全生育期水分脅迫對(duì)設(shè)施葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響

張 帥，張 芮，張小艷，王旺田

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

近10余年來(lái)，我國(guó)北方設(shè)施葡萄生產(chǎn)發(fā)展很快，以前所未有的速度迅速發(fā)展[1]。隨著人們生活水平日益提高，消費(fèi)者對(duì)葡萄等水果的品質(zhì)日益重視，如何在保證相對(duì)高產(chǎn)的前提下提升果品品質(zhì)成為葡萄栽培中亟待解決的課題[2]。葡萄延后栽培是針對(duì)冷涼地區(qū)氣候特點(diǎn)，利用日光溫室進(jìn)行春季避光、冬季增溫調(diào)控，以延遲漿果成熟期為目的，實(shí)現(xiàn)淡季供應(yīng)的一種高效栽培方式[3]。我國(guó)北方旱區(qū)晝夜溫差大，對(duì)于發(fā)展葡萄產(chǎn)業(yè)有著很大的優(yōu)勢(shì)。但由于該區(qū)域降水量少，水資源匱乏成為了限制葡萄生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素。因此，開(kāi)展水分脅迫(調(diào)虧灌溉)試驗(yàn)研究，探究其對(duì)葡萄生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)的影響規(guī)律，對(duì)發(fā)展節(jié)水、優(yōu)質(zhì)、高效葡萄產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

目前，調(diào)虧灌溉技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于果樹(shù)、蔬菜、小麥、玉米和棉花等作物，以期達(dá)到節(jié)水、增產(chǎn)、提質(zhì)的目的。丁端峰以冬小麥為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)適宜程度的水分脅迫可以提高產(chǎn)量，并且提升果實(shí)的品質(zhì)[4]；李彪[5]等研究發(fā)現(xiàn)冬小麥返青期和夏玉米苗期隔溝調(diào)虧灌溉處理雖然在調(diào)虧時(shí)期內(nèi)降低了光合作用，但復(fù)水后的光合補(bǔ)償效應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。植物光合產(chǎn)生的糖，作為評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)高低的重要指標(biāo)之一，葡萄果實(shí)糖分的積累是鑒識(shí)葡萄品質(zhì)的一個(gè)重要的因子。果皮色澤是果實(shí)的重要品質(zhì)，也是衡量果品商品價(jià)值的重要因素[6]，而花青素含量的多少和著色程度直接影響葡萄果實(shí)的外觀品質(zhì)[7]。而且近些年調(diào)虧灌溉技術(shù)也被廣泛的用于葡萄種植[8- 10]，但目前關(guān)于設(shè)施葡萄調(diào)虧灌溉(全生育期水分脅迫)研究較少，尤其缺少對(duì)葡萄果實(shí)綜合品質(zhì)的研究，尚未建立節(jié)水調(diào)質(zhì)型水分管理模式。因此，本文通過(guò)開(kāi)展設(shè)施葡萄果實(shí)品質(zhì)對(duì)水分脅迫的響應(yīng)規(guī)律試驗(yàn)研究，提出最佳的節(jié)水調(diào)質(zhì)型水分管理模式，以期為我國(guó)設(shè)施栽培葡萄水分精準(zhǔn)管理提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在甘肅省蘭州市永登縣設(shè)施葡萄栽培研究基地，地理位置東經(jīng)103°16＇24″，北緯36°43＇34″，海拔2100m，屬典型的冷涼型半干旱大陸季風(fēng)氣候。年均降水量為290mm，年日照時(shí)數(shù)為2659h，平均無(wú)霜期121d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)品種主要為6年生“紅地球”葡萄品種。葡萄栽培設(shè)施為日光溫棚，單棚面積為8m×80m，株間距為0.8m，行間距為2m，土壤田間持水率為27.2%，土壤容重為1.41g/cm-3。試驗(yàn)采用滴灌灌溉，2管1行控制模式，滴頭流量為q=2.5L/h，間距50cm，計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為100cm，濕潤(rùn)比0.5。為防止小區(qū)之間土壤水橫向擴(kuò)散，在小區(qū)邊界垂直鋪設(shè)厚度為2mm的聚乙烯土工膜，鋪設(shè)深度100cm。當(dāng)小區(qū)實(shí)測(cè)含水率占田間含水率百分比達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的下限值時(shí)灌水，灌水定額均為270m3·hm-2。

