nèi)不同水分處理條件下葡萄根區(qū)0～100 cm 平均土壤含水率動態(tài)變化。野外試驗地內(nèi)釀酒葡萄土壤含水率的變化主要是降水和灌水與蒸發(fā)蒸騰綜合作用的結(jié)果，試驗處理期間累計降水20 次，達334 mm，主要集中在7—8月。在灌水或較大降水后土壤含水率迅速上升，隨后逐漸下降，釀酒葡萄生育期內(nèi)不同灌水處理下的土壤體積含水率幾乎均表現(xiàn)出HW處理>MW處理>LW處理（圖2）。

圖2 2019年全生育期內(nèi)不同水分處理土壤水分動態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of soil moisture under different water levels during growing period during 2019

2.2 不同處理對釀酒葡萄莖稈液流速率日變化規(guī)律及其對氣象因子的響應

選取不同生育期典型晴天對釀酒葡萄莖稈液流速率變化規(guī)律進行分析，圖3（a）—圖3（h）分別為‘赤霞珠’葡萄在開花坐果期、果實膨大期、著色期、果實成熟期（20190531、20190714、20190803、20190905）的莖稈液流速率日變化曲線及氣象因子的變化趨勢，結(jié)果顯示不同灌溉水平下，‘赤霞珠’葡萄單日莖稈液流速率整體上均呈現(xiàn)出晝高夜低的變化規(guī)律，日變化趨勢也大體相同且釀酒葡萄液流速率在不同灌溉水平下排序為：HW 處理＞MW 處理＞LW 處理。在‘赤霞珠’葡萄的不同生長時期，其液流速率的啟動時間、到達峰值的時間和下降時間也有差異，液流速率隨著季節(jié)和生育期表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，這可能與果樹不同生育期對水分的需求量和該生育期內(nèi)氣象因子的變化有關(guān)。著色期的液流速率較高，因為該時期為釀酒葡萄果實膨大期向漿果成熟期轉(zhuǎn)變的過渡時期，也是果樹需水需肥的關(guān)鍵時期，隨著太陽輻射增強和空氣溫度升高，液流速率也隨之升高。

圖3 不同生育階段不同水分處理釀酒葡萄莖稈液流速率與氣象因子日變化Fig.3 Wine grape stem flow rate and meteorological factors under different water levels at different growth stages

為進一步探明在不同的灌溉水平下環(huán)境因子對釀酒葡萄液流速率的綜合影響，選取不同生育期內(nèi)典型晴天的莖稈液流速率，對其與各個氣象因子進行多元回歸分析。表1 為在不同灌溉水平下釀酒葡萄不同生育期的液流速率與各個氣象因子的多元回歸方程。將液流速率作為因變量，空氣溫度Ta、空氣相對濕度RH、太陽輻射Rs以及風速Ws作為自變量進行回歸分析。由表1 可以看出，回歸系數(shù)均達到顯著水平，說明多元回歸方程可以較好地定量表征不同灌溉水平下釀酒葡萄液流速率與氣象因子之間的關(guān)系。通過比較氣象因子與葡萄液流速率之間的相關(guān)性可知，整體相關(guān)性最高的為MW 處理，HW 處理次之，LW 處理最低。

表1 不同水分處理下不同生育期內(nèi)葡萄莖稈液流速率與氣象因子的回歸方程Table 1 Regression equations between stem flow rate and meteorological factors under different water levels at different growth stages

2.3 不同灌溉水平對釀酒葡萄產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

由表2 可知，MW 處理產(chǎn)量最高，為10 736.68 kg/hm2，其次為HW 處理，LW 處理最低。不同灌溉水平下，釀酒葡萄的產(chǎn)量未表現(xiàn)出顯著差異，不同灌溉水平下，灌溉水利用效率存在顯著差異（P<0.05），灌溉水利用效率隨著灌水量的增加逐漸降低，LW 處理灌溉水利用效率最高，達8.86 kg/m3。

表2 不同灌溉水平下葡萄產(chǎn)量和灌溉水利用效率Table 2 Wine grape yield and irrigation water utilization efficiency under different water levels

