不同坡向微氣候?qū)Α级帑悺咸焉L(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響

喬振羽，張亞紅,2*，張曉煜，張樂，周娟，劉鑫，黃嘉俊

（1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2. 寧夏大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院，銀川 750021；3. 寧夏氣象科學(xué)研究所/中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓日照資源豐富、干燥少雨，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的重要產(chǎn)區(qū)。葡萄園風(fēng)土使釀酒葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)生明顯的差異，地形變化使之更加凸顯[1]。坡向微氣候作用于植株的生長(zhǎng)發(fā)育，使之呈現(xiàn)不同的生長(zhǎng)規(guī)律。研究不同坡向微氣候?qū)麑?shí)品質(zhì)的影響，可以揭示風(fēng)土條件與果實(shí)品質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)提高果實(shí)品質(zhì)和釀酒生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

葡萄生長(zhǎng)發(fā)育隨著物候期的變化表現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)規(guī)律[2-3]，且受氣溫、降雨量和光照的影響[4-5]。不同坡向?qū)τ诠麑?shí)微環(huán)境光熱資源具有明顯影響，其中日均氣溫依南坡、西坡、東坡、北坡依次遞減，東坡太陽輻射熱的主要作用是地表土壤水分蒸發(fā)以及空氣濕度消耗，而午后日射主要用于空氣增溫[6]。微地形在具有相同植被覆蓋的情況下，溫度表現(xiàn)出明顯的差異性，同時(shí)由于風(fēng)速、濕度等對(duì)溫度具有加強(qiáng)或減弱的作用[7]，陽坡氣溫較陰坡更高[8]，且坡向和坡度對(duì)光照、溫度和降水有影響[9]。坡向間太陽輻射的差異主要是由于太陽入射角不同，使得偏北坡及北坡的可照時(shí)間較短，隨著坡度增大太陽輻照度減??；不同坡向間太陽輻照量為南坡＞東坡＞北坡[10]。南坡能夠獲得比東坡、北坡更多的太陽光熱量，所以溫度較高[11]。而北坡較南坡接收到的太陽輻射更少，所以北坡的土壤溫度低、蒸發(fā)蒸騰量小、濕度大、晝夜溫差小[12-13]。鄧美皎等[14]通過對(duì)太白紅杉的徑向生長(zhǎng)和環(huán)境進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同坡向是溫度、水分等產(chǎn)生差異的重要因素，立地條件對(duì)于溫濕度影響較大。

上述研究為探尋在相同管理情況下，不同坡向微氣候?qū)︶劸破咸焉L(zhǎng)發(fā)育的影響提供了依據(jù)。然而現(xiàn)有研究主要通過控制微氣候單一因素對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響進(jìn)行分析，缺少自然條件形成的具有不同坡向丘陵的微氣候與生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系的探討。本研究以寧夏青銅峽產(chǎn)區(qū)‘霞多麗’為研究對(duì)象，開展葡萄園微氣候和植株生長(zhǎng)發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)的特征研究，并測(cè)定生長(zhǎng)季的生理指標(biāo)，旨在探討微氣候因素與葡萄生長(zhǎng)發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)之間的關(guān)系，以期為選擇合理地形進(jìn)行釀酒葡萄種植和管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏青銅峽市瞿靖鎮(zhèn)西鴿酒莊基地（38°07' N，105°88' E），選擇位于同一丘陵相同土壤質(zhì)地的南坡（坡度5.2°）、東坡（坡度7°）、北坡（坡度3.5°），海拔高度為1138～1151 m。青銅峽地處寧夏平原中南部，氣候類型屬中溫帶大陸性氣候，年日照時(shí)數(shù)3000 h以上，降水量200 mm以下，無霜期165～178 d，≥10 ℃積溫平均為3481.4 ℃，干燥少雨，光照充足，晝夜溫差大。