將試驗(yàn)葡萄分為5個(gè)生育期，即萌芽期(5月9—25日)，新梢生長(zhǎng)期(5月26日—6月22日)，開(kāi)花期(6月23日—7月10日)，果實(shí)膨大期(7月10日—9月8日)，著色成熟期(9月9日—12月1日)。試驗(yàn)采用水分調(diào)控這一個(gè)單因素試驗(yàn)，設(shè)置全生育期輕度干旱脅迫(土壤含水量下限為65%θf(wàn)，上限為90%θf(wàn))、中度干旱脅迫(土壤含水量下限為55%θf(wàn)，上限為80%θf(wàn))和重度干旱脅迫(土壤含水量下限為45%θf(wàn)，上限為70%θf(wàn))三個(gè)脅迫處理。以全生育期充分供水(土壤含水量下限為田間持水率θf(wàn)的75%，上限為100%θf(wàn))為對(duì)照處理。共4個(gè)水分調(diào)控處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)分布，每個(gè)小區(qū)面積為6m×2m，包括1行葡萄和滴灌溝渠。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 不同處理的土壤含水率下限(占田間持水率的百分?jǐn)?shù)%)

1.3 主要測(cè)定指標(biāo)與方法

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)各小區(qū)進(jìn)行不同的水分脅迫處理，主要測(cè)定指標(biāo)：以葡萄果實(shí)中糖分轉(zhuǎn)運(yùn)和積累為研究重點(diǎn)，從果實(shí)膨大期開(kāi)始每隔14d測(cè)定葡萄果實(shí)中碳水化合物(可溶性總糖、蔗糖、葡萄糖和果糖)含量。采用GB 5009.8—2016法《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測(cè)定高效液相色譜法》；可溶性固化物采用的儀器為WZS手持式糖度計(jì)；花青素采用GB/T 22244—2008《保健食品中前花青素的測(cè)定》；可滴定酸采用GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》。

葡萄粒徑的測(cè)定:在每個(gè)小區(qū)前后選取2株果樹(shù)，從果實(shí)膨大期開(kāi)始，每隔14d用精度0.01mm的游標(biāo)卡尺在果樹(shù)的上中下取3粒果實(shí)，共6粒進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel及SPSS18軟件進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)總糖含量的影響

全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)總糖含量的影響見(jiàn)表2。由表2可以看出，全生育期不同水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)總糖含量的影響比較顯著，各個(gè)處理的總糖含量都是在增長(zhǎng)的，著色成熟期的增長(zhǎng)速率(9月22日—10月25)明顯低于果實(shí)膨大期的增長(zhǎng)速率(8月1—24日)，各個(gè)水分脅迫不同的處理之間的增長(zhǎng)速率各不相同的。從果實(shí)膨大期開(kāi)始22d(8月1日)TS處理的總糖含量最低，為1.25%，比CK處理低了0.97%。而總糖含量最高的則是TM處理，為2.64%，相比最低的TS處理提高了1.39%，差異比較顯著；果實(shí)膨大期是葡萄果實(shí)發(fā)育增長(zhǎng)速度較快的一個(gè)時(shí)期，所以從8月1—24日，葡萄果實(shí)的糖分積累速度是比較明顯加快的一個(gè)階段，8月24日(即果實(shí)膨大期45d)TA處理和TS處理的總糖含量顯著低于CK處理和TM處理，TM處理總糖含量一直處于較大值，含量為9.69%，不過(guò)TA處理總糖含量的積累速率是在這個(gè)階段是高于CK處理的，而TS處理總糖含量最小，為7.49%；從8月24日—9月22日，葡萄果實(shí)從果實(shí)膨大期末期進(jìn)入著色成熟期，相較之8月1—24日這個(gè)階段，葡萄果實(shí)的糖分積累速度變得緩慢，在9月22日(即著色成熟期13d)TM處理總糖含量與CK處理相比無(wú)顯著性差異，糖分含量最高依然為TM處理，達(dá)至13.08%，TS處理和TA處理的總糖含量較低，糖分積累速度低于上一個(gè)時(shí)期；10月25日(即著色成熟期46d)葡萄果實(shí)逐漸成熟，顏色深度早已加深，TM處理的總糖含量依舊最高，達(dá)17.26%，而TS處理依舊最低，為14.00%。由此可見(jiàn)，輕度水分脅迫處理果實(shí)中總糖含量總體高于重度水分脅迫的處理，TM處理總糖含量比CK處理高了1.86%，TA處理和TS處理低于對(duì)照CK處理，TS處理依舊最低總糖含量，所以輕度水分脅迫處理果實(shí)中總糖含量高于對(duì)照CK處理。

