‘蛇龍珠’葡萄園土壤指標(biāo)與葡萄酒理化指標(biāo)相關(guān)性分析

宋建強(qiáng)，屈慧鴿，梁海忠，翟瑞意，姜文廣，沈志毅，段長(zhǎng)青，李記明

(1.煙臺(tái)張?jiān)＜瘓F(tuán)有限公司 山東省葡萄酒微生物發(fā)酵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái) 264001；2.魯東大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/葡萄酒研究院，山東煙臺(tái) 264025；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院/葡萄與葡萄酒研究中心，北京 100083)

在特定葡萄園中，葡萄品種、樹齡、栽培管理方式一致條件下，除葡萄酒釀造、貯藏陳釀技術(shù)等外，葡萄園微氣候、海拔、地形、土壤理化特性等風(fēng)土條件是影響葡萄酒品質(zhì)的重要因素[1-2]。其中，土壤是釀酒葡萄生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，土壤理化狀況直接影響葡萄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)，進(jìn)而影響葡萄酒的品質(zhì)。探討土壤指標(biāo)與葡萄酒品質(zhì)指標(biāo)關(guān)系對(duì)葡萄園精準(zhǔn)管理，提高葡萄酒品質(zhì)，增加農(nóng)民收益具有重要意義。

Bramley等[3]和Reynolds等[4]研究表明，即使是同一釀酒葡萄園，土壤指標(biāo)也存在明顯空間變異性。Wang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄園灰鈣土有利于酚類物質(zhì)的形成，顯著影響葡萄酒成分，而粘土所生產(chǎn)的葡萄酒品質(zhì)較低。Reynolds等[6]研究表明，基于土壤質(zhì)地對(duì)葡萄進(jìn)行分區(qū)采收所釀造的葡萄酒品質(zhì)不同。非灌溉葡萄園，土層深度也會(huì)影響葡萄與葡萄酒中酚類物質(zhì)[7]。土壤質(zhì)地和土層深度影響土壤保水能力，進(jìn)而影響樹體水分狀況和生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量、成分及葡萄酒質(zhì)量[4,7-9]。此外，土壤結(jié)構(gòu)、顏色和溫度、土壤陽(yáng)離子交換量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、pH等土壤本身的內(nèi)在因素都會(huì)影響葡萄的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響葡萄與葡萄酒的品質(zhì)[10-12]。

煙臺(tái)是中國(guó)重要的葡萄酒產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)的土壤類型主要為沙壤土和丘陵礫石壤土，土壤通透性好，利于獲得優(yōu)質(zhì)葡萄原料。唐美玲等[13]和李記明等[14]研究發(fā)現(xiàn)，煙臺(tái)產(chǎn)區(qū)土壤條件存在明顯差異，且同一葡萄園土壤特性存在空間變異，導(dǎo)致葡萄酒品質(zhì)的區(qū)域差異。但目前對(duì)該產(chǎn)區(qū)土壤理化指標(biāo)對(duì)葡萄酒品質(zhì)指標(biāo)影響的研究相對(duì)較少。因此，本研究對(duì)煙臺(tái)‘蛇龍珠’葡萄園不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤理化指標(biāo)和葡萄酒指標(biāo)及其相互關(guān)系進(jìn)行分析，以期對(duì)葡萄園土壤的科學(xué)管理及優(yōu)質(zhì)葡萄酒的生產(chǎn)提供實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山東省蓬萊市大柳行鎮(zhèn)釀酒葡萄基地進(jìn)行。供試葡萄品種為‘蛇龍珠’(Cabernet Gernischt)。葡萄于2007年定植，南北行向，株行距為1.5 m×2 m，采用籬架、單干雙臂整形修剪。葡萄園土壤為棕壤土，采用一致的管理規(guī)范對(duì)葡萄園進(jìn)行管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤樣品的采集和處理 利用GPS定位系統(tǒng)(Trimble Recon，USA)在研究區(qū)采用隨機(jī)法確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置避開田坎、溝、路、渠及堆肥點(diǎn)。2015年和2016年分別確定8個(gè)和16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

果實(shí)采收后，按隨機(jī)、等量及多點(diǎn)混合的原則，分別于距離葡萄植株30 cm處采集0～30 cm土層的土樣約1 kg。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)盡量設(shè)置在地塊中間，以“S”型布點(diǎn)，以8個(gè)點(diǎn)的混合土樣作為該點(diǎn)的樣品。鮮土樣裝入無(wú)菌自封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，立即取500 g在105～110 ℃的烘箱中烘至恒量，測(cè)定失去水分質(zhì)量，計(jì)算土壤質(zhì)量含水量[15]。剩余土壤樣品經(jīng)風(fēng)干處理，去除礫石、葡萄根莖等，混勻，進(jìn)行研磨，過(guò)2 mm篩后測(cè)定土壤理化指標(biāo)。

