不同灌溉水量下摩爾多瓦生長和果實(shí)品質(zhì)研究

陳 拓，張清濤*，陳藝漩，王振平

(1.中山大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 珠海 519082；2.中山大學(xué)華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；3.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心，寧夏 銀川 750021)

干旱半干旱地區(qū)面臨嚴(yán)重的水資源危機(jī)，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水占比居高不下，農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)低，地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展受限。近幾年來，中國節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展迅速，滴灌、滲灌等節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用地區(qū)逐漸擴(kuò)大，水資源效率不斷提高[1]。

寧夏賀蘭山東麓地處西北內(nèi)陸，屬于干旱半干旱區(qū)地區(qū)，水資源短缺，但具有“引黃灌溉”先天條件，一定程度上維持了地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展[2-3]。該地區(qū)自20世紀(jì)80年代逐步發(fā)展葡萄種植業(yè)，并不斷引進(jìn)國外優(yōu)質(zhì)葡萄品種，同時(shí)大范圍地推廣[4]。歷經(jīng)30多年的發(fā)展，寧夏賀蘭山東麓已經(jīng)擁有成熟的葡萄種植體系，是中國著名的葡萄產(chǎn)區(qū)。賀蘭山東麓大部分采用傳統(tǒng)灌溉方式和節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合的方式，滴灌、滲灌等方式在當(dāng)?shù)貞?yīng)用廣泛[5-6]。在水資源貧乏的情況下，采用節(jié)水灌溉技術(shù)能夠有效提高農(nóng)田灌溉效率，同時(shí)也需要配套科學(xué)合理的灌溉定額[7-8]?！俺?xì)纖維”滲灌是基于毛細(xì)作用原理，通過超細(xì)纖維材料制成的滲灌裝置給植物根區(qū)供水，能達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的?！俺?xì)纖維”材料吸水性能優(yōu)越，無紡布包裹超細(xì)纖維材料可以防止泥沙進(jìn)入毛細(xì)芯，另外環(huán)狀設(shè)計(jì)可以覆蓋葡萄主根部，使葡萄主根周圍獲得較為均勻的水分。孫伊博等[9]的灌溉試驗(yàn)指出，毛細(xì)芯滲灌對葡萄生長與果實(shí)品質(zhì)具有一定的促進(jìn)作用，同時(shí)能夠提升水分利用效率。朱潔等[10]的研究指出，提高灌溉定額可以提高葡萄產(chǎn)量。但過多的灌溉會導(dǎo)致產(chǎn)量的下降。本試驗(yàn)針對寧夏賀蘭山東麓的葡萄栽培和水資源條件，基于“超細(xì)纖維”滲灌，尋求適宜的灌溉方式和灌溉定額。在應(yīng)用滲灌節(jié)水的前提下確定賀蘭山東麓葡萄栽種的生產(chǎn)管理模式，為當(dāng)?shù)厮Y源高效利用提供技術(shù)指導(dǎo)，對推動賀蘭山東麓葡萄種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在寧夏回族自治區(qū)永寧縣玉泉營農(nóng)場葡萄園進(jìn)行，海拔高程約1 110～1 120 m。屬溫帶大陸性氣候、中溫帶干旱氣候區(qū)，年平均氣溫8.7°C。該地區(qū)年日照時(shí)數(shù)2 800～3 300 h，光能資源豐富。年平均降水量201.4 mm，年內(nèi)分配不均，7、8、9月3個(gè)月的降水總量約占全年總降水量的62%。該地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈，年平均蒸發(fā)量1 470 mm。土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤成分主要是淡灰鈣土，pH小于8.5，田間持水量為14%。年內(nèi)平均溫差31.5℃，平均日溫差13.6℃。該地區(qū)晝夜溫差大，夏季干旱少雨，光照充足，是中國公認(rèn)的天然優(yōu)質(zhì)葡萄產(chǎn)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