1.2 研究對(duì)象

試材‘霞多麗’樹齡4年，行株距為3.0 m×1.5 m，架式為傾斜式單臂“廠”形，田間常規(guī)管理。在3個(gè)坡向中間行中，選取長(zhǎng)勢(shì)茂盛、樹形相對(duì)一致的標(biāo)準(zhǔn)株各3株，3次重復(fù)，共監(jiān)測(cè)27株葡萄樹。

1.3 試驗(yàn)方案

1.3.1 不同坡向微氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)于2021年4—10月，按照葡萄園試驗(yàn)區(qū)的分布監(jiān)測(cè)葡萄植株生長(zhǎng)期間微氣候變化。

環(huán)境因子測(cè)定：在試驗(yàn)地的南坡和北坡坡頂加裝Vantage Pro2型Davis氣象站，測(cè)定150 cm高度的氣象數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)空氣溫度、太陽輻射、蒸發(fā)蒸騰量（ET）等。氣象站觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)間隔設(shè)定為10 min；東坡由于氣象站數(shù)量不足未安裝，氣象數(shù)據(jù)由查閱文獻(xiàn)和氣象網(wǎng)站得到。

1.3.2 生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)測(cè)定

莖生長(zhǎng)量測(cè)定：每個(gè)坡向選擇9株標(biāo)準(zhǔn)植株的一年生枝條作為標(biāo)準(zhǔn)枝，掛牌標(biāo)記并測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)枝基部直徑和一年生枝條長(zhǎng)度。從展葉期開始，每隔3 d測(cè)量1次，至新梢基部開始木質(zhì)化結(jié)束。

葉片縱橫徑測(cè)定：新梢生長(zhǎng)期，在選定的標(biāo)準(zhǔn)枝陰面、陽面選取葉片進(jìn)行掛牌標(biāo)記，用游標(biāo)卡尺測(cè)定縱橫徑，將每個(gè)坡向的葉片生長(zhǎng)量取平均值作為此次測(cè)量的生長(zhǎng)量。從新梢生長(zhǎng)期開始，每隔3 d測(cè)量1次，直至葉片成熟。

果?？v橫徑測(cè)定：在選定的標(biāo)準(zhǔn)枝陰面、陽面選取果粒進(jìn)行標(biāo)記，每穗葡萄隨機(jī)選上中下部各10粒果實(shí)，用游標(biāo)卡尺測(cè)定其不同生長(zhǎng)期的縱橫徑，取平均值。

葡萄品質(zhì)（還原糖、可溶性固形物、可滴定酸、pH值）測(cè)定參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15038—2006[15]葡萄酒、果酒通用分析方法。葡萄成熟期（9月5日），在標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)枝陰面、陽面每穗葡萄的不同部位隨機(jī)摘取20粒果實(shí)，取部分鮮樣擠汁進(jìn)行測(cè)定，剩余部分用液氮冷凍，放入超低溫冰箱進(jìn)行保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、收集和初步分析采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理，采用Origin 2022繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡向微氣候特征

寧夏青銅峽產(chǎn)區(qū)西鴿酒莊葡萄園具有大量的熱量和光照資源。2021年不同坡向的生長(zhǎng)季農(nóng)業(yè)氣候資源情況如表1所示。在葡萄果實(shí)成熟過程中有效積溫、日照時(shí)數(shù)、降雨量、輻照量均呈先增后降趨勢(shì)，7月南坡、北坡、東坡≥10 ℃有效積溫達(dá)到最大值，分別為923.46、920.7、894.2 ℃，在整個(gè)生長(zhǎng)季‘霞多麗’果實(shí)的全生育積溫（≥10℃）分別為3853.22、3751.85、3478.2 ℃，符合賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄果實(shí)全生育期積溫標(biāo)準(zhǔn)。葡萄果實(shí)全生育期日照時(shí)數(shù)和降雨量與有效積溫變化一致，均呈先增后降趨勢(shì)，7月日照時(shí)數(shù)和降雨量均達(dá)到最大值，分別為448.50 h、43.00 mm。在葡萄果實(shí)整個(gè)全生育期日照時(shí)數(shù)為2502.76 h，降雨量為167.60 mm，說明南坡、北坡、東坡‘霞多麗’果實(shí)全生育期的日照時(shí)數(shù)和降雨量均達(dá)到了最佳范圍，符合釀造優(yōu)質(zhì)葡萄酒的標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)生長(zhǎng)季‘霞多麗’果實(shí)的全生育期輻照量南坡、北坡、東坡分別為3749.1、3683.3、3711.6 MJ?m-2，蒸發(fā)蒸騰量分別為952.4、990.4、969.8 mm。