表2 全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)總糖含量的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在P<0.05水平上顯著。

2.2 水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)蔗糖含量的影響

全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)蔗糖含量的影響見(jiàn)表3。由表3可以看出，所有處理葡萄果實(shí)的蔗糖含量呈微量且持續(xù)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。8月1日(即果實(shí)膨大期22d)葡萄果實(shí)中蔗糖的含量大致相同，沒(méi)有顯著性差異，在8月1—24日葡萄果實(shí)中的蔗糖含量增長(zhǎng)速度較快；8月24日—9月22日果實(shí)中的蔗糖含量一直在增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率比上一個(gè)時(shí)期慢，9月22日(即著色成熟期13d)TM處理依舊增長(zhǎng)最快、蔗糖含量最高，達(dá)0.43%，而TS處理蔗糖含量最小，僅有0.33%，且顯著低于對(duì)照組CK處理，9月22日—10月25日期間，葡萄果實(shí)中的蔗糖含量緩慢增加，10月25日(即著色成熟期45d)TS處理的增長(zhǎng)速率最快，但是它的含量依舊最低，低至0.44%，TM處理和CK處理持平保持在中上等水平；著色成熟期后TM處理蔗糖含量增長(zhǎng)速度最快，TM處理最大，隨后CK處理，次之TA處理，TS處理蔗糖含量最小，輕度水分脅迫的處理中果實(shí)蔗糖含量始終高于重度水分脅迫的處理中果實(shí)蔗糖含量。由此可見(jiàn)，輕度的水分脅迫對(duì)于葡萄果實(shí)蔗糖的積累是有利的，而灌水量較少的處理則不利于葡萄果實(shí)蔗糖的積累。

表3 全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)蔗糖含量的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在P<0.05水平上顯著。

2.3 水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)果糖含量的影響

果糖含量是鑒識(shí)葡萄品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)果糖含量的影響見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，果糖含量是占可溶性總糖比例比較大的部分，而且葡萄果實(shí)中果糖的含量一直在積累。8月1日(即果實(shí)膨大期22d)CK處理的果糖含量最高，達(dá)0.79%，TS處理果糖含量最低，僅為0.62%，與CK差異顯著(P<0.05)；8月1—24日處于果實(shí)膨大期的中后期，葡萄果實(shí)中的果糖含量明顯增高，增長(zhǎng)速率較快，TM處理的增長(zhǎng)速率顯著的超過(guò)了CK處理而且果糖含量最高，達(dá)到了4.05%，顯著高于CK和其他處理；8月24日—9月22日這個(gè)階段的果糖增長(zhǎng)速度低于上一個(gè)階段，變得緩慢，9月22日(即著色成熟期13d)TM果糖含量最高，增長(zhǎng)速度較快；10月25日(即著色成熟期45d)TM處理的果糖含量最高，比CK處理高了0.99%，TS處理最低，CK處理果糖含量處于中上等水平。過(guò)度的缺水使得TS處理果糖積累的較少，影響了葡萄的品質(zhì)。

表4 全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)果糖含量的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在P<0.05水平上顯著。

2.4 水分脅迫對(duì)于葡萄果實(shí)葡萄糖含量的影響

全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)葡萄糖含量的影響見(jiàn)表5。由表5可以看出葡萄果實(shí)中的葡萄糖含量在增長(zhǎng)，相較之葡萄果實(shí)中果糖的增長(zhǎng)速率比蔗糖快的多。8月1日(即果實(shí)膨大期22d)，果實(shí)中積累的葡萄糖含量較少，TM處理含量最高，為1.74%，高于對(duì)照處理，而TS處理最低；8月1—24日處于果實(shí)膨大期中后期階段，果實(shí)中葡萄糖含量增長(zhǎng)幅度較大，8月24日(即果實(shí)膨大期45d)CK處理的含量最高；9月22日(即著色成熟期13d)TM處理的增長(zhǎng)速率明顯提高，高于CK處理，TA處理和TS處理低于對(duì)照組CK處理；10月25日(即著色成熟期45d)葡萄糖含量最高的是TM處理，達(dá)8.23%，而TS處理則最低，僅有6.68%。過(guò)度的缺水導(dǎo)致葡萄果實(shí)中的糖分積累過(guò)慢，葡萄品質(zhì)和生理生長(zhǎng)受到了一定的影響。

