不同生育期水分虧缺對‘赤霞珠’耗水及果實(shí)品質(zhì)的影響

李 晶，李 華,2,3，王 華,2,3(.西北農(nóng)林科技大學(xué) 葡萄酒學(xué)院，陜西楊凌 7200；2.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)中心，陜西楊凌 7200；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 合陽葡萄實(shí)驗(yàn)示范站，陜西渭南 75300)

水是人類生存和社會發(fā)展無可替代的資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈。中國干旱半干旱地區(qū)水資源相對匱乏，農(nóng)業(yè)用水難以滿足。葡萄是需水較大的植物，在不同生長時期需水量存在差異，只有在適宜的土壤水分供應(yīng)條件下，才能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)葡萄。近年來，隨著葡萄種植面積的增大，葡萄水分利用方面的問題逐漸得到重視，了解葡萄需水規(guī)律，合理灌溉，不僅能減少水資源的浪費(fèi)，還能較大提升葡萄品質(zhì)，因此，研究葡萄需水規(guī)律具有重要意義[1-3]。

虧缺灌溉是指葡萄生長期適當(dāng)?shù)氖┘铀置{迫，目前，關(guān)于虧缺灌溉對作物生理特性、產(chǎn)量與品質(zhì)及水分吸收利用情況的研究表明，虧缺灌溉不僅節(jié)約水分使用量，提高作物的水分利用效率；同時也刺激植株做出補(bǔ)償效應(yīng)，有利于維持或者提高葡萄產(chǎn)量，減少生長冗余，改善產(chǎn)品品質(zhì)；也有一些研究認(rèn)為虧水灌溉的節(jié)水效果顯著，但于增產(chǎn)無益[2-6]。目前，虧缺灌溉相關(guān)研究主要集中在葡萄作物產(chǎn)量形成、養(yǎng)分遷移及吸收利用等方面[4-6]，而關(guān)于灌水時間、灌水量多少對葡萄品質(zhì)的影響[7]等方面鮮見報(bào)道。本研究以提高干旱地區(qū)釀酒葡萄‘赤霞珠’果實(shí)品質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，通過回歸分析，研究不同生育期虧缺灌溉對‘赤霞珠’耗水特征和果實(shí)品質(zhì)的影響，探討虧水灌溉的節(jié)水效果，以期為虧缺灌溉條件下生產(chǎn)高品質(zhì)葡萄提供依據(jù)。從而確定陜西省楊凌區(qū)葡萄的生產(chǎn)管理模式，并為其他地區(qū)的葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年3月-10月在陜西省楊凌示范區(qū)曹新莊葡萄園防雨拱棚內(nèi)進(jìn)行。楊凌地處關(guān)中平原中部，海拔403.2～530.1 m，年平均氣溫12.9 ℃，日照時數(shù)2 196 h·d，年平均降水量660 mm，大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候，積溫(≥10 ℃)不少于4 300～4 500 ℃·d，無霜期200 d以上。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為粘土，各層土壤物理性質(zhì)見表1。灌溉方式為單固定一側(cè)滴灌，滴灌管直徑為16 mm，滴頭間距為48 cm。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方案

供試釀酒葡萄‘赤霞珠’(Cabernet sauvignon)于2008年定植，單臂平均留芽6個，平均10 cm留1 個結(jié)果枝，整形方式為單干雙臂，南北行向，株行距1 m×3 m。

試驗(yàn)包括5種灌溉處理，每處理占一個小區(qū)，設(shè)3個重復(fù)，共15個小區(qū)。根據(jù)房玉林等[8]葡萄生長對土壤含水量的要求，葡萄整個生育期內(nèi)土壤含水量保持在田間持水量的60%～80%為充分灌溉(Full irrigation，F(xiàn)I)，即當(dāng)土壤含水量降低至處理土壤含水量下限時補(bǔ)水至處理上限[9]。試驗(yàn)組分別對新梢生長期(A)、花期(B)、漿果生長期(C)和果實(shí)成熟期(D)進(jìn)行控水(40%～54%田間持水量)，其余時間保持充分灌溉，具體實(shí)施方案如表2所示，各個處理間除灌水有差異外，田間管理措施均一致。為保證萌芽率，萌芽期進(jìn)行20 mm 的灌溉。

表2 不同生育期調(diào)虧灌溉方案

1.3 測定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤水分監(jiān)控 采用時域反射儀(Time domain reflectometer,TDR)測定0～80 cm深的土壤含水量，每20 cm由上至下測1次。耗水量采用水量平衡法[10]計(jì)算，設(shè)施栽培條件下降水量為0 mm，地下水層較深的補(bǔ)給量忽略不計(jì)，生育期內(nèi)葡萄耗水量為灌溉水量和土壤水分動態(tài)變化量的和。