表1 不同坡向微氣候特征的變化Table 1 Variation of microclimate characteristics in different slope aspects

2.2 不同坡向釀酒葡萄生長(zhǎng)指標(biāo)變化特征

2.2.1 不同坡向莖生長(zhǎng)量的變化

不同坡向微氣候?qū)︶劸破咸焉L(zhǎng)發(fā)育有直接影響，微氣候變化對(duì)植株的光合作用、蒸騰蒸發(fā)等產(chǎn)生影響。2021年葡萄生長(zhǎng)季在6月15日去除頂梢前，枝條莖長(zhǎng)、莖粗的生長(zhǎng)變化如圖1所示，莖長(zhǎng)的生長(zhǎng)量先緩慢上升后增長(zhǎng)速率加快，然后生長(zhǎng)逐漸變緩呈“S”型曲線變化。由于南坡熱量充足，生長(zhǎng)發(fā)育快于東坡和北坡，在人工去除頂梢前莖長(zhǎng)南坡（1528.11 mm）＞東坡（1251.89 mm）＞北坡（939.67 mm），在測(cè)量期間南坡的累計(jì)生長(zhǎng)量始終大于東坡和北坡。從新梢生長(zhǎng)期至莖基部木質(zhì)化結(jié)束測(cè)量莖粗發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)為先快速增加后緩慢增長(zhǎng)，曲線整體變化趨勢(shì)為南坡＞東坡＞北坡，東坡和北坡莖粗變化的整體趨勢(shì)不明顯，在莖粗開始木質(zhì)化時(shí)南坡（13.26 mm）＞北坡（12.87 mm）＞東坡（12.72 mm）。

圖1 2021年莖長(zhǎng)、莖粗的變化Figure 1 Changes of stem length and stem diameter in 2021

2.2.2 不同坡向果?？v橫徑的變化

由2021年不同坡向果實(shí)縱橫徑變化（圖2）可知，坐果后果?？v橫徑呈先上升后下降的趨勢(shì)，在9月1日果?？v橫徑達(dá)到最大，然后開始縮小。果?？v橫徑在6月23日—7月24日、9月1日、9月5日的整體變化趨勢(shì)表現(xiàn)為東坡＞南坡＞北坡，在6月9日－6月15日的變化趨勢(shì)為南坡＞東坡＞北坡。南坡的縱橫徑最大分別為12.9、13.4 mm，東坡縱橫徑最大分別為13.2、13.4 mm，北坡縱橫徑最大分別為12.7、12.6 mm。北坡果粒在7月5日至7月24日生長(zhǎng)較快。葡萄果粒的生長(zhǎng)規(guī)律表現(xiàn)為在8月8日之前縱徑大于橫徑，果粒成熟后期9月1日橫徑大于縱徑。

圖2 不同坡向果?？v橫徑變化Figure 2 Changes of longitudinal and transverse diameters of fruit grains in different slope directions in 2021

2.2.3 不同坡向粒質(zhì)量的變化

2021年不同坡向的粒質(zhì)量的變化（圖3）所示，粒質(zhì)量均隨著果實(shí)的生長(zhǎng)和成熟整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。南坡8月22日果實(shí)粒質(zhì)量最大為0.92 g，最終采收時(shí)為0.78 g。東坡8月22日果實(shí)粒質(zhì)量最大為1.03 g，最終采收時(shí)東坡粒質(zhì)量為0.96 g。北坡8月22日果實(shí)粒質(zhì)量最大為0.85 g，最終采收時(shí)為0.72 g。

圖3 2021年不同坡向粒質(zhì)量的變化Figure 3 Changes in grain weight in different slope aspects in 2021

