不同生育期調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄耗水及果實(shí)品質(zhì)的影響*

鄧浩亮 孔維萍 張恒嘉** 李福強(qiáng)

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不同生育期調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄耗水及果實(shí)品質(zhì)的影響*

鄧浩亮1孔維萍2張恒嘉1**李福強(qiáng)1

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 蘭州 730070; 2. 甘肅省玉門市水務(wù)局 玉門 735200)

不同程度的土壤干旱對釀酒葡萄的果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量和水分利用效率具有顯著影響。明晰不同生育階段干旱脅迫效應(yīng)對釀酒葡萄土壤水分精準(zhǔn)化管理和節(jié)水灌溉方案的制定具有重要的意義。本文于2014年在河西走廊中東部武威市涼州區(qū)清源鎮(zhèn)威龍葡萄園產(chǎn)區(qū)開展了釀酒葡萄不同生育期、不同干旱脅迫程度的試驗(yàn)研究。在保持其他生育期土壤水分為正常灌溉(土壤水分閾值70%~75%)的情況下, 在葡萄的萌芽期、抽蔓期、開花期、漿果膨大期和著色成熟期分別進(jìn)行中度(土壤水分閾值60%~65%)和重度(土壤水分閾值50%~55%)的干旱處理, 同時(shí)增設(shè)漿果膨大期的充分灌溉(土壤水分閾值80%~85%)處理, 以全生育期的正常灌溉(土壤水分閾值70%~75%)作為對照, 進(jìn)行葡萄耗水特征和產(chǎn)量品質(zhì)的測定。試驗(yàn)結(jié)果表明: 不同處理土壤含水量垂直變化趨勢一致, 隨土壤深度增加土壤含水量呈持續(xù)遞增趨勢; 隨著土壤深度遞增, 調(diào)虧灌溉對土壤含水量的影響越來越弱; 40~60 cm土壤剖面, 調(diào)虧處理含水量較對照減少幅度最大; 漿果膨大期土壤剖面內(nèi)含水量均低于其他生育期。不同處理釀酒葡萄耗水強(qiáng)度隨時(shí)間變化趨勢一致, 萌芽期日耗水強(qiáng)度最小, 為0.13~0.33 mm·d-1,而漿果膨大期耗水強(qiáng)度最大, 為2.30~4.09 mm·d-1。萌芽期中度脅迫處理釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率最高, 分別達(dá)到15 228 kg·hm-2和3.62 kg·m-3; 漿果膨大期充分灌溉處理次之, 而漿果膨大期重度脅迫處理最低, 僅分別為7 128 kg·hm-2和2.26 kg·m-3。著色成熟期中度脅迫下, 釀酒葡萄花青苷、還原糖、單寧、總酚含量比生育期正常供水處理高2.7%、6.56%、17.91%和23.23%, 且有效抑制可滴定酸積累(<0.05), 而其他處理與對照之間品質(zhì)指標(biāo)差異不顯著。綜合考慮產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率及果實(shí)品質(zhì)等指標(biāo), 最佳釀酒葡萄水分調(diào)控處理為著色成熟期中度脅迫, 即著色成熟期土壤相對含水率為60%~65%、其余生育期土壤相對含水率為70%~75%。由此可見, 在釀酒葡萄栽培時(shí)適時(shí)、適度的調(diào)虧灌溉既能顯著提高水分生產(chǎn)效率, 實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效用水的目的, 又能提高果實(shí)品質(zhì), 對河西走廊地區(qū)釀酒葡萄種植具有重要的意義。