1.3.2 葡萄產(chǎn)量測定 果實(shí)采收后，每處理隨機(jī)選取30穗果測穗質(zhì)量，計(jì)算平均值；從果穗的上、中、下3個部位各取1粒果實(shí)，共計(jì)30粒，利用游標(biāo)卡尺測量果粒的縱徑和橫徑，利用電子天平測量果粒、果穗質(zhì)量，計(jì)算平均值；利用刻度尺測量果穗穗長和去除果粒后果梗長度，計(jì)算平均值[2]。統(tǒng)計(jì)各個試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量，計(jì)算單位面積產(chǎn)量。

1.3.3 葡萄品質(zhì)測定 葡萄采收后，采用手持糖量計(jì)測定可溶性固形物的質(zhì)量濃度。還原糖的測定采用斐林試劑熱滴定法[11]；可滴定酸用NaOH滴定法測定，并以酒石酸計(jì)。葡萄果皮中總酚的測定采用福林—肖卡法[12]，單寧的測定采用甲基纖維素沉淀法[13]；葡萄果皮中總花色苷用pH示差法測定[14]。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用Excel 2010及SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對土壤含水量的影響

不同灌溉處理土壤含水量與土層深度變化規(guī)律趨于一致。新梢生長期土壤含水量如圖1-a所示，處理A土壤含水量在0～40 cm土層顯著低于其他處理，40～80 cm差異逐漸減小，土壤含水量變化曲線趨于平緩?；ㄆ谌鐖D1-b所示，由于處理A進(jìn)行生育期早期水分虧缺處理，因此0～80 cm土壤含水量仍低于其他處理，且40～60 cm與處理B無顯著差異；‘赤霞珠’快速生長，對土壤水分消耗較大，導(dǎo)致處理A和B在0～40 cm的含水量顯著低于其他處理，處理A高于處理B，說明前一階段水分虧缺對后面生育期的土壤含水量有影響。漿果膨大期土壤含水量如圖1-c所示，處理C土壤含水量低于其他處理。該時期內(nèi)，植株葉片面積增大，阻擋了陽光對地表的直射，棵間蒸發(fā)為輔、作物耗水為主。著色成熟期土壤水分動態(tài)變化如圖1-d所示，生育期前期作物耗水導(dǎo)致該生育期內(nèi)土壤含水量低于其他時期，但僅顯著影響0～40 cm的土壤，而對40～80 cm土壤影響不顯著。從變化趨勢可以看出，隨著土壤深度的增加，灌溉對土壤含水量的影響變小，40～80 cm 深度的土壤含水量變化差異不顯著。

2.2 不同灌水處理對‘赤霞珠’耗水的影響

2.2.1 耗水強(qiáng)度變化規(guī)律 耗水強(qiáng)度受‘赤霞珠’各個生長發(fā)育時期內(nèi)外界環(huán)境對其水分消耗的影響，包括氣象條件、灌溉制度、田間管理等，代表單位時間、單位面積的作物耗水量。由圖2可以看出，果實(shí)膨大期耗水強(qiáng)度最大，新梢生長期和花期耗水強(qiáng)度小。新梢生長期至漿果收獲的耗水強(qiáng)度近似為一條單峰曲線，新梢生長期耗水強(qiáng)度為1.66～2.17 mm·d-1，處理A由于此時期灌水量有限，耗水強(qiáng)度顯著小于其他處理；花期時間較短，耗水強(qiáng)度略有提升，可能由于這一階段氣溫升高幅度較快，光合作用、蒸騰作用增強(qiáng)，葡萄營養(yǎng)生長、生殖生長同時進(jìn)行所致；漿果生長期歷時最長，此時期氣溫較高、植株枝葉生長最茂盛，耗水量、耗水強(qiáng)度最大，為2.67～3.84 mm·d-1；轉(zhuǎn)色成熟期耗水強(qiáng)度減小?？傮w看來，灌溉量多少直接決定耗水強(qiáng)度高低，各處理隨著灌溉量增加，日耗水強(qiáng)度也隨之增大。

柱形圖內(nèi)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Different lowercase letters in the bar chart mean significant difference(P<0.05)

圖1不同灌溉處理下的土壤含水量

Fig.1Soilwatercontentunderdifferentirrigationtreatments

A、B、C、D、FI分別代表新梢生長期、花期、漿果膨大期、轉(zhuǎn)色成熟期虧缺灌溉和充分灌溉 A，B，C，D，F(xiàn)I represent deficient irrigation at the shoot growth period,flowering period,berry chlargement,bery maturity period and full irrigation；下同 The same bellow