2.3 不同坡向釀酒葡萄果實(shí)品質(zhì)變化特征

2.3.1 不同坡向還原糖的變化

還原糖含量最小達(dá)到170 g?L-1才能夠釀造出較為優(yōu)質(zhì)的葡萄酒[16]。在試驗(yàn)期間（表2），隨著果實(shí)不斷地成熟，果實(shí)中還原糖的含量呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。從8月1日到8月8日北坡的還原糖含量的增長(zhǎng)速率高于南坡和東坡，在8月8日時(shí)北坡含量最大。隨著果實(shí)的成熟還原糖含量不斷增加，由于臨近果實(shí)采摘期不斷的降雨，造成9月1日還原糖含量降低和9月5日還原糖含量增長(zhǎng)不明顯。南坡還原糖含量的第二次增長(zhǎng)點(diǎn)在8月22日，為201.36 g?L-1；東坡還原糖含量的第二次增長(zhǎng)點(diǎn)在9月1日，為187.05 g?L-1；北坡還原糖含量始終緩慢地增長(zhǎng)。

2.3.2 不同坡向可溶性固形物的變化

可溶性固形物和還原糖含量是影響芳香類物質(zhì)的重要因素之一。由表2所示，隨著果實(shí)的成熟可溶性固形物含量呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，不同坡向間的變化趨勢(shì)為南坡＞東坡＞北坡。在果實(shí)膨大期（7月24日）開始測(cè)定時(shí)，南坡的可溶性固形物含量最高，北坡最低；在8月1日和8月8日南坡的可溶性固形物增長(zhǎng)量小于東坡和北坡，8月8日和9月1日的可溶性固形物含量增長(zhǎng)變緩，可能是多云和降雨的影響導(dǎo)致其含量增速降低。最終采收時(shí)南坡、東坡、北坡的可溶性固形物含量分別為24.53%、23.79%、22.51%。

2.3.3 不同坡向可滴定酸的變化

由表2所示，可滴定酸含量隨著果實(shí)的成熟呈不斷下降的趨勢(shì)。7月24日果實(shí)可滴定酸含量最高，北坡的果實(shí)發(fā)育較慢，可滴定酸含量為27.93 g?L-1；東坡的果實(shí)成熟度介于南坡和北坡之間，可滴定酸含量為22.38 g?L-1；南坡的光照充足，果實(shí)發(fā)育較快，可滴定酸含量為13.26 g?L-1。最終采收時(shí)南坡、東坡、北坡的可滴定酸含量分別為5.82、7.1、7.1 g?L-1，東坡和北坡均達(dá)到最適酸度，而南坡成熟度過高可滴定酸含量低于最佳標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 不同坡向pH值的變化

由表2所示，果實(shí)的pH從采摘開始與可滴定酸含量變化趨勢(shì)相反，隨著果實(shí)不斷的成熟pH不斷上升。三個(gè)坡向間pH的變化趨勢(shì)整體為南坡＞東坡＞北坡。南坡、北坡受到微氣候影響較大，pH波動(dòng)變化明顯。

2.3.5 不同坡向固酸比和糖酸比的變化

由表2所示，隨著葡萄果實(shí)的成熟，固酸比呈上升趨勢(shì)。南坡果實(shí)固酸比變化最快，增長(zhǎng)量為3.78；北坡固酸比變化次之，增長(zhǎng)量為3.50；東坡果實(shí)固酸比變化最低，為3.35。在三個(gè)坡向間的表現(xiàn)為南坡＞北坡＞東坡。

糖酸比是釀酒葡萄中糖和酸的平衡。糖酸比在28～37之間能夠釀造出優(yōu)質(zhì)的葡萄酒，太高或者太低的糖酸比都對(duì)葡萄酒的口感具有顯著影響[17]。由表2所示，隨著葡萄果實(shí)的成熟，糖酸比呈上升趨勢(shì)，在9月5日采收期南坡的糖酸比達(dá)到最大為40.4，東坡的糖酸比為32.19，北坡的糖酸比在采收期降低至29.05。