調(diào)虧灌溉 干旱脅迫 耗水規(guī)律 產(chǎn)量 水分生產(chǎn)效率 品質(zhì) 釀酒葡萄

甘肅河西走廊處于世界葡萄酒原料的最適宜產(chǎn)區(qū)(北緯36°~40°), 具有降水少、空氣干燥、相對溫度低、成熟前降溫快、病蟲危害程度小等栽培優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄()得天獨(dú)厚的地理資源優(yōu)勢。然而, 當(dāng)?shù)夭缓侠砉喔葘?dǎo)致其產(chǎn)量低而不穩(wěn), 品質(zhì)低下, 極大制約了釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)民增收。因此, 在保證較高產(chǎn)量的前提下, 如何基于水分品質(zhì)響應(yīng)關(guān)系對其進(jìn)行科學(xué)、合理的灌溉和土壤水分調(diào)控以達(dá)到節(jié)水、優(yōu)質(zhì)、高效的目的是河西走廊釀酒葡萄栽培及葡萄酒生產(chǎn)中迫切需要解決的科學(xué)問題。解決河西走廊水資源短缺的首選技術(shù)是實(shí)行節(jié)水灌溉。合理灌溉可以協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱, 有利于釀酒葡萄的生長發(fā)育及品質(zhì)的提高。目前在滴灌調(diào)虧技術(shù)方面已有大量研究報(bào)道, 如唐曉偉等[1]、崔寧博等[2]、劉煉紅等[3]、閆曼曼等[4]分別進(jìn)行了滴灌調(diào)虧對番茄()、梨棗()、西瓜()、海島棉()等作物灌溉研究, 證明了滴灌調(diào)虧具有較好的節(jié)水、增產(chǎn)效果, 并能有效改善作物品質(zhì)。葡萄栽培方面, 國內(nèi)學(xué)者先后從不同角度開展了滴灌調(diào)虧對葡萄產(chǎn)量的影響研究[5-7]。劉洪光等[5]通過研究不同生育期調(diào)虧灌溉對產(chǎn)量的影響, 表明在葡萄萌芽期控制灌水下限為田間持水率的40%時(shí)，產(chǎn)量最大。李昭楠等[6]通過研究不同梯度的灌水定額對產(chǎn)量影響, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌水定額為240 mm時(shí)產(chǎn)量最大; 徐斌等[7]、孔維萍等[8]從不同方面開展了滴灌調(diào)虧對葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究, 先后得出在著色成熟期適度虧水可有效降低葡萄可滴定酸含量, 并提高可溶性固形物和花青素含量, 從而提高葡萄綜合品質(zhì)。然而, 上述研究僅針對葡萄不同生育期進(jìn)行了虧水試驗(yàn), 而忽略了不同虧水梯度對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。目前關(guān)于不同生育期、不同梯度滴灌調(diào)虧對釀酒葡萄耗水規(guī)律、產(chǎn)量、品質(zhì)的綜合研究并不多見。本試驗(yàn)以河西走廊6 a生釀酒葡萄為研究對象, 探討不同生育期、不同梯度的調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄產(chǎn)量、水分利用效率及各類品質(zhì)指標(biāo)的影響規(guī)律研究, 確定出各生育期對土壤水分的需求規(guī)律, 從而為在保證穩(wěn)產(chǎn)的前提下如何提高分水利用效率提供理論依據(jù), 實(shí)現(xiàn)釀酒葡萄節(jié)水、調(diào)質(zhì)和增效的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年3—10月在河西走廊東中部武威市涼州區(qū)清源鎮(zhèn)威龍葡萄園產(chǎn)區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)位于甘肅省石羊河流域中的黃羊河、雜木河和清源三大灌區(qū)相交匯的區(qū)域, 地勢平坦, 屬典型的大陸性干旱氣候區(qū), 海拔2 104.6 m, 陽光充足、干燥少雨、晝夜溫差大, 具有豐富的“冷資源”。年均氣溫7.7 ℃, 多年平均降雨量為160 mm左右, 年蒸發(fā)量2 020 mm,年日照時(shí)數(shù)達(dá)3 000 h以上。試驗(yàn)田土質(zhì)為沙質(zhì)壤土, pH 7.9, 容重為1.6 g×cm-3, 田間最大持水量為23.1%, 耕層內(nèi)(0~20 cm)含有機(jī)質(zhì)14.28 g·kg-1, 堿解氮59.2 mg·kg-1, 速效磷17.1 mg·kg-1, 速效鉀197.4 mg·kg-1。地下水位埋深較深, 為25~30 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試葡萄品種為‘梅鹿輒’(Merlot), 于2009年定植, 南北行向, 行距2.5 m, 株距1.0 m, 小區(qū)面積15.0 m×1.5 m。試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn), 共12個(gè)水分調(diào)控處理, 每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù), 共36個(gè)小區(qū)。在釀酒葡萄萌芽期、抽蔓期、開花期、漿果膨大期和著色成熟期設(shè)3種水分梯度,正常供水、中度虧水和重度虧水, 各處理土壤水下限為田間持水量的70%~75%、60%~65%和50%~55%, 土壤水上限值依次為田間持水量的100%、90%和80%, 為細(xì)化釀酒葡萄生育后期水分對果實(shí)生長發(fā)育的影響, 在漿果膨大期增設(shè)1個(gè)水分梯度(土壤水下限為田間持水量的80%~85%), 具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1所示。

表1 不同生育期調(diào)虧灌溉處理的土壤含水量(占田間持水率的百分?jǐn)?shù))