1.2.2 土壤理化指標(biāo)的分析 土壤理化指標(biāo)參考文獻(xiàn)[15]進(jìn)行測(cè)定。土壤不同顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀測(cè)定；土壤pH采用水浸提[V(水)∶m(土) =2.5∶1] pH計(jì)測(cè)定；土壤電導(dǎo)率采用水浸提[V(水) ∶m(土) =5∶1]電導(dǎo)率儀測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測(cè)定；堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬銻抗比色法測(cè)定；交換性鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；交換性鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.2.3 葡萄果實(shí)的采收和葡萄酒的釀造 果實(shí)采收期(含糖量接近200 g/L時(shí))，在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別采集代表性葡萄果穗25 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)分析和葡萄酒的釀造。采用“小容器釀造葡萄酒”方法釀造‘蛇龍珠’干紅葡萄酒[16]。

1.2.4 葡萄與葡萄酒理化指標(biāo)的檢測(cè) 葡萄果汁指標(biāo)：果實(shí)總糖、總酸和pH等指標(biāo)參考文獻(xiàn)[17]的方法測(cè)定。每個(gè)葡萄樣品重復(fù)檢測(cè)3次。

葡萄酒基本指標(biāo)： 葡萄酒總酸、揮發(fā)酸、殘?zhí)恰⒕凭?、pH等基本指標(biāo)參照文獻(xiàn)[17]的方法測(cè)定。

葡萄酒中酚類物質(zhì):葡萄酒中總酚質(zhì)量濃度采用Folin-Ciocalteu法來(lái)測(cè)定[18]；單寧質(zhì)量濃度采用福林-丹尼斯法測(cè)定；總花色苷質(zhì)量濃度采用pH示差法進(jìn)行檢測(cè)[19]?？傤慄S酮質(zhì)量濃度采用NaNO2-AlCl3來(lái)測(cè)定[20]；黃酮醇質(zhì)量濃度參照文獻(xiàn)[21]的方法測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 16.0軟件(SPSS Inc., Chicago, Illinois)對(duì)土壤指標(biāo)與葡萄酒指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘蛇龍珠’葡萄園土壤指標(biāo)的區(qū)域差異

土壤指標(biāo)的范圍、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等廣泛用于描述性分析，反應(yīng)土壤指標(biāo)的整體特征。由表1可以看出，試驗(yàn)區(qū)土壤不同理化指標(biāo)的變異不同，變異系數(shù)(CV)為7.71%～109.41%。其中，土壤指標(biāo)中弱變異的為砂粒(CV<0.1)，其他指標(biāo)中，除電導(dǎo)率外，變異系數(shù)為12.86%～75.96%，屬中等變異(0.1≤CV≤1)。從土壤顆粒組成情況可知，供試‘蛇龍珠’葡萄園土壤主要為砂質(zhì)壤土和壤質(zhì)砂土，且土壤中砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高(65.66%～86.29%)。葡萄園區(qū)土壤pH為4.42～6.75，表明園區(qū)部分土壤存在明顯的酸化狀況。土壤電導(dǎo)率為46.00～799.30 μS/cm，變異系數(shù)為109.41%，表明該園區(qū)土壤中鹽離子質(zhì)量濃度相對(duì)較低，且存在明顯區(qū)域差異。土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鈣和鎂元素變異都相對(duì)較大，可能與施肥方法、田間管理措施等有關(guān)。

2.2 ‘蛇龍珠’葡萄園葡萄與葡萄酒指標(biāo)的區(qū)域差異

由表2可知，試驗(yàn)區(qū)葡萄與葡萄酒理化指標(biāo)具有明顯變異。葡萄果實(shí)指標(biāo)的變異系數(shù)為3.34%～17.16%，葡萄酒指標(biāo)的變異系數(shù)為1.82%～54.22%。葡萄果實(shí)總糖、總酸質(zhì)量濃度最高的地區(qū)分別較最低地區(qū)高31.0%和92.9%，說(shuō)明葡萄園不同區(qū)域所采收葡萄果實(shí)成熟度存在明顯差異。

園區(qū)不同區(qū)域葡萄酒的酒精度平均值為12.41%，殘?zhí)蔷陀? g/L，揮發(fā)酸質(zhì)量濃度均低于1.2 g/L，符合葡萄酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。葡萄酒中總酸質(zhì)量濃度變異系數(shù)低于10%，為弱變異，其質(zhì)量濃度最高的地區(qū)較最低的地區(qū)高46.8%。酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度多為中等變異，總酚、單寧、花色苷、總類黃酮和黃酮醇質(zhì)量濃度相差最大分別為2.49、2.40、4.04、7.83和4.22倍。土壤質(zhì)地、含水量、有機(jī)質(zhì)等的區(qū)域差異可能是葡萄酒總酸、酚類物質(zhì)等區(qū)域差異的重要原因[5,14,22-23]。