表5 全生育期水分脅迫對(duì)葡萄果實(shí)葡萄糖含量的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在P<0.05水平上顯著。

2.5 水分脅迫對(duì)外觀品質(zhì)(果實(shí)粒徑)的影響

葡萄縱、橫徑生長(zhǎng)如圖1—2所示，由圖1—2可以看出隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，果實(shí)的粒徑不斷增長(zhǎng)，在果實(shí)膨大期后8～22d和74～107d兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，無(wú)論是葡萄的橫徑還是縱徑增長(zhǎng)速度都是比較快的，是果實(shí)快速生長(zhǎng)的兩個(gè)高峰期，在22～74d這個(gè)時(shí)間段葡萄的縱徑和橫徑相比緩慢一些。在果實(shí)膨大期后50d左右，TM處理的縱徑和橫徑開(kāi)始大于其他處理，而TS處理的縱徑和橫徑的增長(zhǎng)速率慢慢變低，CK處理處于中上等水平。各處理葡萄生長(zhǎng)趨勢(shì)開(kāi)始呈現(xiàn)先快后慢再快的趨勢(shì)。

圖1 葡萄縱徑生長(zhǎng)情況

圖2 葡萄橫徑生長(zhǎng)情況

2.6 水分脅迫對(duì)葡萄花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影響

全生育期水分脅迫對(duì)花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影響見(jiàn)表6。由表6可以看出，全生育期不同的水分脅迫對(duì)可溶性固形物的影響是顯著的，TM處理和TA處理的可溶性固形物含量顯著高于CK處理，而重度水分脅迫下過(guò)度的缺水則導(dǎo)致了TS處理可溶性固形物含量的累積，TM處理含量最高，為15.71%，TA處理僅小于TM處理，為15.11%，反映出適當(dāng)?shù)娜彼畷?huì)促進(jìn)葡萄果實(shí)中可溶性固定物的積累，而過(guò)分的缺水則導(dǎo)致TS處理中可溶性固形物比較少，對(duì)照組CK處理的充分供水則對(duì)其產(chǎn)生的影響不大。各處理之間的花青素含量差異大，TM處理和TA處理的花青素含量較高，達(dá)至11.93nmol·g-1和10.85nmol·g-1，顯著高于對(duì)照組CK處理，TS處理花青素含量較低，顯著低于CK處理，總體上，輕度的水分脅迫和中度的水分脅迫有利于花青素含量的增長(zhǎng)，而重度水分脅迫則會(huì)降低花青素的含量；果實(shí)中可滴定酸是指果實(shí)中酸性物質(zhì)的總量，是影響果實(shí)風(fēng)味的重要因素，由表6可以看出，全生育不同水分脅迫葡萄果實(shí)可滴定酸的含量是各不相同的，TS處理的果實(shí)中可滴定酸含量顯著高于CK處理中的可滴定酸含量，達(dá)到最高0.69%，TA處理的果實(shí)中可滴定酸含量也顯著高于CK處理，高出0.13%，而TM處理的果實(shí)中可滴定酸含量最低，比CK處理低0.05%，中度和重度的水分脅迫對(duì)果實(shí)中可滴定酸的含量有一定的促進(jìn)作用，導(dǎo)致葡萄果實(shí)更加的酸澀，而輕度的水分脅迫和充分的灌水會(huì)是葡萄果實(shí)的口味更加美味，香甜可口。

表6 全生育期水分脅迫對(duì)花青素、可溶性固形物和可滴定酸的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在P<0.05水平上顯著。