1.2.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)葡萄品種為9年生鮮食葡萄摩爾多瓦(VitisviniferaL.cv.Moldova)，東西行向，行間距為2.5 m，株間距為75 cm。滲灌毛細(xì)芯材料選用超細(xì)纖維制成，內(nèi)環(huán)直徑約15 cm，寬3 cm，厚2 mm，外部使用無紡布包裹縫合。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在葡萄園選取長勢一致的葡萄植株，每3株放置一個(gè)水容量為100 L的塑料桶，水桶墊高50 cm，連接PVC管，并通過閥門控制出水，PVC管上方設(shè)置3個(gè)細(xì)槽口分別供3個(gè)毛細(xì)芯穿入，連接緊密，無漏水現(xiàn)象，每個(gè)毛細(xì)芯分別對應(yīng)一棵葡萄植株，放置在葡萄主根部(圖1)。設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)處理進(jìn)行對比，分別為環(huán)狀(A30*3)、環(huán)2/3(A30*2)和環(huán)1/3(A30*1)，水量梯度分別設(shè)置90、60、30 L。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)由一個(gè)水桶灌溉3棵葡萄樹，每個(gè)處理共9棵葡萄植株。試驗(yàn)灌水周期(水桶水耗完后再次向水桶補(bǔ)充水的周期)為1個(gè)月左右，受天氣和灌溉情況影響有所調(diào)整，本次試驗(yàn)灌水期間從5月12日至收獲前1星期。

圖1 超細(xì)纖維滲灌處理現(xiàn)場

1.3 測定項(xiàng)目與方法

副梢生長量：選取各處理葡萄植株中部副梢，標(biāo)記并測量長度、計(jì)算生長量。

果形指數(shù)：果?？v徑與橫徑的比值。

果粒重：每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取15顆果實(shí)并稱重。

可溶性固形物：使用數(shù)字折射儀(Atago PR-101,Brix 0～45%,±0.1%,5～40℃)測定。

可滴定酸：采用酸堿滴定法，采樣后用NaOH滴定法測定，以酒石酸計(jì)。

維生素C含量：采用2,6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量。

可溶性蛋白含量：采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定可溶性蛋白含量。

數(shù)據(jù)制圖、統(tǒng)計(jì)分析與方法：繪圖軟件為Origin 2018，各個(gè)處理之間的對比使用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，以LSD法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉水量下摩爾多瓦生長狀況

2.1.1不同灌溉水量下摩爾多瓦副梢生長狀況

新梢在生長階段對水分變化極其敏感，充足的水分供應(yīng)對新梢生長十分重要。圖2為摩爾多瓦葡萄副梢長度。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在新梢生長階段，所有處理在剪枝前的副梢長度均呈現(xiàn)增長趨勢，趨勢基本相同，5月20日之前的副梢生長速度較快，5月20日后副梢生長速度逐漸放緩。三角處理和A30*2處理副梢生長速度相差不大，均大于A30*1處理。在毛細(xì)芯灌溉處理下，3個(gè)處理在測量階段的生長量平均值由大到小為：A30*3(104.7 cm)>A30*2(104.1 cm)>A30*1(90.8 cm)，A30*3處理和A30*2處理較A30*1處理分別高出15.3%、14.6%。有研究表明，葡萄在生長初期耗水量大，進(jìn)入成熟期后逐漸減少，新梢生長期間的耗水強(qiáng)度高，此時(shí)期充足水分供應(yīng)是葡萄正常生長發(fā)育的前提[11]。由圖2可以看出，A30*3處理和A30*2處理的副梢長勢好于A30*1處理。毛細(xì)芯滲灌將水分緩慢輸送至植株根部，能夠較長時(shí)間地維持土壤濕潤，為葡萄生長提供穩(wěn)定有效的水分，灌溉效果更好。A30*3處理和A30*2處理灌溉水量大于A30*1處理，試驗(yàn)葡萄副梢生長規(guī)律與何建斌等[12]的研究相一致。

圖2 不同灌溉水量下的梢長

2.1.2不同灌溉水量下摩爾多瓦果實(shí)粒徑生長狀況及果形指數(shù)

水分變化對葡萄生長過程有著十分重要的影響。充足的水分和豐富的養(yǎng)分不可或缺，科學(xué)的灌溉定額有利于葡萄生長[13-14]。由圖3a可以看出，在膨大期至成熟期階段，果實(shí)橫徑增長速度較快，進(jìn)入成熟期后變小，處理間差異顯著。8月7日至8月18日期間，A30*3處理的果實(shí)橫徑增長速度最大，為0.148 mm/d，其次為A30*2處理，增長速度為0.107 mm/d，A30*1處理最低，僅為0.104 mm/d，A30*3處理果實(shí)橫徑增長速度分別較A30*2處理和A30*1處理高38.3%和57.4%。果實(shí)快速膨大后，橫徑生長速率有所下降。8月7日至8月18日，A30*3處理果實(shí)二次膨大，橫徑生長速度高于A30*2處理和A30*1處理，而A30*2處理和A30*1處理由于灌溉水量不斷消耗，生長速度小幅降低。8月18日至9月26日，果實(shí)快速膨大階段基本結(jié)束，各處理橫徑增長速度較之前大幅下降，收獲前期基本停止發(fā)育。A30*3處理和A30*2處理無明顯差異，橫徑增長速度均大于A30*1處理。