表1 ‘蛇龍珠’葡萄園土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)(n=24)Table 1 Descriptive statistics parameters of soil variables in ‘Cabernet Gernischt’ vineyard (n=24)

表2 ‘蛇龍珠’葡萄園不同區(qū)域葡萄與葡萄酒指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)分析(n=24)Table 2 Analysis of statistical indices of physichemical properties of grape juice and wine in ‘Cabernet Gernischt’ vineyard (n=24)

2.3 土壤指標(biāo)、葡萄果實(shí)指標(biāo)與葡萄酒指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知，土壤質(zhì)量含水量與葡萄酒總酸和黃酮醇質(zhì)量濃度呈極顯著正相關(guān)，而與葡萄酒pH和單寧質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，與葡萄酒中花色苷和總類黃酮質(zhì)量濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明土壤含水量增加有利于提高葡萄酒總酸質(zhì)量濃度，而降低葡萄酒中酚類物質(zhì)的質(zhì)量濃度。土壤pH分別與葡萄酒總酸質(zhì)量濃度、黃酮醇質(zhì)量濃度呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明土壤pH的降低有利于提高葡萄酒總酸和黃酮醇的質(zhì)量濃度。土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒中總酸和黃酮醇質(zhì)量濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與總酚質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與總類黃酮質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加提高葡萄酒中總酸的質(zhì)量濃度，不利于酚類物質(zhì)的合成。土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒pH呈顯著正相關(guān)。土壤交換性鉀、鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與葡萄酒總酚質(zhì)量濃度呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)。土壤交換性鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒中黃酮醇質(zhì)量濃度也呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明過(guò)多的交換性鉀和鈣不利于酚類物質(zhì)的積累。葡萄汁總糖質(zhì)量濃度與葡萄酒總酸、總酚質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)。葡萄汁總酸質(zhì)量濃度與葡萄酒總類黃酮質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與黃酮醇質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)。

表3 ‘蛇龍珠’葡萄酒指標(biāo)與土壤、葡萄汁指標(biāo)的相關(guān)性(n=24)Table 3 Correlation coefficients between indices of wine composition and soil and grape juice parameters (n=24)

雖然土壤指標(biāo)與葡萄酒指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性，但是簡(jiǎn)單的相關(guān)性分析很難說(shuō)明土壤指標(biāo)對(duì)葡萄酒指標(biāo)的影響。因此，采用主成分分析法(PCA)進(jìn)一步分析土壤指標(biāo)與葡萄酒指標(biāo)間的關(guān)系。前2個(gè)主成分分別占總體方差的33.2%和18.55%，各指標(biāo)在前2個(gè)主成分上的載荷見圖1。土壤砂粒、有機(jī)質(zhì)、pH和葡萄酒pH、花色苷和總類黃酮在第1主成分的正向端，土壤電導(dǎo)率、交換性鉀、鈣、鎂在第2主成分的正向端。葡萄酒總酚、黃酮醇位于第1、2主成分的負(fù)方向，與土壤電導(dǎo)率、交換性鉀、鈣、鎂等負(fù)相關(guān)。葡萄酒pH、單寧、花色苷和總類黃酮與土壤質(zhì)量含水量負(fù)相關(guān)。

2.4 土壤指標(biāo)與葡萄酒理化指標(biāo)回歸方程的建立

多元線性回歸分析結(jié)果(見表4)表明，土壤質(zhì)量含水量與葡萄酒pH、單寧、花色苷、總類黃酮等的質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，與總酸和黃酮醇質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒總酸質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與總類黃酮質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)。土壤pH和交換性鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒總酚質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤交換性鉀和鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒黃酮醇質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)。

x1～x12分別表示土壤中粘粒、粉砂、砂粒、土壤含水量、pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、交換性鉀、鈣和鎂；y1～y7分別表示葡萄酒總酸、pH、總酚、單寧、花色苷、總類黃酮和黃酮醇x1 to x12 stand for clay,silt,sand, soil water content,soil pH,conductivity,organic matter,alkaline N,available P, available K, available Ca and available Mg of soil,respectively; y1 to y7 stand for titratable acidity,pH,total phenolics,total tannin,total anthocyanins, total flavonoids and total flavonols of wine, respectively.

