烏海市中晚熟釀酒葡萄生長的氣候適宜度分析

王晴　楊紅子　馬偉　張洪杰　劉昕悅　王鳳琴

摘 要 葡萄產(chǎn)業(yè)是內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市優(yōu)勢農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，定量評估釀酒葡萄生長季氣候適宜度特征及其對氣候變化的響應(yīng)具有重要意義。此次研究基于1981—2010年烏海市逐旬氣象資料，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法，結(jié)合釀酒葡萄氣象指標(biāo)，建立了旬尺度的溫度和日照適宜度模型，并應(yīng)用幾何平均法建立了釀酒葡萄綜合氣候適宜度模型;基于2009—2019年烏海市逐旬氣象資料及釀酒葡萄品質(zhì)資料進(jìn)行了模型驗證。

關(guān)鍵詞 中晚熟釀酒葡萄;模糊數(shù)學(xué)法;氣候適宜度模型;內(nèi)蒙古烏海市

中圖分類號：S663.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.086

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，農(nóng)業(yè)受氣候變化的影響越趨明顯[1]。因此，在氣候變暖的大環(huán)境下，研究農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物氣候適宜度迫在眉睫。氣候適宜度是指通過對比日照時間、氣溫、降水量這3個參數(shù)值來評價國家或者地區(qū)的地理氣候?qū)θ祟愐约皠又参锷a(chǎn)生活的適宜程度。葡萄是內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市特色作物。20世紀(jì)90年代年烏海市就已建成多個品種兼有的大型葡萄基地，再加上政府的大力支持，如今已形成生產(chǎn)基地+種植大戶的發(fā)展模式。近年，該地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，除了原產(chǎn)品還有制酒業(yè)。通過定量評估釀酒葡萄氣候適宜性，將更加有助于提高烏海市葡萄及葡萄酒地區(qū)品牌效應(yīng)，增強(qiáng)市場競爭力。對于制酒業(yè)來說，釀酒葡萄的生產(chǎn)狀況在很大程度上影響著釀酒企業(yè)的生產(chǎn)方向，而氣候條件對農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)影響極大，其中氣溫、日照、降水量的影響又尤為顯著。烏海市處于傳統(tǒng)釀造紅葡萄酒優(yōu)良的中晚熟品種赤霞珠葡萄最適宜生態(tài)區(qū)內(nèi)，域內(nèi)大面積種植赤霞珠[2]。相關(guān)人員在烏海市葡萄生長受氣候影響研究方面做了不少工作，但對于釀酒葡萄生長期間氣候適宜度特征及變化趨勢研究尚未見報道?；诖耍脷夂蜻m宜度評價模型及烏海釀酒葡萄的代表品種赤霞珠，對烏海市中晚熟釀酒葡萄生長氣候適宜度特征進(jìn)行綜合分析，探究氣候因素與中晚熟釀酒葡萄品質(zhì)的關(guān)系，把握烏海中晚熟釀酒葡萄生長氣候適宜度。

1 材料與方法

1.1 資料來源

烏海市國家一般站（機(jī)場站）常年（1981—2017年）降水量、平均氣溫、日照時間，烏海市自動站（烏蘭鎮(zhèn)）2018、2019年平均氣溫等氣象數(shù)據(jù)資料來源于烏海市氣象局;中晚熟釀酒葡萄生育期資料、各生育期三基點溫度[3]、適宜光照、適宜降水[4]運(yùn)用參考網(wǎng)絡(luò)資料、實地調(diào)查、專家咨詢等方法梳理并調(diào)整得出;赤霞珠葡萄品質(zhì)數(shù)據(jù)來源于位于烏海市的葡萄酒企業(yè)、寧夏氣象局科研所。

1.2 葡萄氣候適宜度模型的建立

設(shè)F是論域X到[0，1]的一個映射，即F∶X→[0，1]，x→F（x）稱F是X上的模糊集，而函數(shù)F（·）稱為模糊集F的隸屬函數(shù)，F(xiàn)（x）稱為x對模糊集F的適宜度，表示x屬于F的程度[5]。