2.4 不同灌溉水平對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

不同灌溉水平下釀酒葡萄果實品質(zhì)的差異見表3。對于果實可溶性固形物量，MW 處理的可溶性固形物量最高，達到23.15%，比LW 處理和HW 處理分別提高3.90%和4.99%（P<0.05）；對于可滴定酸量，LW 處理的可滴定酸量最低，為4.61%，其次是MW 處理，為4.80%，分別較HW 處理低20.79%和17.52%（P<0.05）；對于果皮總量，MW 處理最高，達到59.01 mg/g，較HW 處理提高28.82%，較LW處理提高14.18%（P<0.05）；對于單寧量，MW 處理的單寧量最高，達到3.51 mg/g，較HW 處理提高5.72%，較LW 處理提高3.53（P<0.05）；對于果實可溶性糖和果皮花色苷量，各處理間未表現(xiàn)出顯著性差異。其中，MW 處理的可溶性糖量最高，達19.00 mg/g，其次是LW 處理，HW 處理最低；LW 處理的花色苷量最高，為6.45 mg/100 g，其次為MW 處理，HW 處理最低。

表3 不同灌溉水平下釀酒葡萄品質(zhì)Table 3 Wine grape quality under different water levels

3 討論

3.1 不同處理對釀酒葡萄莖稈液流速率的影響以及其與氣象因子的響應關(guān)系

釀酒葡萄莖稈液流速率在不同生育期內(nèi)表現(xiàn)出晝高夜低的日變化趨勢且變化較明顯；釀酒葡萄液流速率在不同灌溉水平下排序為：HW 處理＞MW 處理＞LW 處理。但不同生育期液流速率的啟動時間、結(jié)束時間及峰值出現(xiàn)的時間不一致，可能是由于氣象條件、土壤水分以及樹體大小等果樹自身狀況不同的原因引起的，與孟平等[11]研究一致。植物液流速率與太陽輻射、空氣溫度以及相對濕度關(guān)系密切[12]。不同的氣象因子會對葡萄液流速率產(chǎn)生一定的影響且相互作用，其中太陽輻射對其的影響最大[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，釀酒葡萄莖稈液流速率與Ta、Rs、RH和Ws的綜合相關(guān)性在MW 處理時取得最大值，可能因為中水MW 處理的土壤水分條件更適宜釀酒葡萄的生長，所以氣象條件成為影響釀酒葡萄液流速率的主要因素。與梁自強[14]等研究一致，而LW 處理相關(guān)性最低可能是因為缺水影響到葡萄從土壤中獲取水分的能力。

3.2 不同處理對釀酒葡萄產(chǎn)量、灌溉水利用效率和品質(zhì)的影響

從不同灌溉水平下釀酒葡萄的產(chǎn)量來看，各處理產(chǎn)量之間未表現(xiàn)出明顯差異，這可能是由于在釀酒葡萄需水關(guān)鍵期大量的降水補充了部分葡萄所需的水分。低水處理產(chǎn)量最低，因此水分虧缺會導致產(chǎn)量降低，果實膨大期為葡萄需水需肥的關(guān)鍵時期，供水不足會造成減產(chǎn)[15]。同時，適當?shù)乃謼l件，可以促進葡萄根系更好地生長和冠層發(fā)育，從而有利于葡萄植株對于水分的吸收，提高水分利用效率[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水量增加，灌溉水利用效率迅速下降，說明過量的水分不利于葡萄水分利用，可能會帶來負效應[18]。滴灌水肥一體化不僅可以顯著減少水肥用量，還能改善葡萄的品質(zhì)[19-20]。但過度的水分虧缺不能滿足植物正常生長對水分的需求，使光合作用受到抑制從而影響同化物質(zhì)的積累，導致品質(zhì)降低[21]。本研究表明，在滴灌水肥一體化條件下，不同的灌溉水平對釀酒葡萄果實可溶性固形物量、可滴定酸量、果皮總酚量和單寧量產(chǎn)生顯著影響（P<0.05）。綜合來看，中水處理MW 在維持產(chǎn)量的同時，其品質(zhì)相對高于LW 處理和HW 處理，可能是由于中水MW處理使土壤水分狀況達到到最佳，從而促進作物更好地吸收水分。

4 結(jié)論

中度水分處理（MW）可以使釀酒葡萄在維持正常生長的條件下，產(chǎn)量和品質(zhì)最佳。建議當?shù)厮视昧吭贛W 處理下，即灌水減少20%左右為宜。