表4 影響葡萄酒指標(biāo)的土壤因子回歸方程Table 4 Regression equation of soil nutrient factors affecting wine composition

3 討 論

葡萄園土壤理化指標(biāo)是決定風(fēng)土的重要因素[24]。Reynolds 等[25]在雷司令葡萄園的研究發(fā)現(xiàn)，土壤質(zhì)地影響葡萄產(chǎn)量、葡萄與葡萄酒中成分及葡萄酒感官品質(zhì)。Mackenzie等[26]發(fā)現(xiàn)土壤粘粒質(zhì)量濃度對(duì)含糖量無(wú)影響，但降低pH，提高總酸的質(zhì)量濃度。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤粒度質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒品質(zhì)指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性，但是Reynolds等[4]的研究發(fā)現(xiàn)，土壤粘粒和粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤質(zhì)量含水量呈顯著正相關(guān)。李濤等[27]建立了基于土壤質(zhì)地的土壤飽和導(dǎo)水率預(yù)測(cè)模型。土壤水分質(zhì)量含量影響樹體水分狀況，最終影響葡萄與葡萄酒的品質(zhì)[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤質(zhì)量含水量與葡萄酒總酸質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，而與單寧、花色苷質(zhì)量濃度等呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明水分虧缺利于葡萄果實(shí)中酚類物質(zhì)的積累。水分虧缺可能促進(jìn)酚類物質(zhì)的代謝，促進(jìn)其在葡萄果皮中的積累[28]。因此，土壤質(zhì)地可能通過(guò)影響土壤保水能力來(lái)影響葡萄與葡萄酒的品質(zhì)。

唐美玲等[13]也發(fā)現(xiàn)，煙臺(tái)地區(qū)葡萄園土壤呈酸化趨勢(shì)，且這種酸化與葡萄園不合理的土壤管理方式有關(guān)。本研究表明，‘蛇龍珠’葡萄園土壤pH呈酸性，土壤pH與葡萄酒總酸質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，與Noble[29]的結(jié)果一致。酸化土壤還降低葡萄酒酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度。

盡管一些研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量濃度與花色苷質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)[30]，但是本研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葡萄酒總酸、總酚及黃酮醇等質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)。研究表明，土壤中養(yǎng)分含量尤其是氮素含量可能改變?nèi)~幕微環(huán)境，導(dǎo)致葡萄果實(shí)中酚類物質(zhì)含量的變化[31-33]，但是本研究中發(fā)現(xiàn)，土壤堿解氮與葡萄酒指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性。

此外，本研究表明，土壤交換性鉀和鈣降低葡萄酒中總酚的質(zhì)量濃度。但Ruan等[34]研究發(fā)現(xiàn)，增加鉀的含量有利于增加茶葉中總酚的含量。Mackenzie等[26]發(fā)現(xiàn)，土壤鈣與葡萄果實(shí)含酸量的提高有關(guān)。土壤礦質(zhì)元素對(duì)葡萄酒成分的影響可能是不同元素通過(guò)合理配比綜合作用的結(jié)果[35]。

氣候和土壤是影響葡萄與葡萄酒品質(zhì)的重要因素[30]。同一葡萄園，溫度、光照和降雨等條件相差較小，土壤田間管理一致的情況下，土壤水肥管理水平是影響葡萄酒品質(zhì)的重要因素。因此，根據(jù)不同區(qū)域土壤指標(biāo)及其與葡萄酒品質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行合理的養(yǎng)分配比是確保葡萄酒品質(zhì)的關(guān)鍵措施。

4 結(jié) 論

本研究分析‘蛇龍珠’葡萄園不同區(qū)域土壤指標(biāo)的區(qū)域差異及其與葡萄酒指標(biāo)的相互關(guān)系。結(jié)果表明，葡萄園不同區(qū)域土壤為砂質(zhì)壤土或壤質(zhì)砂土，呈不同程度的酸化現(xiàn)象。多數(shù)土壤指標(biāo)呈中等變異，其中土壤電導(dǎo)率的變異最大。葡萄酒中酚類物質(zhì)的質(zhì)量濃度呈中等變異。

葡萄酒中總酸質(zhì)量濃度受土壤含水量、有機(jī)質(zhì)的影響。葡萄酒黃酮醇受土壤含水量、土壤交換性鉀和鈣的影響，總酚質(zhì)量濃度受土壤pH和交換性鈣的影響，葡萄酒pH、單寧、花色苷、總類黃酮受土壤含水量的影響。此外，葡萄酒中總類黃酮質(zhì)量濃度還受土壤有機(jī)質(zhì)的影響。

土壤理化指標(biāo)是影響葡萄酒品質(zhì)指標(biāo)的重要因素，需要根據(jù)不同區(qū)域土壤指標(biāo)及其與葡萄酒品質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行有針對(duì)性的土壤管理以提高葡萄酒的品質(zhì)。

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