MG: 萌芽期中度虧水; MP: 抽蔓期中度虧水; MF: 開花期中度虧水; ME: 漿果膨大期中度虧水; MC: 著色成熟期中度虧水; SG: 萌芽期重度虧水; SP: 抽蔓期重度虧水; SF: 開花期重度虧水; SE: 漿果膨大期重度虧水; SC: 著色成熟期重度虧水; AE: 漿果膨大期充分供水; CK: 各生育期正常供水。下同。MG: moderate water deficit at germination period; MP: moderate water deficit at vining period; MF: moderate water deficit at florescence period; ME: moderate water deficit at berry enlargement period; MC: moderate water deficit at coloring maturity period; SG: severe water deficit at germination period; SP: severe water deficit at vining period; SF: severe water deficit at florescence period; SE: severe water deficit at berry enlargement period; SC: severe water deficit at coloring maturity period; AE: abundance water at enlargement period; CK: control, conventional irrigation. The same below.

灌水方式采用固定一側(cè)滴灌灌水方式, 灌水時(shí)間根據(jù)時(shí)域反射儀(TDR)監(jiān)測土壤含水量值確定, 灌水次數(shù)不限。當(dāng)小區(qū)實(shí)測土壤相對含水率達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)對應(yīng)的下限值(表1)時(shí)灌水, 各處理灌水量為土壤含水率從灌水下限到灌水上限所需水量。

計(jì)算公式為:=10 000(上?下), 式中:為計(jì)算所得灌水量, 為270 m3·hm-2;為土壤濕潤比, 取值47.5%;為土壤計(jì)劃濕潤層, 取值1.0 m;上、下分別為土壤含水率上限和下限, 均以體積比的田間持水率百分比計(jì)。

滴灌管采用分支控制法, 即在每個(gè)小區(qū)都安裝1個(gè)控制閥, 隨時(shí)控制該小區(qū)的灌水量, 壓力表和水表位于滴灌樞紐處, 系統(tǒng)工作壓力為0.1 MPa, 滴灌管沿葡萄行鋪設(shè), 在每株葡萄的東側(cè)鋪設(shè)滴灌管。

1.3 觀測指標(biāo)和測試方法

1.3.1 土壤含水量的測定

采用傳統(tǒng)烘干稱重法測定土壤含水量。取樣深度為100 cm, 每20 cm一層進(jìn)行采樣測定。在釀酒葡萄萌芽期、抽蔓期、開花期、漿果膨大期和著色成熟期開始與結(jié)束時(shí)各測定一次, 且在各次灌水前后以及降雨后加測。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)采用5點(diǎn)法取樣, 每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3.2 耗水量的測定

采用水量平衡法計(jì)算, 計(jì)算公式為:

式中: ETⅠ-Ⅱ?yàn)獒劸破咸央A段耗水量, mm;為土層序號(hào);為土層總數(shù);r為第層土壤干容重, g·cm-3;為第層土壤厚度, cm;、分別為第層土壤在該生育期階段始末的質(zhì)量含水量, %;和分別為該生育期階段內(nèi)灌水量和降雨量, mm;為該生育期階段內(nèi)地下水補(bǔ)給量, mm,試驗(yàn)區(qū)地下水埋深大于10 m, 故=0;為階段內(nèi)排水量, mm, 試驗(yàn)區(qū)為干旱區(qū), 故=0。

1.3.3 蒸發(fā)量的測定

用微型蒸滲桶測定。將微型蒸滲桶隨機(jī)埋于每個(gè)小區(qū)自然土中, 在釀酒葡萄整個(gè)生育期內(nèi)每天下午8:00用精度為0.1 g的電子秤稱量蒸滲桶, 且在每次灌水前和灌水后加測,蒸滲桶重量的變化即為每天的蒸發(fā)量。

1.3.4 產(chǎn)量的測定

在釀酒葡萄成熟采收期, 各處理采摘該小區(qū)內(nèi)所有果穗, 用精度為0.01 g的電子秤進(jìn)行稱量, 各處理3個(gè)重復(fù)的平均值即為該處理的實(shí)際產(chǎn)量, 并換算為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量(kg·hm-2)。

1.3.5 葡萄品質(zhì)測定

待釀酒葡萄成熟測產(chǎn)后, 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣10株果穗, 用保溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行品質(zhì)測定。用pH差示法[9]測定花青苷含量。用斐林試劑熱滴定法[10]測定還原糖含量?？傻味ㄋ嵊肗aOH滴定法[11]測定, 并以酒石酸計(jì)。采用福林-丹寧斯(Folin-Denis)法[10]測定單寧含量。葡萄果皮中總酚的測定采用福林-肖卡法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件中的LSD多重比較法比較數(shù)據(jù)差異的顯著性并用Origin 8.0做圖, 各圖表中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)均為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)虧灌溉條件下葡萄生育期內(nèi)不同耕層土壤水分動(dòng)態(tài)變化

