寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄耗水規(guī)律及灌溉制度優(yōu)化研究

雷 筱，周立華，劉學(xué)軍，王永平，朱 潔

(寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

0 引 言

葡萄(Vitis vinifera L)屬葡萄科木質(zhì)藤本植物，其果實富含多種礦物質(zhì)、維生素和類 黃酮，素有“抗氧化明星”的美譽。主要分布于新疆吐魯番、山東煙臺、河北昌黎、寧夏賀蘭山東麓等地[1]。2003年，寧夏賀蘭山東麓獲“葡萄酒國家地理標(biāo)志產(chǎn)品”保護區(qū)認(rèn)證。葡萄產(chǎn)業(yè)已成為寧夏農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略性主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一。2015年全區(qū)釀酒葡萄栽培面積達到3.53 萬hm2，形成了以石嘴山市、銀川市、青銅峽市、紅寺堡區(qū)和寧夏農(nóng)墾為主的五大產(chǎn)區(qū)。

優(yōu)質(zhì)葡萄的生長對溫度、水分、光照的要求較高，土壤則以壤土和細(xì)砂質(zhì)壤土最好。寧夏賀蘭山東麓地區(qū)有優(yōu)良的光熱資源和富含鈣質(zhì)的砂質(zhì)壤土，非常有利于出產(chǎn)高品質(zhì)的釀酒葡萄。但該區(qū)干旱缺水，長期以來葡萄種植主要依賴黃河水進行大水漫灌或溝灌，水資源利用效率低下?，F(xiàn)有研究表明，滴灌技術(shù)作為一種先進的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，與傳統(tǒng)灌溉相比可使水分利用效率提高70%～80%，與噴灌相比用水效率提高30%～40%[2]。荒漠地區(qū)葡萄滴灌能減少溝灌大定額產(chǎn)生的深層滲漏損失，比溝灌減少50%以上的用水量，產(chǎn)量提高17%，含糖量提高1.9%[3,4]。能提供給葡萄植株一定的水分張力和有效的施肥措施，能促使葡萄根系更加集中，吸收根的總量增加33%～39%，有利于肥料利用率的提高[5]。較高的灌水頻率也能對土壤鹽分起到很好的淋洗作用，生育期灌水結(jié)束后，土壤鹽分隨距滴頭距離的增加而增加[6]。同時，滴灌技術(shù)更是一種行之有效的農(nóng)業(yè)技術(shù)，對葡萄生長、成熟時間及品質(zhì)都有重要影響[7]?？纱龠M葡萄穗形整齊、果粒大小均勻、色度和芳香化合物濃度提高30%[8]。增加葡萄葉片的厚度及幼葉組織結(jié)構(gòu)密度，提高果實中糖和果皮中花青素的含量，降低酸含量，提高果實品質(zhì)[9]。因此，發(fā)展高效節(jié)水灌溉是解決該區(qū)水資源短缺、提高水資源利用效率的有效措施，也是賀蘭山東麓百萬畝葡萄長廊戰(zhàn)略實施的必然選擇。目前，關(guān)于滴灌土壤水分分布和運移規(guī)律、不同灌溉方式對釀酒葡萄的影響、滴灌水肥一體化技術(shù)研究較多[10-12]，但對于賀蘭山東麓地區(qū)滴灌條件下釀酒葡萄的耗水規(guī)律及高效節(jié)水灌溉制度研究較少。本文以大田滴灌釀酒葡萄為研究對象，分析不同灌水處理條件下釀酒葡萄生育期土壤含水率、耗水量和耗水強度的變化，以及不同灌水處理對品質(zhì)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的影響，最終推薦優(yōu)化釀酒葡萄滴灌灌溉制度，為該區(qū)釀酒葡萄種植生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年在寧夏農(nóng)墾局玉泉營農(nóng)場進行，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°1'22″～106°3'43″，北緯38°14'43″～38°16'53″，海拔高程約1 110～1 120 m。年日照時數(shù)2 800～3 300 h，年均氣溫8.8 ℃，4-10月不小于10 ℃有效積溫為3 300 ℃左右，成熟期晝夜溫差在10～12 ℃之間，多年平均無霜期156～165 d，年降水量180～200 mm，蒸發(fā)量1 250 mm左右，地下水埋深大于8 m。根據(jù)多年氣象資料統(tǒng)計分析，試驗區(qū)平水年(50%降水頻率)4-9月降雨量為113.49 mm，2015年實測釀酒葡萄生育期(4-9月)降雨量為109.3 mm，水文年型接近平水年。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土(國際制)，各類養(yǎng)分屬于較低肥力水平。0～80 cm土層平均容重為1.41 g/cm3，平均田間持水量(體積含水率)為15.3%。土壤機械組成和土壤基本物理參數(shù)見表1、表2。