a)橫徑增長情況

圖3b為各處理縱徑增長情況。各處理在3個(gè)時(shí)段的縱徑增長速度呈現(xiàn)出逐漸放緩的趨勢，膨大期和成熟前期間變化幅度較小，在成熟中后期較之前明顯放緩，橫徑增長速度下降幅度較大。7月18日至7月28日，各處理的縱徑增長速度為：A30*3(0.135 m/d)>A30*2(0.123 m/d)>A30*1(0.116 m/d)，A30*3處理分別比A30*2處理和A30*1處理快9.8%和16.3%。7月28日至8月7日，A30*1處理縱徑增長速度較前一階段下降，主要原因是A30*1處理灌溉水量基本消耗，植株水分需求無法得到滿足，果實(shí)膨大速度受到抑制。8月7日至8月18日，整體上增長速度呈現(xiàn)下降趨勢，A30*2處理縱徑增長速度與前一觀測期相比變化不大，A30*3處理略微下降。8月18日至9月26日，果實(shí)進(jìn)入成熟中后期，所有處理縱徑增長明顯放緩，A30*3處理和A30*2處理果實(shí)縱徑增長速度好于A30*1處理，A30*1處理果實(shí)膨大基本停止。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，A30*3處理在整個(gè)生育期水分供應(yīng)較為充足，A30*2處理也能維持葡萄的基本需水，而A30*1處理在膨大期受到輕度水分脅迫，生長速度明顯下降，說明果實(shí)膨大期葡萄對水分的需求增大，水分脅迫或水分虧缺不利于果實(shí)膨大。楊凡等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增加灌溉定額，葡萄的橫徑和縱徑均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。A30*3處理和A30*2處理的果實(shí)膨大速度均高于A30*1處理，說明在葡萄生長前期需要大量耗水情況下，充足的水分供應(yīng)能夠使葡萄根系加強(qiáng)吸收水分和養(yǎng)分，促進(jìn)葡植株的新陳代謝，有利于葡萄生長發(fā)育。A30*3處理的果實(shí)膨大效果優(yōu)于A30*2處理和A30*1處理。

2.2 不同灌溉水量下摩爾多瓦的果實(shí)品質(zhì)

2.2.1不同灌溉水量下摩爾多瓦的果形指數(shù)與果粒重

表1反映了7月18日至9月12日期間不同水量梯度下的果形指數(shù)。各處理果形指數(shù)均在1.1～1.2，無顯著差異。8月18日和9月12日A30*1處理的果形指數(shù)最小，最接近1，相比其余處理更接近A30*1。7月18日A30*2處理葡萄果形指數(shù)最大達(dá)到1.21。

表1 不同灌溉水量下的葡萄平均果形指數(shù)

圖4表示各處理的粒重。所有處理粒重均呈上升趨勢，A30*3處理和A30*2處理上升趨勢變化不大，而A30*1處理明顯減小，最后趨勢平緩。7月28日各處理粒重為：A30*2(59.1 g)> A30*1(47.1 g)>A30*3(45.1 g)，A30*2處理較A30*3處理和A30*1處理分別大25.5%和30.0%。8月18日，各處理粒重大幅上升，A30*2處理和A30*3處理的上升幅度大于A30*1處理。成熟期間，各處理果粒重量增加幅度減小，A30*1處理增加量明顯低于A30*3處理和A30*2處理。9月26日各處理粒重達(dá)到最大，其中A30*2處理粒重明顯大于其他各處理，分別高11.1%、26.5%。A30*1處理增長幅度小于其他處理，是由于成熟期果實(shí)二次膨大期間，A30*1處理處于水分脅迫下，葡萄缺少足夠水分。在果實(shí)生長發(fā)育的膨大期和成熟前期，土壤有效含水量的劇烈變化不利于果實(shí)發(fā)育[22]。A30*3處理和A30*2處理基本滿足了果實(shí)生長發(fā)育的需水量，在進(jìn)入成熟期后果粒重量高于A30*1處理，對果粒正常發(fā)育具有重要作用。