可以定義不同的模糊集，例如中晚熟釀酒葡萄生育期內(nèi)的溫度、日照、降水等不同的模糊集，通過建立日照（S）、溫度（T）、降水（R）的適宜度函數(shù)

T（·）、S（·）、R（·），計算作物生育期內(nèi)逐旬的日照、溫度、降水（S、T、R）對于模糊集S、T、R的適宜度S（S）、S（T）、S（R），即日照、溫度、降水（S、T、R）對晚熟釀酒葡萄生長發(fā)育的適宜程度。

1.2.1 氣溫適宜度函數(shù)

通過分析釀酒葡萄各生育期生長發(fā)育對于烏海市氣溫的滿足程度，引入釀酒葡萄生長對氣溫變化的響應(yīng)函數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣溫適宜度可用公式（1）計算[6]：

（1）

其中，，S（T）為作物生育期的溫度適宜度評價指數(shù)，T為生育期平均氣溫，Tmin、Tmax、T0分別為作物在某生育期所需的下限溫度、上限溫度和最適溫度。S（T）是由實際氣溫T和Tmin、Tmax、T0決定的葡萄溫度適宜度。

當(dāng)T≤Tmin或T≥Tmax時，S（T）=1;當(dāng)T=T0時，S（T）=1。

1.2.2 光照適宜度函數(shù)

葡萄在生長過程中，充足的光照條件可以使花芽更好的分化，葉片的生長色綠、肥厚，果實著色較為良好，新梢粗壯，尤其是對光照要求高的歐洲葡萄品種，例如本次試驗所用的赤霞珠，必須在陽光直射的條件下才可以正常著色。但并不是所有葡萄對光照的需求都是越強(qiáng)越好，有的葡萄在強(qiáng)光的照射下，果實表面溫度可達(dá)50℃以上，葡萄果穗的日燒病便會產(chǎn)生。葡萄葉片在中午光照條件最強(qiáng)的時候，則會發(fā)生“午休現(xiàn)象”（光合作用的低谷）。因此可以說，過強(qiáng)的光照對葡萄的生長是不利的。所以本文以日照時間達(dá)可照時間的60%～90%（日照百分率）為臨界點[7]，認(rèn)為日照百分率達(dá)到60%以上，90%以下，葡萄對光照的反應(yīng)可達(dá)到最佳適宜狀態(tài)。研究表明，日照適宜度可用公式（2）計算[8]：

（2）

式中，S（S）為作物生育期日照適宜度評價指數(shù);S為作物生育期旬實際日照時間（h）;S0為作物相應(yīng)生育期光照條件達(dá)到可照時間的60%時的日照時間（h），S1為作物相應(yīng)生育期光照條件達(dá)到可照時間90%時的日照時數(shù)（h）。

1.2.3 降水適宜度函數(shù)

按照徐學(xué)選等[9]的降水量與作物產(chǎn)量的關(guān)系曲線圖，以內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市的葡萄正常生長所需水量作為其適宜需水量標(biāo)準(zhǔn)，葡萄的降水適宜度[6]可以使用下式計算：

（3）

式中，F(xiàn)（P）為某生育期的降水適宜度，數(shù)值范圍為0～1，P為某一生育階段降水量，W為作物某一階段生理需水量。當(dāng)P略大于W，且是土壤適宜儲存接納的量，可認(rèn)為F（P）≈1。

通過文獻(xiàn)資料與以及向?qū)＜伊私?，可得出結(jié)論：烏海市降水不足以滿足葡萄各生育期生長需求，但是由于該地區(qū)發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，可采用灌溉方式保證葡萄各生育期的需水量，并保證灌溉水量合適。因此，降水并不作為衡量葡萄生長適宜度的限制因子。

1.2.4 氣候適宜度函數(shù)

生態(tài)條件與葡萄的生長過程及最終果實產(chǎn)量的形成關(guān)系錯綜復(fù)雜，尤其是氣候因子間組合的變化對其影響較大，因子之間會產(chǎn)生疊加效應(yīng)，或因子加強(qiáng)，或被減弱，甚至被完全抵消。為了綜合反映疊加因子對葡萄適宜度的影響，合理評估葡萄對可能提供的氣候資源的適宜動態(tài)，按照上述分析選擇光溫適宜度計算葡萄生長的綜合氣候適宜度。