表1 土壤質(zhì)地成分表

表2 土壤基本物理參數(shù)表

1.2 試驗材料

試驗品種為當(dāng)?shù)刂髟葬劸瓢灼咸哑贩N霞多麗，樹齡8年，屬盛果期葡萄，東西行向，株行距0.5 m×3.3 m。施肥和其他農(nóng)藝措施與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用不同灌水定額作為自變量，研究不同灌水定額條件下滴灌葡萄土壤含水率、耗水特性、品質(zhì)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的變化。葡萄生育期灌溉定額共設(shè)6個水平，分別為2 700 m3/hm2(T1)、3 000 m3/hm2(T2)、3 300 m3/hm2(T3)、3 600 m3/hm2(T4)、3 900 m3/hm2(T5)、4 200 m3/hm2(T6)，每個處理重復(fù)3次，共布設(shè)18個小區(qū)，每個試驗小區(qū)長67 m，面積為0.022 hm2(67 m×3.3 m)。

葡萄灌溉采用滴灌，滴灌帶為單翼迷宮式滴灌帶，外徑16 mm，滴頭間距0.5 m，設(shè)計滴頭流量2.6 L/h。自4月下旬至8月下旬共灌水13次，其中萌芽期灌水3次(第1次為春灌)，開花期灌水1次，初果期灌水2次，果實膨大期灌水4次，著色成熟期灌水3次，灌水間隔為7～10 d，各處理灌水日期和灌水次數(shù)相同。具體灌水日期和灌水情況見表3。

1.4 試驗監(jiān)測指標(biāo)及方法

(1)降雨量監(jiān)測：采用永寧縣氣象局西夏王葡萄基地氣象站觀測的降雨量數(shù)據(jù)。

(2)土壤含水率監(jiān)測：在每個試驗小區(qū)布設(shè)1根TDR套管，布設(shè)點在兩株葡萄樹之間滴灌管下方，利用TREM-TDR土壤水分測量儀監(jiān)測0～20、20～40、40～60、60～80 cm深度土層的土壤體積含水率。生育期內(nèi)每次灌水前后監(jiān)測，降雨前后加測。

(3)產(chǎn)量測定：葡萄采收期，對各處理進行全收獲稱重，將進行品質(zhì)測定的葡萄樣本重量計算進總重量，統(tǒng)計各試驗小區(qū)的葡萄株數(shù)，計算出單株產(chǎn)量，折算出畝產(chǎn)量。

(4)品質(zhì)測定：收獲期在每個處理隨機選擇5株有代表性植株，按上、中、下3個部位隨機選擇3個果穗，再從每個果穗中隨機選取3粒葡萄測定可溶性固形物、可溶性糖、總酸、總酚和Vc含量。其中可溶性固形物用手持糖量計測定；可溶性糖用蒽酮法測定；總酸用NaOH滴定法測定；總酚用福林-肖卡法測定；Vc采用2.4二硝基苯肼比色法。

表3 各處理生育期灌水時間及灌水情況統(tǒng)計 m3/hm2

(5)耗水量計算：采用水量平衡法計算，小區(qū)灌水量由水表計量；由于試驗區(qū)地下水位埋藏較深，地下水補給量可以忽略；生育期內(nèi)降雨量較少且強度低，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略；在不考慮深層滲漏量的情況下，葡萄生長所需水分主要由農(nóng)田灌溉水和降雨補給。因此，水量平衡公式可簡化為：

ET=(WO-WE)+M+P

式中：ET為作物生育期某階段耗水量，mm；WO、WE為生育期某階段初、末80 cm土層的土壤含水率，mm；M為某階段內(nèi)的灌水量，mm；P為某階段內(nèi)的有效降雨量，mm。

(6)灌水量監(jiān)測：采用水表記錄各試驗小區(qū)灌水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2010、Spass19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理生育期土壤含水率變化