不同處理土壤含水量隨土壤深度變化趨勢相一致,呈持續(xù)遞增趨勢(圖1A~E)。在萌芽期, 處理MG和SG土壤含水量均低于其他處理, 且處理SG土壤含水量低于處理MG。在抽蔓期, 處理MP和SP土壤含水量均低于其他處理, 且處理SP土壤含水量低于處理MP。處理MG由于萌芽期調(diào)虧后, 在抽蔓期0~80 cm土壤剖面含水量仍低于處理MF、ME、MC、AE和CK, 且在20~40 cm土壤剖面處與處理MP無顯著性差異。處理SG表現(xiàn)和處理MG相似, 但是由于重度虧水, 灌溉后不能及時(shí)恢復(fù), 因此在0~60 cm土壤與處理SP均無顯著性差異?？梢钥闯? 隨著土壤剖面的遞增, 調(diào)虧灌溉對土壤含水量的影響越來越弱。在開花期, 處理MF和SF土壤含水量均低于其他處理, 且處理SF土壤含水量低于處理MF。該時(shí)期內(nèi), 由于釀酒葡萄開始快速生長, 對土壤水分消耗較大, 且由于處理MG萌芽期調(diào)虧和MP抽蔓期調(diào)虧后, 在0~40 cm土壤剖面含水量與處理MF無顯著性差異; 處理SG、SP表現(xiàn)和處理MG、MP相似, 但是由于重度虧水, 灌溉后恢復(fù)緩慢, 因此在0~100 cm土壤剖面內(nèi)與處理SP均無顯著性差異?？梢钥闯? 在40~ 60 cm土壤剖面, 調(diào)虧處理含水量較對照減少幅度最大, 這可能與水分補(bǔ)給不足, 葡萄根系過度消耗該段剖面水分有關(guān)。在漿果膨大期, 處理AE土壤含水量最高, 處理ME和SE土壤含水量低于其他處理, 且處理SE土壤含水量低于處理ME。該時(shí)期內(nèi), 釀酒葡萄快速生長, 葉片面積增大, 阻擋了陽光對地表的直射, 此時(shí)水分消耗主要以作物耗水為主且耗水量較大, 因此所有處理在整個(gè)土壤剖面內(nèi)含水量均低于其他生育期。在著色成熟期, 處理MC和SC土壤含水量低于其他處理, 且處理SC土壤含水量低于處理MC。由于生育前中期的作物耗水使得該生育期內(nèi)的土壤含水量普遍較低, 盡管此時(shí)調(diào)虧灌溉對整個(gè)土壤剖面有影響, 但是只是對0~60 cm土壤剖面有顯著影響, 而對60~80 cm土壤剖面影響不顯著。

不同小寫字母表示不同處理間達(dá)到0.05水平顯著差異。下同。Data with different lowercases are significantly different at 0.05 level. The same below.

2.2 不同調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄日耗水強(qiáng)度變化的影響

日耗水強(qiáng)度反映了釀酒葡萄不同生育期內(nèi)施肥、地溫、灌溉等對釀酒葡萄生長發(fā)育的綜合影響。從圖2可以看出, 萌芽期耗水強(qiáng)度所有生育期內(nèi)的最低水平僅為0.13~0.33 mm·d-1, 這是因?yàn)樵撋卺劸破咸褎偝鐾敛痪? 氣溫最低, 光合作用、蒸騰作用最弱; 抽蔓期耗水強(qiáng)度明顯高于萌芽期, 為1.34~2.29 mm·d-1, 以處理MP、SP耗水強(qiáng)度水平較低, 說明虧水處理會(huì)降低釀酒葡萄日耗水強(qiáng)度; 開花期耗水強(qiáng)度略高于抽蔓期, 為1.59~2.36 mm·d-1, 因?yàn)榇松跉鉁馗哂诔槁? 釀酒葡萄進(jìn)入生殖生長, 營養(yǎng)生長和生殖生長并存; 漿果膨大期耗水量最高, 歷時(shí)最長, 耗水強(qiáng)度最大, 為2.30~4.09 mm·d-1, 該生育期中, 釀酒葡萄生殖生長達(dá)到頂峰, 氣溫也處全生育期最高; 至著色成熟期, 耗水強(qiáng)度逐減降為2.00~ 3.72 mm·d-1, 該生育期內(nèi)氣溫有所降低, 營養(yǎng)生長基本停止。從總體來看, 各處理隨著灌水量的增加, 日耗水強(qiáng)度也隨之增加, 其中以AE處理耗水強(qiáng)度較大。