可用公式（3）計算釀酒葡萄的氣候適宜度[6]：

（4）

式中SY代表氣候適宜度，ST表示溫度適宜度，SS表示光照適宜度。

由上述模型計算得出，烏海市釀酒葡萄生育期氣候適宜度如表1所示，氣候適宜度均值為99%。

1.3 氣候適宜度驗證

1.3.1 建模方法驗證

1.3.1.1模型的驗證

品質(zhì)是產(chǎn)品的特征，反映中晚熟釀酒葡萄品質(zhì)的主要理化指標(biāo)有中晚熟釀酒葡萄品種的含糖量、可滴定酸、pH值和酚類物質(zhì)等。含糖量是釀酒葡萄最重要的品質(zhì)因子，對釀酒葡萄品質(zhì)及后續(xù)生產(chǎn)影響極大。李記明等[10]研究表明，含糖量與葡萄酒的品質(zhì)之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，含糖量高的葡萄果實釀出的葡萄酒，酒體醇厚豐滿;含糖量在一定程度上也能反映芳香物質(zhì)的情況。李記明等[11]認(rèn)為，釀酒葡萄超出最佳適宜酸度范圍會使葡萄酒出現(xiàn)酸澀、粗硬、平淡或乏味、少筋情況。pH值主要作用是在葡萄酒釀造過程中控制其不穩(wěn)定性。糖酸比反映釀酒葡萄含糖量和含酸量的平衡，糖酸比太高和太低不易釀造出好的葡萄酒。因糖酸比是綜合反映釀酒葡萄品質(zhì)的重要指標(biāo)，在評價釀酒葡萄品質(zhì)時，經(jīng)與葡萄酒廠技術(shù)人員交流，結(jié)合國內(nèi)專家研究成果，最終選擇釀酒葡萄糖酸比作為釀酒葡萄品質(zhì)的評價指標(biāo)。根據(jù)烏海市氣象局前期對釀酒葡萄品質(zhì)等級的研究表明，品質(zhì)達(dá)到優(yōu)以上等級的釀酒葡萄糖酸比在35～50，不在35～50的等級均為優(yōu)以下。

1.3.1.2糖酸比與氣候適宜度

將2009—2017年氣候適宜度數(shù)據(jù)與2009—2017年烏海市各酒廠提供的釀酒葡萄糖酸比數(shù)據(jù)對比分析，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣候適宜度指數(shù)達(dá)到90%以上時，釀酒葡萄品質(zhì)等級均能達(dá)到優(yōu)。表明本次設(shè)計的葡萄氣候適宜度模型能客觀反映烏海市釀酒葡萄種植的氣候適宜性水平。

1.3.2 建模數(shù)據(jù)代表性驗證

1.3.2.1驗證數(shù)據(jù)來源

采取與建模數(shù)據(jù)及驗證模型使用數(shù)據(jù)同屬烏海市的同品類釀酒葡萄赤霞珠成熟前產(chǎn)品作為檢驗樣品，送往寧夏氣象局科研所進(jìn)行品質(zhì)測定得到2018及2019年的品質(zhì)數(shù)據(jù)。采樣的兩個葡萄基地是烏海市具有代表性的漢森和吉奧尼兩個葡萄酒廠，兩廠釀酒葡萄的種植小氣候及土壤條件各有特色，代表了烏海及賀蘭山北麓的各種葡萄園小氣候。用不同于建模使用的小氣候釀酒葡萄樣品檢驗可以驗證建模使用數(shù)據(jù)的代表性。

1.3.2.2驗證結(jié)果

將2018—2019年用烏海市烏蘭鎮(zhèn)原始數(shù)據(jù)得出的氣候適宜度數(shù)據(jù)與建模未使用的另一小氣候葡萄產(chǎn)品的糖酸比數(shù)據(jù)對比分析，依然符合當(dāng)氣候適宜度指數(shù)達(dá)到90%以上時，釀酒葡萄品質(zhì)等級能達(dá)到優(yōu)的規(guī)律，表明本次建模數(shù)據(jù)及驗證模型使用數(shù)據(jù)具有代表性、可信性。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄各生育期適宜度年際變化分析