由圖1可看出，不同生育期各處理土壤含水率變化總體隨土層深度呈下降趨勢，其中0～20 cm和20～40 cm兩個土層的土壤含水率較高，均在60%田間持水率(9.18%)以上，變幅在9.14%～19.51%。40～60 cm和60～80 cm兩個土層土壤含水率相對較低，值圍繞60%田間持水率變化，變幅在2.72%～13.62%。出現(xiàn)這種結(jié)果有兩種可能：一是相對較小的灌水量使土壤水分垂直入滲較淺；二是試驗區(qū)土壤結(jié)構(gòu)不一致引起，根據(jù)對試驗區(qū)土壤剖面現(xiàn)場勘察，發(fā)現(xiàn)40 cm以上土壤為砂質(zhì)壤土，持水能力較強，40 cm以下土壤為清砂層，持水能力較差，因此導(dǎo)致0～80 cm土層土壤含水率分層明顯。

圖1 不同灌水處理生育期土壤含水率變化

生育期內(nèi)各處理土壤含水率基本呈現(xiàn)果實膨大期較高，萌芽期、開花期和初果期次之，著色成熟期最低的趨勢。其中萌芽期干旱少雨，葡萄植株萌發(fā)對水分需求較高，各處理土壤含水率在3.27%～16.74%之間，灌溉水量較小的處理T1、T2在60 cm土層土壤含水率迅速降低至60%田持以下，灌溉水量較大的T3、T4、T5、T6處理土壤水分垂直入滲要深，基本在80 cm土層土壤含水率才降低至60%田持以下。開花期各處理土壤含水率在4.42%～18.10%之間，灌溉水量較大的T3、T4、T5、T6處理0～80 cm土層土壤含水率均在60%田間持水率以上，灌溉水量較小的處理T1、T2在60 cm土層土壤含水率迅速降低至60%田持以下。初果期葡萄枝條及幼果生長旺盛，對水分的需求加大，是水肥管理的敏感時期，各處理土壤含水率在3.72%～19.33%之間，均在60 cm土層降低至60%田持以下。進入果實膨大期隨著葡萄耗水量和蒸散量的進一步增加，各處理土壤含水率在3.1%～19.51%之間，表現(xiàn)為灌溉水量大的T3、T4、T5、T6處理在60 cm土層以上土壤含水率大于60%田持，灌溉水量小的T1、T2處理在60 cm土層處土壤含水率迅速降低。但這一時期降雨較多，加之灌水頻繁，各處理土壤含水率在整個生育期最高。著色成熟期為提高葡萄的品質(zhì)人為控制灌溉水量，同時較高的氣溫使土壤水分消耗較大，各處理土壤含水率較低，在3.68%～17.82%之間，整體呈現(xiàn)在60 cm土層土壤含水率降低至60%田持以下，處理間差異不大。

2.2 不同灌水處理生育期耗水量和耗水強度變化

由表4可知，各處理全生育期耗水總量差異顯著(P<0.05)，在316.16～475.15 mm之間，隨灌水量的增加呈增加趨勢，其中灌水量最大的處理T6耗水量也最大，為475.15 mm，灌水量最小的處理T1耗水量最小，為316.16 mm。

各處理階段耗水量呈現(xiàn)開花期、初果期小，萌芽期、果實膨大期、著色成熟期大的“下開口拋物線”分布。其中萌芽期葡萄植株由于冬季埋土防凍，風(fēng)吹日曬土壤水分損耗較多，加之春季氣候干燥，各處理耗水量均較大，在88.87～108.38 mm之間，占總耗水量的20.17%～32.33%，日耗水強度為2.96～3.61 mm/d，處理間耗水量除T1、T5差異不顯著外，其余各處理差異均達到顯著水平。開花期適度的干旱有助于花芽分化，各處理日耗水強度均較萌芽期有所降低，為0.65～2.62 mm/d，耗水量在7.12～28.83 mm之間，占總耗水量的1.85%～6.37%，處理間耗水量除T2、T3與其他處理差異顯著外，其余各處理差異不顯著。初果期氣溫開始升高，葡萄以生殖生長為主，各處理耗水量均開始上升，在39.56～83.32 mm之間，占總耗水量的11.64%～18.38%，日耗水強度為1.98～4.17 mm/d，處理間耗水量差異均達到顯著水平。果實膨大期正值伏期高溫，葡萄生殖生長達到頂峰，營養(yǎng)生長也旺盛，是葡萄的需水高峰期，各處理日耗水強度達到2.26～4.48 mm/d。處理間耗水量差距明顯拉大，差異顯著，在86.93～138.96 mm之間，占總耗水量的25.13%～34.00%。著色成熟期氣溫仍較高，葡萄果粒著色成熟，是糖分及其他營養(yǎng)物質(zhì)大量累積的重要階段，各處理耗水差異顯著，達到第二個高峰期，在70.00～138.96 mm之間，占總耗水量的21.16%～26.88%，日耗水強度為2.52～4.14 mm/d。