2.3 不同調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

為認(rèn)識(shí)不同梯度土壤含水對釀酒葡萄品質(zhì)的影響, 本研究分析了不同生育期調(diào)虧灌溉條件下葡萄的花青苷、可滴定酸、還原糖、單寧和酚類物質(zhì)等的水平。

2.3.1 對花青苷的影響

花青苷在釀酒葡萄中主要起調(diào)節(jié)葡萄色澤效果, 其含量的高低直接影響釀酒葡萄的外觀品質(zhì)。由表2可以看出, 處理SC和AE的花青苷分別為631.80 mg·kg-1和605.80 mg·kg-1, 高于處理CK 5.4%和1.1%, 而處理SE的花青苷最低, 僅為423.55 mg·kg-1, 較CK低29.3%, 且與CK差異顯著。其他虧水處理的花青苷含量均低于CK。這表明在著色成熟期進(jìn)行控水可以促進(jìn)花青苷積累, 而漿果膨大期控水不利于花青苷積累。在萌芽期、抽蔓期和開花期進(jìn)行控水對釀酒葡萄花青苷積累影響不顯著。

2.3.2 對可滴定酸的影響

從表2可以看出, 處理SE可滴定酸含量最高, 為9.59 g·L-1, ME次之, 分別較CK增加12.4%和16.7%, 且與CK差異顯著, 表明在漿果膨大期虧水不利于釀酒葡萄后期的自然降酸; 處理MC和SC可滴定酸含量較CK有所下降, 分別降低9.8%和6.3%, 表明在著色成熟期虧水可以降低可滴定酸含量, 但重度虧水并不能更大幅度降低其含量。

2.3.3 對還原糖的影響

還原糖是釀酒葡萄總物質(zhì)含量中最重要的理化品質(zhì)因子, 葡萄糖和果糖占還原糖的90%以上。糖類物質(zhì)不僅對釀酒葡萄的生長具有一定生理作用, 而且對釀酒葡萄成熟后的品質(zhì)也有很大影響。從表2可看出, 處理MC的還原糖含量最高, 達(dá)到279.10 g·L-1, 較CK增加6.6%, 而處理SC的還原糖含量較CK增加2.3%。盡管處理MC和SC與CK之間無顯著差異, 但是仍然有一定的增幅, 說明在著色成熟期虧水能夠提高釀酒葡萄還原糖含量。處理ME和SE還原糖含量較低, 分別為231.03 g·L-1和216.67 g·L-1, 比CK分別低11.8%和17.2%, 且與CK差異顯著, 說明在漿果膨大期虧水不利于釀酒葡萄還原糖的積累, 不利于釀酒葡萄品質(zhì)的提升。

2.3.4 對單寧的影響

釀酒葡萄中單寧主要來源于葡萄梗、葡萄皮和葡萄籽, 與葡萄的澀味、抗氧化性能有關(guān), 有沉淀蛋白質(zhì)、穩(wěn)定色素、提高結(jié)構(gòu)感、抗自由基和抗菌的作用[13]。由表2可看出, 處理SC的單寧含量最高, 達(dá)3.26 g·kg-1, 較CK高21.6%; 處理MC次之, 為3.16 g·kg-1, 較CK高17.9%。處理SC和MC與CK差異顯著, 說明在著色成熟期重度虧水可大幅提高釀酒葡萄果實(shí)單寧含量。盡管處理MG、MP、MF、SG、SP和SF的單寧含量較CK也有所增高, 但與CK相比無顯著差異, 說明在萌芽期、抽蔓期和開花期進(jìn)行虧水對單寧含量的增高有一定的促進(jìn)作用。而處理ME和SE的單寧含量較低, 分別較CK低7.1%和11.2%, 且與CK差異顯著, 說明在漿果膨大期虧水不利于釀酒葡萄單寧含量的積累。

2.3.5 對總酚的影響

由表2可知, 處理SC總酚含量最高, 達(dá)4.49 g·kg-1, 較CK增高51.2%, 與CK差異顯著, 而處理MC為3.66 g·kg-1, 較CK僅增高23.2%, 說明在著色成熟期虧水能大幅度提高釀酒葡萄果實(shí)總酚含量, 且在該生育期水分虧缺程度越重, 總酚含量增幅越大。處理MC、MG、MP、MF、SG、SP和SF的總酚含量較CK也有所增高, 但與CK無顯著差異, 說明在萌芽期、抽蔓期和開花期進(jìn)行調(diào)虧對釀酒葡萄果實(shí)總酚含量的提高有一定的促進(jìn)作用; 處理SE的總酚含量最低, 僅為2.42 g·kg-1, 處理ME次之, 為2.69 g·kg-1, 分別較CK降低18.5%和9.4%, 但相比CK無顯著差異, 說明在漿果膨大期虧水不利于果實(shí)總酚含量的積累。