2.1.1 葡萄各生育期氣溫適宜度年際變化分析

由圖1可以得出，1981年以來各生育期氣溫適宜度波動較大的生育期有出土期、漿果生長期、新梢成熟和落葉期、埋土期，因此葡萄種植戶在從事種植活動期間，應(yīng)特別關(guān)注出土期春霜凍，漿果生長期連陰寡照，新梢成熟和落葉期、埋土期秋季冷害。

2.1.2 葡萄各生育期光照適宜度年際變化分析

分析圖2可以得出，1981年以來各生育期光照適宜度沒有波動，非常適宜。因此光照在烏海不作為氣候限制因素，從事農(nóng)事活動不用過多考慮。

2.1.3 葡萄各生育期氣候適宜度年際變化分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市中晚熟釀酒葡萄各生育期氣候適宜度年際變化如圖3所示。一般認(rèn)為光溫適宜度大于0.8即為較適宜，由圖3可以看出，1981年以來各生育期氣候適宜度波動較大的生育時期只有出土期和埋土期，因此葡萄種植戶在從事種植活動期間，應(yīng)特別關(guān)注出土上架時間、埋土越冬時間及埋土深度，及時關(guān)注天氣情況，做好農(nóng)事活動安排。

2.2 葡萄全生育期適宜度年際變化分析

從圖4可知，釀酒葡萄1981—2019年全生育期氣溫、光照及氣候適宜度平均值均在0.9以上。其中，光照適宜度最高，平均值為1;其次是氣候適宜度，均值為0.97;最小的是氣溫適宜度，平均值為0.93。近年來，氣候適宜度及氣溫趨勢漸好，有回升跡象，均在2009年出現(xiàn)波谷，之后波動上升。光照適宜度則不同，一直處于非常穩(wěn)定的適宜狀態(tài)。因此可以看出，氣候適度的變化趨勢由溫度適宜度的變化趨勢主導(dǎo)。在全球大環(huán)境背景下，近兩年來烏海地區(qū)的溫度適宜度波動變化趨勢對種植葡萄產(chǎn)生了負(fù)效應(yīng)，在一定的程度上增加了葡萄種植風(fēng)險。但只需要注意響應(yīng)生育期的管理，烏海氣候?qū)︶劸破咸焉L發(fā)育仍有利。

3 結(jié)論與討論

結(jié)果表明：1）1981—2019年，烏海市釀酒葡萄生長季內(nèi)氣候適宜度較高，均超過0.9;釀酒葡萄整個生長發(fā)育期內(nèi)適宜度波動最小的是光照適宜度，氣候適宜度居于中間，氣溫適宜度的波動最為明顯。因此，未來限制烏海市釀酒葡萄產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的因子仍然可能是氣溫因子。2）1981年以來，烏海市釀酒葡萄各個生育期的氣候適宜程度呈現(xiàn)不穩(wěn)定的上下波動趨勢，但是近10年趨勢漸好，有回升跡象，所以，在釀酒葡萄種植過程中，管理人員可以在不同的生長時期采取針對性的農(nóng)業(yè)管理措施。3）經(jīng)檢驗，此次釀酒葡萄氣候適宜度模型在反映烏海市釀酒葡萄種植適宜性上表現(xiàn)良好，可以作為決策和農(nóng)業(yè)服務(wù)的理論基礎(chǔ)。4）定量評估得出結(jié)論，烏海地區(qū)釀酒葡萄氣候適宜性極高?；诖?，利用烏海釀酒葡萄的代表品種赤霞珠可繼續(xù)研究設(shè)置認(rèn)證氣候條件指標(biāo)，建立氣候品質(zhì)評價模型，綜合評價確定氣候?qū)ιa(chǎn)階段的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，最終評定農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)等級，探究氣候因素與中晚熟釀酒葡萄品質(zhì)的關(guān)系，把握烏海中晚熟釀酒葡萄氣候品質(zhì)，為氣候品質(zhì)認(rèn)證工作打下堅實基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：趙中正）