表4 不同灌水處理生育期耗水量和耗水強度變化

注：LSD方差分析法(同列數(shù)值后相同字母表示處理間差異不顯著，不同字母表示處理間差異顯著，小寫字母表示在0.05水平上顯著，下同)。

2.3 不同灌水處理釀酒葡萄品質(zhì)變化

釀酒葡萄的品質(zhì)通過總糖、總酸、PH值、酚類物質(zhì)和萜類物質(zhì)等一系列參數(shù)綜合表現(xiàn)出來，這些物質(zhì)的含量和平衡關(guān)系決定著釀酒葡萄品質(zhì)的高低[13]。其中較高的含糖量和適中的含酸量是評定釀酒葡萄風(fēng)味濃、品質(zhì)優(yōu)的重要指標(biāo)之一，生產(chǎn)實際中釀酒葡萄含糖量一般為15%～25%，多用可溶性固形物表示，含酸量多以總酸表示[14]。糖酸比影響葡萄的口味，在生產(chǎn)中常通過調(diào)節(jié)該比值控制酒質(zhì)，有研究指出糖酸比為35±5：1時酒質(zhì)最好[15]。酚類物質(zhì)賦予葡萄果實及葡萄酒相應(yīng)的典型性和收斂性，主要存在于果皮、種子及果梗中[16]。芳香物質(zhì)的種類及含量受品種、產(chǎn)地、氣候、季節(jié)及栽培管理措施等因素的影響，果實中芳香物質(zhì)的分布表現(xiàn)為果皮>果肉>果汁[17]。

由表5可知，可溶性固形物T1、T5、T6處理顯著高于T2、T3、T4處理，灌水量最低的T1處理含量最高，為22.85%，灌水量最高的T6處理含量次之，為22.25%，說明較高或較低的灌水量均有利于可溶性固形物的提高，但對于釀酒白葡萄而言，糖度不易過高[18]?？扇苄蕴荰3、T4處理顯著高于T1、T2、T5、T6處理，T4處理含量最高，為10.27%，說明適中的灌水量有利于可溶性糖的累積?？偹崽幚黹g差異不顯著，基本呈現(xiàn)灌水量高的T3、T4、T5、T6處理高于灌水量低的T1、T2處理，T5處理含量最高，為0.69%，說明灌水量對釀酒葡萄酸度的影響較小，釀酒白葡萄的酸度稍高可增加酒的風(fēng)味[19]。糖酸比呈現(xiàn)出兩頭高的現(xiàn)象，即灌水量低的處理T1、T2和灌水量高的處理T5、T6顯著高于灌水量介于中間的處理T3、T4，其中T4處理糖酸比最低，為31.95?？偡犹幚黹g差異顯著，T4處理含量最高，為5.04 mg/g，說明適宜的灌水量有利于總酚的提高。Vc含量各處理在154.63～105.76 mg/kg之間，T1處理含量最高，為154.63 mg/kg。

表5 不同灌水處理釀酒葡萄品質(zhì)變化

2.4 不同灌水處理釀酒葡萄產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率的變化

由表6可知，各處理產(chǎn)量基本隨灌水定額的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，產(chǎn)量在8 553～14 368.5 kg/hm2之間，平均值達到11 246.25 kg/hm2。其中處理T4、T6的產(chǎn)量最高且差異不顯著，均在14 000 kg/hm2以上，但處理T4的耗水量比處理T6低16.08%，且產(chǎn)量最高。其他處理產(chǎn)量在平均值上下浮動，處理T1產(chǎn)量最低，為8 553 kg/hm2。由生育期灌水量與產(chǎn)量的關(guān)系可看出，處理T1、T3、T4的產(chǎn)量基本隨灌水量的增加而增加，但當(dāng)灌水量超過T4處理時，產(chǎn)量則出現(xiàn)下降趨勢。說明一定范圍之內(nèi)，滴灌葡萄的產(chǎn)量會隨灌水量的增加而增加，但超過一定限度，產(chǎn)量不僅不會增加，反而會降低。各處理水分生產(chǎn)效率為1.68～2.40 kg/m3，處理T4與其他處理差異顯著，且水分生產(chǎn)效率最高，達到2.40 kg/m3，說明在生育期采用適當(dāng)?shù)墓嗨?，能提高釀酒葡萄單方水分生產(chǎn)效率。灌溉水生產(chǎn)效率各處理在2.52～3.99 kg/m3之間，處理T4與其他處理差異顯著，灌溉水生產(chǎn)效率最高，達到3.99 kg/m3，各處理平均灌溉水生產(chǎn)效率為3.23 kg/m3，這是常規(guī)地面灌溉難以達到的，充分體現(xiàn)了滴灌技術(shù)的優(yōu)越性。