3 討論

調(diào)虧灌溉是葡萄設(shè)施栽培中的一項(xiàng)重要農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，它不但可以有效地減少株間蒸發(fā)，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合理轉(zhuǎn)化，使果實(shí)品質(zhì)得到明顯的改善，同時(shí)又合理地控制農(nóng)田用水，提高水分利用率[11]。葡萄內(nèi)糖分的含量是衡量果實(shí)品質(zhì)最為重要的指標(biāo)之一，掌握果實(shí)生長(zhǎng)過(guò)程中糖分積累的規(guī)律對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)方法和改良品種有很大的好處，葡萄中糖類的組成和含量決定了漿果的品質(zhì)[12- 13]。本試驗(yàn)通過(guò)3種水分脅迫水平對(duì)葡萄果實(shí)糖分積累的研究表明：葡萄果實(shí)糖分的積累出現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，在果實(shí)膨大期中后期和著色成熟期前期，葡萄果實(shí)糖分的積累比較快，在著色成熟期中后期葡萄果實(shí)糖分的積累速率低于前一個(gè)階段，TM處理的適當(dāng)灌水和TS處理由于過(guò)度的水分匱乏導(dǎo)致了兩者的還原糖含量差異顯著，TM處理的可溶性固化物也高于CK處理，適當(dāng)?shù)乃置{迫能促進(jìn)葡萄漿果可溶性固形物積累，糖含量增加而嚴(yán)重水分匱乏反而不利于糖分的增加[14]。房玉林[15]等研究表明調(diào)虧灌溉影響了可溶性固化物和還原糖的增加，與本試驗(yàn)結(jié)果相似。

在果實(shí)膨大期充足的灌水能使果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育速率變快，而適度的水分虧缺會(huì)提高果實(shí)的品質(zhì)[11]。本試驗(yàn)對(duì)果實(shí)粒徑、花青素、可溶性固化物和可滴定酸方面也做了研究。研究發(fā)現(xiàn)果實(shí)粒徑出現(xiàn)了先快后慢再快的增長(zhǎng)趨勢(shì)，適宜的灌水有助于粒徑的生長(zhǎng)，重度水分脅迫下的粒徑則出現(xiàn)了粒徑緩滯狀態(tài)，高陽(yáng)[16]等研究表明對(duì)于不同的調(diào)虧灌溉處理，適度虧水處理有利于葡萄的膨大與生長(zhǎng)，與本試驗(yàn)結(jié)果相符。

葡萄花青素是一種有著特殊分子結(jié)構(gòu)的生物類黃酮，是目前國(guó)際上公認(rèn)的清除人體內(nèi)自由基(造成人體老化及諸多疾病的重要因素之一)最有效的天然抗氧化劑，對(duì)提高人體免疫力具有重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的虧水會(huì)導(dǎo)致葡萄生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，苦澀程度增加，色澤度不夠美觀，輕度和中度的脅迫會(huì)導(dǎo)致葡萄的成色度較豐滿，提升了外觀品質(zhì)。馬婷慧[17]、鄧浩亮[18]等研究表明，適當(dāng)?shù)乃痔澣笨梢栽黾庸麑?shí)的著色度和甜度，從而提高果實(shí)品質(zhì)，適當(dāng)?shù)乃置{迫能夠降低果實(shí)中可滴定酸的含量，與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似。

4 結(jié)論

全生育期不同水分脅迫對(duì)于設(shè)施延遲葡萄栽培的果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響，糖分積累呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)。輕度的水分脅迫有利于葡萄果實(shí)的糖分積累，而重度水分脅迫則相反；生育期內(nèi)果實(shí)粒徑的生長(zhǎng)處于‘快-慢-快’的趨勢(shì)，充分的供水和輕度的水分脅迫有利的促進(jìn)葡萄粒徑的增長(zhǎng)，過(guò)度缺水會(huì)不利于葡萄果實(shí)正常的生長(zhǎng)發(fā)育；輕中度水分脅迫可以促進(jìn)果實(shí)中可溶性固形物和花青素的積累，而充分的灌水對(duì)可溶性固形物和花青素的積累作用不大，重度水分脅迫下會(huì)降低可溶性固形物和花青素的含量；虧水過(guò)度會(huì)促進(jìn)葡萄果實(shí)中可滴定酸含量的增加。

綜合考慮果實(shí)中的糖分、粒徑、花青素、可溶性固化物和可滴定酸，輕度水分脅迫是最佳水分調(diào)控處理，可達(dá)到節(jié)水和提高葡萄果實(shí)品質(zhì)的生產(chǎn)效果，其土壤水分調(diào)控模式是：土壤水分為田間持水率的65%～90%，灌水定額均為270m3·hm-2。