表2 不同坡向葡萄果實(shí)品質(zhì)變化特征Table 2 Variation characteristics of fruit quality of wine grapes with different slope orientations

3 討論

不同坡向的微氣候?qū)ζ咸焉L(zhǎng)發(fā)育過程產(chǎn)生不同的影響，只有在適宜的生長(zhǎng)環(huán)境下葡萄才能得到最好的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)。太陽輻射在白天對(duì)地面進(jìn)行加熱且與日較差呈正相關(guān)性關(guān)系[18-19]。研究結(jié)果表明，南坡比北坡的太陽輻射更強(qiáng)，夏季的太陽高度角較大，地形對(duì)于太陽輻射的遮蔽作用較小，這與魏勝龍等[20]和駱漢等[10]研究結(jié)果一致。在適宜溫度下，植株在夜晚能夠通過根壓為植物供應(yīng)水分和養(yǎng)分，保證植株生長(zhǎng)旺盛。南慶偉等[21]發(fā)現(xiàn)，莖流的供給受到太陽輻射和溫度的共同影響，這樣造成了南坡和北坡植株的長(zhǎng)勢(shì)不同。南坡能夠吸收更多的太陽輻射，葉片進(jìn)行充分的光合作用，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給植物生長(zhǎng)發(fā)育，所以南坡生長(zhǎng)指標(biāo)優(yōu)于北坡。蒸發(fā)蒸騰是葡萄葉片蒸騰和地面蒸騰的總和，受到溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境的共同影響。在同一微地形條件下的南坡和北坡，溫度、濕度由于晝夜和季節(jié)波動(dòng)，影響地表和空氣對(duì)太陽輻射的吸收，使蒸發(fā)蒸騰量隨著晝夜和季節(jié)波動(dòng)而變化。葡萄為了適應(yīng)微氣候的變化，通過調(diào)節(jié)激素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收改變生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)程。日照和溫度的差異由坡向的變化造成，間接影響葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育[22]。北坡葡萄植株生長(zhǎng)緩慢，這可能是生長(zhǎng)初期北坡積溫較低，光合產(chǎn)物較低不能充分供應(yīng)植株生長(zhǎng)，植株通過庫(kù)源關(guān)系首先將能量供應(yīng)葉片生長(zhǎng)，促進(jìn)葉片增加光合作用[23]。

不同坡向的微氣候變化，在葡萄的果實(shí)品質(zhì)方面作出了響應(yīng)。研究表明，葡萄漿果受高溫、干熱風(fēng)及地面輻射的影響，漿果會(huì)失水減重，使成熟期提前進(jìn)入過熟期，粒質(zhì)量和果形指數(shù)減少，且光熱水平提高能促進(jìn)果實(shí)有機(jī)酸的降解[24]，導(dǎo)致南坡可滴定酸含量最小，北坡最大；南坡還原糖最大，北坡最小，東坡粒質(zhì)量最大。南坡熱量條件比北坡、東坡更高，充足的熱量使果實(shí)成熟周期更短，但果實(shí)成熟加快后不利于單寧、總酚積累，因此北坡和東坡冷涼的微氣候條件有利于‘霞多麗’葡萄單寧、總酚含量的提高。

4 結(jié)論

不同坡向植株生長(zhǎng)發(fā)育的氣象特征主要表現(xiàn)為太陽輻射隨晝夜和季節(jié)而呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，南坡比北坡太陽輻射強(qiáng)；南坡由于溫度和光照資源比北坡充足，表現(xiàn)為南坡生長(zhǎng)速率大于北坡。在最終采收期表現(xiàn)為南坡的可溶性固形物、還原糖含量最高，固酸比、糖酸比最大；東坡粒質(zhì)量最大；北坡可滴定酸含量最高。本文對(duì)寧夏賀蘭山東麓青銅峽試驗(yàn)地微氣候特征的研究主要立足于南坡、東坡和北坡生長(zhǎng)因素和果實(shí)品質(zhì)特征，實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)釀酒需求調(diào)整不同坡向的采收時(shí)間。