表6 不同灌水處理釀酒葡萄產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率的變化

2.5 推薦優(yōu)化釀酒葡萄滴灌灌溉制度

基于前文分析，從滴灌葡萄生育期土壤含水率、耗水量、耗水強度、品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率變化等多因素考慮，平水年(50%降水頻率)降水條件下，綜合評價認(rèn)為灌溉定額為3 600 m3/hm2時，釀酒葡萄的土壤水分利用、品質(zhì)、產(chǎn)量等均能達到最優(yōu)。因此推薦優(yōu)化釀酒葡萄滴灌灌溉制度為：灌溉定額3 600 m3/hm2，灌水次數(shù)13次，分別在萌芽期灌水3次(第1次為春灌)，開花期灌水1次，初果期灌水2次，果實膨大期灌水4次，著色成熟期灌水3次，灌水間隔為7～10 d。

3 結(jié) 論

以寧夏賀蘭山東麓大田滴灌釀酒葡萄為研究對象，分析了不同灌水處理條件下葡萄生育期土壤含水率、耗水量和耗水強度的變化，以及不同灌水處理對品質(zhì)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的影響，主要結(jié)論如下。

表7 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄滴灌灌溉制度

(1)各處理不同生育期土壤含水率變化總體隨土層深度呈下降趨勢，其中0～20和20～40 cm兩個土層的土壤含水率較高，均在60%田間持水率(9.18%)以上，40～60和60～80 cm兩個土層土壤含水率相對較低，值圍繞60%田間持水率變化。生育期內(nèi)各處理土壤含水率以果實膨大期最高，萌芽期、開花期和初果期次之，著色成熟期最低。

(2)各處理全生育期耗水總量差異顯著，基本隨灌水量的增加而增加。階段耗水量呈現(xiàn)開花期、初果期小，萌芽期、果實膨大期、著色成熟期大的“下開口拋物線”分布。萌芽期耗水強度為2.96～3.61mm/d，開花期為0.65～2.62 mm/d，初果期為1.98～4.17 mm/d，果實膨大期是滴灌葡萄的耗水高峰期，日均耗水量最高，達2.26～4.48 mm/d，著色成熟期各處理耗水強度達到第二個高峰期，為2.52～4.23 mm/d。

(3)可溶性固形物呈現(xiàn)較高或較低灌水量的處理含量高的現(xiàn)象，對于釀酒白葡萄而言，可溶性固形物不易過高?？扇苄蕴枪嗨拷橛谥虚g的處理T4顯著高于其他處理。總酸各處理差異不顯著，灌水量對酸度的影響較小。糖酸比呈現(xiàn)兩頭高的現(xiàn)象，即灌水量較低和灌水量較高的處理顯著高于灌水量介于中間的處理。總酚各處理差異顯著，灌水量居中的處理T4含量最高。

(4)各處理產(chǎn)量隨灌溉水量的增加呈先增大后減小的趨勢，處理T4(3 600 m3/hm2)產(chǎn)量最高。一定范圍之內(nèi)，滴灌葡萄的產(chǎn)量會隨灌水量的增加而增加，但超過一定限度，產(chǎn)量不僅不會增加，反而會降低。各處理水分生產(chǎn)效率和灌溉水生產(chǎn)效率，均以處理T4最高，說明在生育期采用適當(dāng)?shù)墓嗨磕芴岣哚劸破咸褑畏剿稚a(chǎn)效率。

(5)根據(jù)滴灌葡萄生育期土壤含水率、耗水量、耗水強度、品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率變化等多因素考慮，推薦優(yōu)化釀酒葡萄滴灌灌溉制度為：灌溉定額3 600 m3/hm2，灌水次數(shù)13次，分別在萌芽期灌水3次(第1次為春灌)，開花期灌水1次，初果期灌水2次，果實膨大期灌水4次，著色成熟期灌水3次，灌水間隔為7～10 d。

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