表2 不同調(diào)虧灌溉條件下釀酒葡萄的品質(zhì)性狀

不同小寫字母表示不同處理間達(dá)到0.05水平顯著差異,不同大寫字母表示不同處理間達(dá)到0.01水平顯著差異。下同。Data with different lowercase letters and capital letters are significantly different at 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same below.

2.4 不同調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.4.1 對產(chǎn)量性狀的影響

由表3可看出, 處理MG、MP、MF、MC、SG、SC和AE的單穗重較高, 與CK無顯著差異, 說明在萌芽期、抽蔓期、開花期和著色成熟期的中度虧水以及在萌芽期、著色成熟期重度虧水對單穗重影響不顯著; 而處理ME與SE的單穗重較低, 較CK分別降低22.5%和32.9%, 說明在漿果膨大期虧水均會(huì)大幅度降低單穗重, 這對釀酒葡萄的后期增產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。處理MG的穗數(shù)最多, 較CK增加5.1%, 說明在萌芽期中度虧水能夠提高釀酒葡萄掛果率; 處理MP、MF、MC、SG、SP和SF的穗數(shù)較CK略少, 而處理ME、SE和SC的穗數(shù)較CK分別減少22.9%、26%和25%, 說明在抽蔓期、開花期以及著色成熟期適度的水分虧缺對掛果率影響不顯著, 而在漿果膨大期進(jìn)行水分虧缺可顯著降低掛果率。從釀酒葡萄單株產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn), 萌芽期、抽蔓期和著色成熟期, 進(jìn)行適度的水分虧缺不會(huì)造成減產(chǎn), 而在漿果膨大期的重度虧水則會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn), 處理SE的單株產(chǎn)量較CK降低了52.7%, 與CK差異顯著。

2.4.2 對產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表3可看出, 在所有處理中, 以萌芽期中度虧水處理MG的產(chǎn)量最高, 為15 228 kg·hm-2, 比CK增高1.1%, 說明萌芽期中度虧水不會(huì)造成減產(chǎn), 還有一定的節(jié)水增產(chǎn)效益; 盡管處理MP、MC和AE的產(chǎn)量較CK有一定幅度的降低, 但各處理之間無顯著差異, 說明在抽蔓期和著色成熟期中度虧水以及漿果膨大期豐水處理對產(chǎn)量無顯著影響; 處理MF、SG、SP、SF和SC的產(chǎn)量較CK均有所下降, 分別降低了20.7%、22.6%、33.3%、35.7%和32.5%, 但與CK無顯著差異, 說明在開花期中度虧水以及萌芽期、抽蔓期、開花期與著色成熟期重度虧水會(huì)造成一定幅度的減產(chǎn); 處理ME與SE的產(chǎn)量較低, 僅為8 586 kg·hm-2和7 128 kg·hm-2, 較CK分別降低了43.1%和52.7%, 且差異顯著, 說明在漿果膨大期的中度和重度虧水會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。

表3 不同調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

同時(shí)可以看出, 處理MG的水分利用效率最高, 較CK提高1.7%, 說明在萌芽期的適度虧水可提高水分利用效率。處理MP、MF、MC、SG、SP、SC和AE的水分利用效率較CK略低, 但與CK無顯著差異, 說明在抽蔓期、開花期與著色成熟期的重度虧水和萌芽期、抽蔓期與著色成熟期的重度虧水對水分利用效率影響不顯著。而處理ME、SF和SE的水分利用效率低于CK, 分別降低了32.3%、33.1%和36.5%, 且與CK差異顯著, 說明在漿果膨大期虧水與開花期重度虧水不但降低了水分利用效率, 而且造成減產(chǎn), 因此在漿果膨大期進(jìn)行水分調(diào)虧不利于產(chǎn)量和水分利用效率的提高。