圖2釀酒葡萄生育期的耗水強(qiáng)度

Fig.2Waterconsumptionintensityofvinegrapeatdifferentstages

2.2.2 耗水特征 充分灌溉、新梢生長期、花期、果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色成熟期水分虧缺處理下，葡萄植株全生育期的耗水量分別為462.16、444.05、420.86、399.75、413.57 mm，其中FI耗水量最大，處理C耗水量最小，前者比后者高15.61%。耗水模數(shù)反映葡萄各個生育期耗水量在總耗水量中的比重，表明不同生育階段對水分的敏感程度和灌溉的重要性，從表3可以看出，設(shè)施葡萄花期耗水模數(shù)最小，僅為4.6%～6.7%；除處理C，其他處理均為漿果生長期耗水模數(shù)最大，處理A、B、D、FI的耗水模數(shù)依次為46.64%、48.62%、49.72%和45.06%。生育期耗水模數(shù)大小規(guī)律為漿果膨大期>轉(zhuǎn)色成熟期>新梢生長期>花期。

表3 ‘赤霞珠’各生育期的耗水特征

2.3 不同灌水處理對‘赤霞珠’產(chǎn)量及水分利用效率的影響

如表4所示，不同處理對‘赤霞珠’果實(shí)外觀品質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在橫徑、果梗和穗質(zhì)量上，均為FI最大，顯著高于水分虧缺處理A、B、C，達(dá)到極顯著水平，處理C除粒質(zhì)量與其他處理無顯著差異外，其他外觀品質(zhì)指標(biāo)均顯著小于其他處理。與FI相比，處理D除橫徑和穗質(zhì)量顯著減小外，其他指標(biāo)均差異不顯著。處理A、B、C、D穗質(zhì)量分別比FI減少 7.65%、14.04%、26.99%和13.42%，表明生育期水分虧缺對穗質(zhì)量有消極影響，如果是漿果膨大期干旱脅迫，極顯著降低穗質(zhì)量。虧水處理對果穗長度有抑制作用，處理C的穗長顯著降低，說明漿果生長期水分脅迫作用達(dá)極顯著水平，表明干旱處理的時機(jī)和時間與產(chǎn)量形成因素密切相關(guān)。

由表4可知，漿果膨大期虧水處理的產(chǎn)量最低，較FI處理減少29.6%，與其他處理間差異顯著，F(xiàn)I處理的產(chǎn)量最高，其次是新梢生長期、轉(zhuǎn)色成熟期和花期進(jìn)行干旱處理的3個試驗(yàn)組，產(chǎn)量居中，組間差異不顯著，基本能維持產(chǎn)量。和充分灌溉相比，轉(zhuǎn)色前干旱處理產(chǎn)量顯著降低，轉(zhuǎn)色后水分虧缺造成的減產(chǎn)不顯著，原因可能是在植株重要的營養(yǎng)器官形成時期，限制水分供應(yīng)會抑制植物的營養(yǎng)器官生長發(fā)育，直接造成光合產(chǎn)物減少。轉(zhuǎn)色前由于‘赤霞珠’葡萄的生理特性，果實(shí)生長期較長，此時進(jìn)行水分虧缺的程度過大，植株缺水時間過長，即使復(fù)水也不能彌補(bǔ)干旱造成的危害，故而影響最終的果實(shí)產(chǎn)量。

水分利用效率(WUE)是產(chǎn)量與耗水量的比值，用以反映單位水的生產(chǎn)能力，WUE越大，說明植株節(jié)水能力越強(qiáng)[15]。結(jié)合耗水量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，處理C的WUE顯著小于其他處理，其中比充分灌溉低18.27%，其他處理間差異不顯著；處理D的WUE大于FI，表明轉(zhuǎn)色后進(jìn)行干旱脅迫處理能提高水分利用效率。

表4 不同灌溉處理下果實(shí)的外觀品質(zhì)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

Note：Different letters in the same column mean significant difference(P<0.05)，upercase letters represent extremely significant difference(P<0.01).The same below.

2.4 不同灌水處理對果實(shí)理化特性的影響

由表5可知，處理C含糖量最低，比充分灌溉(185.51 g·L-1)降低5.1%，其他處理間差異不顯著，處理D較FI增加7.8%，說明處理D有利于提高葡萄的總糖質(zhì)量濃度。處理A的總酸(以酒石酸計(jì))質(zhì)量濃度最高，較FI增加11.1%，差異顯著，可能與‘赤霞珠’前期水分虧缺限制植株?duì)I養(yǎng)生長有關(guān)；處理D比FI低4.0%，說明著色成熟期進(jìn)行水分虧缺處理能降低葡萄酸度。處理C可溶性固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小，與FI相比降低2.4%；處理D最大，比FI增加6.4%。