圖4 不同灌溉水量下的果實(shí)粒重

2.2.2不同灌溉水量下摩爾多瓦的可溶性固形物和可滴定酸含量

表2為3種處理可溶性固形物、可滴定酸含量及糖酸比。A30*3處理和A30*2處理間可溶性固形物含量無顯著差異，分別17.13%和17.03%，A30*1處理可溶性固形物含量最低，為16.63%，與A30*3處理和A30*2處理之間存在顯著性差異。A30*2處理的可滴定酸含量最低，為0.51%，低于A30*3處理和A30*1處理，A30*3處理最高，3個(gè)處理間存在顯著性差異。

表2 不同灌溉水量下的葡萄糖酸比

由表2可以看出，各處理的糖酸比由大到小為：A30*2>A30*1>A30*3。A30*2處理的糖酸比達(dá)到33.4%，成熟程度最高，葡萄口感最佳。3種處理可滴定酸含量差異明顯，表明在果實(shí)成熟過程中，A30*2處理可能有利于酸向糖轉(zhuǎn)化。葡萄中富含各有有機(jī)酸以及糖分對葡萄果實(shí)品質(zhì)十分重要，同時(shí)也是人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)，有助于調(diào)節(jié)人體酸堿平衡，抗癌效果良好，在營養(yǎng)學(xué)上占據(jù)著重要地位[16]。Des Gachons等[17]研究發(fā)現(xiàn)水分脅迫如果發(fā)生在果實(shí)生長發(fā)育時(shí)期，葡萄所結(jié)果實(shí)會小于正常果實(shí)，且總酸量也會降低。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A30*1處理的可滴定酸含量較低，果實(shí)大小比其他處理小，這與Des Gachons等的研究相符。果實(shí)可溶性固形物在進(jìn)入膨大期后合成速率加快，此時(shí)葡萄對水分變化十分敏感[18-19]。楊昌鈺等[20]的研究指出說明一定的水分脅迫有利于果實(shí)糖分的累積，但嚴(yán)重水分脅迫會抑制酸向糖轉(zhuǎn)化。A30*1處理的可溶性固形物含量較A30*3處理和A30*2處理略低，主要是因?yàn)锳30*1處理灌溉水量低于A30*3處理和A30*2處理，水量消耗更快，在灌溉一段時(shí)間后葡萄受到的水分脅迫逐漸加重，酸向糖轉(zhuǎn)化受到抑制。

2.2.3不同灌溉水量下摩爾多瓦的維生素C含量

各處理的維生素C含量見圖5。從圖中可以看出，A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量先上升后下降，最后升高，變化趨勢基本一致，而A30*3處理變化趨勢與A30*2處理和A30*1處理大體上相反，平均含量較低。8月7日3種處理的維生素C含量分別為：A30*3處理(1.151 mg/100g)>A30*1處理(0.931 mg/100g)>A30*2處理(0.557 mg/100g),A30*3處理分別比A30*2處理和A30*1處理高23.7%和109.1%。8月17日，A30*2處理和A30*1處理維生素C含量逐漸升高，而A30*3處理含量出現(xiàn)下降趨勢。進(jìn)入成熟期后，8月27日A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量開始下降，分別為0.611、1.062 mg/g，而A30*3處理則逐漸上升，為0.910 mg/g，高于A30*2處理，低于A30*1處理。成熟中期至收獲前期，所有處理的維生素C含量均大幅上升，A30*2處理最高，比A30*3處理高出約10%，其中A30*2處理上升幅度最大。維生素C能夠增強(qiáng)植物的抗逆性，同時(shí)對人體也具有增強(qiáng)免疫力的作用[21-23]。高德凱[24]的研究表明，在較低的水分條件下，葡萄維生素C含量維持在較高水平。灌溉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A30*2處理和A30*1處理的維生素C含量和A30*3處理成負(fù)相關(guān)，A30*3處理水分供應(yīng)相較于A30*2處理和A30*1處理更為充足，植株受到的水分脅迫程度較低，維生素C平均含量較低，而A30*2處理和A30*1處理水量消耗快，更利于維生素C的合成，A30*1處理含量也高于A30*2處理。9月12日后各處理水分基本消耗，植株所受水分脅迫逐漸加重，維生素C含量逐漸升高，這與王英超等[25]的研究一致。