3 討論

調(diào)虧灌溉通過在作物生長發(fā)育的某些階段主動(dòng)施加適度水分脅迫, 減少土壤水分無效蒸發(fā)、降低蒸騰速率, 調(diào)節(jié)作物的生長進(jìn)程, 從而達(dá)到全面提高作物水分生產(chǎn)力的目的[14-15]。因此, 可在作物需水較少的生育期灌溉較少的水量, 而節(jié)約的水量可供需水旺盛期利用。通過對釀酒葡萄耗水強(qiáng)度研究, 發(fā)現(xiàn)耗水強(qiáng)度是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程, 其大小依次為: 漿果膨大期(2.30~4.09 mm·d-1)>著色成熟期(2.00~3.72 mm·d-1)>開花期(1.59~2.36 mm·d-1)>抽蔓期(1.34~2.29 mm·d-1)>萌芽期(0.13~0.33 mm·d-1)。可以看出, 釀酒葡萄在萌芽期耗水強(qiáng)度最小, 漿果膨大期耗水強(qiáng)度最大, 這與不同生育期作物生理活動(dòng)、植株蒸騰、棵間土壤蒸發(fā)等因素相關(guān), 這與張芮等[16]研究結(jié)果相一致。因此在釀酒葡萄需水較少的生育期(萌芽期和抽蔓期)適度的虧水, 而在耗水高峰期(漿果膨大期), 給予充足的水量, 這不僅可以有效節(jié)水, 而且利于釀酒葡萄的生殖生長和產(chǎn)量建成。

釀酒葡萄的品質(zhì)決定了葡萄酒的品質(zhì), 而影響釀酒葡萄品質(zhì)的外界因素很多, 包括氣象條件[17]、栽培技術(shù)[18]、土壤性狀[19]、水分含量[20]等。其中, 如何進(jìn)行合理有效的灌溉對釀酒葡萄品質(zhì)的影響尤為顯著[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明在漿果膨大期進(jìn)行中度、重度的調(diào)虧灌溉, 會(huì)抑制釀酒葡萄還原糖的積累, 減少單寧、總酚的含量, 不利于后期的自然降酸; 而在著色成熟期中度虧水(MC)可以使釀酒葡萄花青苷、還原糖含量提高2.7%、6.6%, 可滴定酸含量降低9.9%, 同時(shí)使單寧、總酚含量分別提高17.9%、23.2%, 釀酒葡萄品質(zhì)總體最優(yōu)。萌芽期、抽蔓期、開花期的調(diào)虧灌溉處理對釀酒葡萄品質(zhì)的影響不顯著。這一研究結(jié)果說明對釀酒葡萄適量、適時(shí)的調(diào)虧灌溉可以達(dá)到節(jié)水調(diào)質(zhì)的目的。在其他生育期正常灌水條件下, 著色成熟期土壤含水量達(dá)到田間持水量的60%~65%時(shí)進(jìn)行灌水可以顯著改善釀酒葡萄的品質(zhì), 這為釀酒葡萄栽培技術(shù)進(jìn)行調(diào)虧灌溉制度的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

調(diào)虧灌溉對釀酒葡萄產(chǎn)量及水分利用效率有一定影響。大量研究認(rèn)為, 適度的調(diào)虧灌溉能夠提高葡萄產(chǎn)量與水分利用效率。劉洪光等[22]研究表明, 在萌芽期土壤田間持水率達(dá)40%時(shí), 進(jìn)行灌溉處理可使葡萄產(chǎn)量增加4.71%。張芮等[23]研究表明, 在萌芽期土壤田間持水率達(dá)55%~60%時(shí), 進(jìn)行適度的灌溉處理可使葡萄產(chǎn)量增加2.87%, 水分利用效率提高21.21%。本試驗(yàn)結(jié)果也表明, 萌芽期中度虧水處理MG的產(chǎn)量和水分利用效率最高, 比CK提高1.1%和1.7%, 說明萌芽期中度虧水有一定的節(jié)水效益。而處理ME、SE的產(chǎn)量和水分利用效率均較低, 分別較CK降低43.1%、52.7%和32.3%、36.5%, 且差異顯著, 說明在漿果膨大期的中度和重度虧水會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。盡管其他生育期適度虧水對釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率也會(huì)造成一定幅度的下降, 但是與CK之間無顯著差異?？梢钥闯? 萌芽期適度虧水(土壤含水率下限為60%~65%田間持水率)、其余生育期正常供水是釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率最高的調(diào)虧模式。