單寧決定釀酒葡萄的風(fēng)味、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地，主要來源于葡萄皮、葡萄梗和葡萄籽[14]。虧缺灌溉可以增加果皮及種子中的單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是果皮中處理A和C與FI差異不顯著，處理B、D的單寧分別增加12.89%和13.78%，其中處理D最高，達(dá)到5.12 mg·g-1。‘赤霞珠’葡萄果皮的4個調(diào)虧灌溉處理均增加單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體表現(xiàn)為D>B>A>C>FI，除處理C外，F(xiàn)I與其他處理差異均顯著?；ㄉ帐瞧咸训闹饕@色物質(zhì)，同時具有一定的生理活性，處理A、B、C、D較FI分別增加13.34%、8.77%、12.12%和30.30%，說明水分虧缺對花色苷影響顯著。酚類物質(zhì)與葡萄及所釀葡萄酒的風(fēng)味密切相關(guān)，如表5所示，各個虧水處理的酚類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于FI，其中處理D和C最高，B、A次之，分別較FI提高26.11%、15.28%、8.77%和7.39%，這對改善葡萄酒的風(fēng)味有重要意義。

表5 不同灌水處理下果實(shí)的理化特性

3 結(jié)論與討論

調(diào)虧灌溉的土壤含水量有一定的影響，表現(xiàn)為調(diào)虧灌溉在調(diào)虧生育期的土壤含水量低于其他處理，尤其在0～40 cm差異明顯。耗水強(qiáng)度在全生育期表現(xiàn)為先增大、后減小的趨勢，說明葡萄在生育期早期(新梢生長期和花期)需水量最小，果實(shí)膨大期需水量最大，與耿琳等[16]研究結(jié)果一致。調(diào)虧灌溉對耗水強(qiáng)度影響大，表現(xiàn)為調(diào)虧處理的耗水強(qiáng)度都較低，并且對調(diào)虧后下一個生育期的日耗水強(qiáng)度也有影響。漿果生長期水分虧缺處理在轉(zhuǎn)色成熟期的耗水強(qiáng)度顯著高于其他處理，耗水指標(biāo)未表現(xiàn)出補(bǔ)償效應(yīng)。

虧缺灌溉能提高葡萄的品質(zhì)，不同時期進(jìn)行虧缺灌溉，對品質(zhì)的影響程度也不同[17]。漿果生長期是‘赤霞珠’生長的關(guān)鍵時期，耗水強(qiáng)度大(2.67～3.84 mm·d-1)，耗水模數(shù)接近50%，該時期虧水導(dǎo)致顯著減產(chǎn)，還原糖和可溶性固形物分別降低5.1%和2.4%。造成WUE明顯降低，與劉靜霞等[18]、張振文等[19]的研究結(jié)果相近。處理A和處理B雖然有一定程度的減產(chǎn)(7.2%、10%)，但是WUE與FI的相比差異不顯著。轉(zhuǎn)色成熟期進(jìn)行水分虧缺，可以在不顯著降低產(chǎn)量的條件下改善葡萄品質(zhì)，提高WUE，與充分灌溉相比，這種調(diào)虧方式能減少產(chǎn)量和植株生長，但能夠促進(jìn)漿果和葡萄酒的品質(zhì)，與Santesreban等[20]研究結(jié)果一致。但也有學(xué)者認(rèn)為調(diào)虧灌溉并不會降低產(chǎn)量，主要是在重新灌溉后植株獲得補(bǔ)償效應(yīng)[21]，復(fù)水后同化能力增強(qiáng)，光合產(chǎn)物向經(jīng)濟(jì)性狀轉(zhuǎn)移，顯然，確定調(diào)虧灌溉時期及合理的閾值范圍才能決定最終的效果。

單粒質(zhì)量和縱橫徑均為最小，說明果實(shí)膨大期是葡萄的需水臨界期，該時期的調(diào)虧處理使作物嚴(yán)重減產(chǎn)，與充分灌溉相比有顯著差異，即使此時期耗水總量最小也難以改變其WUE最低的事實(shí)。此外，漿果生長期水分虧缺處理導(dǎo)致‘赤霞珠’含糖量和可溶性固形物降低，可滴定酸質(zhì)量濃度提高，對葡萄品質(zhì)產(chǎn)生消極影響，在栽培管理中應(yīng)引起足夠的重視。轉(zhuǎn)色成熟期水分虧缺可使含糖量和可溶性固形物增加，降低含酸量[22]，雖然較充分灌溉減產(chǎn)6.8%，但是WUE提高，綜上可知，漿果膨大期虧水會造成不良影響，轉(zhuǎn)色成熟期虧水是較優(yōu)良的水分調(diào)控策略。

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