圖5 不同灌溉水量下的維生素C含量

2.2.4不同灌溉水量下摩爾多瓦的可溶性蛋白含量

圖6為各處理可溶性蛋白含量。由圖6可以發(fā)現(xiàn)，各處理可溶性蛋白含量變化呈現(xiàn)W型?？傮w來說，可溶性蛋白含呈現(xiàn)上升趨勢，其中A30*3處理和A30*1處理變化幅度較為接近，A30*2處理變化幅度大于其他處理。8月7日，A30*3處理的可溶性蛋白含量最高，比A30*2處理和A30*1處理高8.6%和12.4%。8月7日至8月17日期間，各處理可溶性蛋白含量出現(xiàn)下降趨勢，下降幅度：A30*2處理>A30*3處理>A30*1處理。8月17日至8月27日期間，各處理可溶性蛋白含量開始上升，A30*2處理和A30*1處理上升幅度較大，A30*2處理含量最高，為0.674 mg/g。隨著果實(shí)成熟和水分消耗，A30*3處理和A30*2處理可溶性蛋白含量下降后逐漸上升，而A30*1處理變化幅度不大。9月26日A30*3處理可溶性蛋白含量最高，為0.731 mg/g，而A30*2處理和A30*1處理呈現(xiàn)下降趨勢，約為0.615 mg/g?？扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，也是重要的抗逆性指標(biāo)之一[26]。研究表明，植物體內(nèi)可溶性蛋白含量與植物的水分狀況有關(guān)，較高水量灌溉下葡萄可溶性蛋白含量較高，且可溶性蛋白隨著土壤含水量的降低而降低[23,27-28]。試驗(yàn)中A30*3處理可溶性蛋白含量總體上升幅度大于A30*2處理和A30*1，且平均含量均高于其他處理。而A30*2處理和A30*1處理含量變化幅度大，主要是因?yàn)楣喔人康?，無法長時(shí)間維持土壤濕度，抑制可溶性蛋白合成。鄔燕[29]的研究指出，葡萄受到過度水分脅迫會抑制可溶性蛋白合成，充足的水分供應(yīng)有利于果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)合成。試驗(yàn)結(jié)果表明A30*3處理可溶性蛋白含量更高，變化幅度小，說明A30*3處理更有利于促進(jìn)可溶性蛋白的合成。

圖6 不同灌溉水量下的可溶性蛋白含量

2.3 綜合評價(jià)和最優(yōu)水量

試驗(yàn)結(jié)果表明，A30*3處理和A30*2處理的副梢生長趨勢接近，A30*3處理果實(shí)橫縱徑增長速度略大于A30*2處理，A30*1處理生長狀況相比其他處理較差。

各處理果實(shí)指數(shù)無明顯差異，總體上A30*1處理更接近A30*1。收獲前A30*2處理的果粒重高于其他處理，其中A30*3處理略低于A30*2處理，A30*1處理最低。A30*3處理的可溶性固形物含量高于A30*2處理，但可滴定酸含量高于A30*2處理，糖酸比較低。各處理維生素含量在收獲前期均大幅上升，可在成熟后期施加水分脅迫促進(jìn)維生素C合成。成熟期間，3種處理的可溶性蛋白含量的變化趨勢大體一致，A30*3處理水分供應(yīng)較為充足，可溶性蛋白含量均位于較高水平，A30*2處理和A30*1處理含量較為接近，低于A30*3處理。

綜上所述，灌溉水量高的處理葡萄生長和果實(shí)品質(zhì)較好，說明適當(dāng)增加灌溉定額能夠促進(jìn)葡萄生長和提升果實(shí)品質(zhì)。灌溉水量為90 L處理葡萄生長和果實(shí)品質(zhì)總體上高于其他2種處理，為本試驗(yàn)最優(yōu)水量處理。但A30*3處理和A30*2處理效果差距不大。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，90、60 L水量處理的副梢生長量、果實(shí)品質(zhì)比灌溉30 L的處理好。在毛細(xì)芯滲灌的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高水量梯度有利于摩爾多瓦葡萄生長和提高果實(shí)品質(zhì)，90 L水量處理收獲前期控制水分效果更佳。因試驗(yàn)水量梯度設(shè)計(jì)局限，在本試驗(yàn)3個(gè)水量梯度中90 L水量處理綜合效果最好，60 L水量處理次之，可優(yōu)化水量設(shè)置，增加水量處理，做進(jìn)一步探究。