4 結(jié)論

綜合考慮產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率及果實(shí)品質(zhì)等指標(biāo), 最佳釀酒葡萄水分調(diào)控處理為著色成熟期中度脅迫, 即著色成熟期土壤相對含水率為60%~65%、其余生育期土壤相對含水率為70%~75%。由此可見, 在釀酒葡萄栽培時(shí)適時(shí)、適度的調(diào)虧灌溉既能顯著提高水分生產(chǎn)效率, 實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效用水的目的, 又能提高果實(shí)品質(zhì), 對河西走廊地區(qū)釀酒葡萄種植具有重要的意義。然而, 本試驗(yàn)只對單個(gè)生育期進(jìn)行了調(diào)虧灌溉分析研究, 而連續(xù)或交替調(diào)虧對釀酒葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響是否更具有優(yōu)勢還有待進(jìn)一步研究。

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Effect of regulated deficit irrigation at different growth stages on water consumption and fruit quality of wine grape*

DENG Haoliang1, KONG Weiping2, ZHANG Hengjia1**, LI Fuqiang1

(1. School of Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Water Supplies Bureau of Yumen City, Yumen 735200, China)

Soil drought notably influences fruit quality, yield and water use efficiency of wine grape. It is therefore important to clarify the effect of drought stress at different growth stages on soil water precision management and water-saving irrigation schedules in wine grape fields. To explore this effect, an experiment was carried out in 2014 at Weilong vineyard in Qingyuan Town in Liangzhou District, which belongs to Wuwei City in Hexi Corridor. The study evaluated the effects of drought stress caused by regulated deficit irrigation at different growth stages on water consumption and fruit quality of vine grape. In the experiment, 12 treatments were set up, 10 of which were moderate soil water stress (relative soil water content maintained at 60%–65% field capacity) and severe soil water stress (relative soil water content maintained at 50%–55% field capacity), respectively, at germination, vine growth period, florescence period, berry enlargement and coloring maturity periods with other growth stage under normal water condition (relative soil water content maintained at 70%–75% field capacity). Meanwhile, a full irrigation (relative soil water content maintained at 80%–85% field capacity) during berry enlargement period was also carried out and the normal water supply (relative soil water content maintained at 70%–75% field capacity) during the whole growth period was as the control. The results showed that the variation trend in soil water content within the 0-100 cm soil layer were similar in different treatments, i.e., the soil water increased with increasing soil depth. The effects of drought stress controlled with regulated deficit irrigation was weakened with increased soil depth, and the soil layer of 40-60 cm was with largest soil water reduction compared with CK. Soil water content along profile was lowest at berry enlargement period for all the treatments. The timely change trend of water consumption rate of wine rape was similar for different treatments. The minimum and maximum daily water consumption rates of wine grape occurred respectively during germination period (0.13-0.33 mm·d-1) and berry enlargement period (2.30–4.09 mm·d-1). Maximum yield and water use efficiency appeared under moderate water stress at grape germination period, which were 15 228 kg·hm-2and 3.62 kg·m-3, respectively. This was followed by grape enlargement period full irrigation treatment (7 128 kg·hm-2and 2.26 kg·m-3), while minimum rate was under severe soil water stress at grape enlargement period. Anthocyanins, total reducing sugar, tannin and total phenol contents in wine grape under severe soil water stress at coloring maturity stage were respectively 2.7% and 6.56%, 17.91% and 23.23% higher than that of under the full irrigation treatment, and titratable acid content effectively was restrained (< 0.05). There was no significant difference (0.05) in wine grape quality between the control and other treatments. In terms of integrated yield, water productivity efficiency and fruit quality, the optimum irrigation pattern of wine grape was moderate soil water stress at coloring maturity (relative soil water content maintained at 60%–65% field capacity) in combination with normal water supply (relative soil water content maintained at 70%–75% field capacity) during the other growth periods. Therefore, reasonable regulated deficit irrigation significantly improved water productivity efficiency of wine grape. This was not only water-saving, but high in water use efficiency and beneficial for grape quality improvement which was important for vine grape cultivation in Hexi Corridor.

Regulated deficit irrigation; Drought stress; Water consumption characteristics; Yield; Water productivity efficiency; Quality; Wine grape

10.13930/j.cnki.cjea.151325

S663.1

A

1671-3990(2016)09-1196-10

2015-12-16 接受日期: 2016-03-31

* 甘肅省高等學(xué)校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2012)資助

**通訊作者:張恒嘉, 主要從事農(nóng)業(yè)水土工程與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail: zhanghj@gsau.edu.cn

鄧浩亮, 主要從事北方旱區(qū)作物節(jié)水技術(shù)及裝備工程研究。E-mail: denghaoliang521@163.com

* The study was supported by the Fund of Basic Scientific Research of University of Gansu Province of China (2012).

** Corresponding author, E-mail: zhanghj@ gsau.edu.cn

Dec. 16, 2015; accepted Mar. 31, 2016