基于回歸分析評價灌溉定額對滴灌葡萄生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

賈 浩，王振華，李文昊，王久龍，趙 英，霍海霞

（1.楊凌職業(yè)技術學院，陜西楊凌 712100；2.石河子大學水利建筑工程學院，新疆石河子 832000；3.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆石河子 832000）

新疆擁有我國典型的“荒漠綠洲灌區(qū)”[1]，農(nóng)業(yè)用水占比大，用水效益較低，自20世紀末開始大力發(fā)展節(jié)水灌溉[2]。同時其獨特的生態(tài)氣候條件很適合林果生長，因此新疆也是我國重要的特色林果生產(chǎn)、加工出口基地。

葡萄（Vitis viniferaL.）作為世界上最古老的果樹樹種之一[3]，其全球種植面積和產(chǎn)量都居首位，是世界性水果品種之一，在我國葡萄種植面積為8.7×105hm2，略低于西班牙。我國新疆地區(qū)具有晝夜溫差大、光照時間長、有效積溫高、生育期內(nèi)降雨少等特點，非常適合葡萄生長。天山北坡經(jīng)濟帶地區(qū)作為我國著名的特色瓜果生產(chǎn)基地，葡萄種植成為綠洲灌區(qū)的優(yōu)勢支柱產(chǎn)業(yè)，是區(qū)域內(nèi)農(nóng)民經(jīng)濟收入的主要來源。綠洲灌區(qū)雖然推廣了滴灌等先進節(jié)水灌溉技術，但受傳統(tǒng)思想限制和管理人員節(jié)水意識薄弱的影響，加之對葡萄品種的生長習性不熟、需水規(guī)律不明確導致水資源不同程度的浪費[4-5]。近幾年關于灌水定額的研究較多，有研究表明灌水量不僅會影響植株生長，還會間接影響果實產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。

國內(nèi)外開展灌溉方式[7-8]、灌溉時間[9]及單一灌水量[10]對植株的影響研究較多，而通過數(shù)學統(tǒng)計方法[11-12]，利用響應指標來系統(tǒng)分析適宜葡萄灌水范圍的研究較少。本文通過田間試驗，以10 年生“紅提”葡萄為研究對象，基于回歸分析法評價不同灌水量對滴灌葡萄生長、產(chǎn)量品質(zhì)的影響，篩選出適宜的灌溉定額，以期為綠洲灌區(qū)葡萄在滴灌條件下水分合理調(diào)控提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年4—10 月在兵團灌溉中心試驗站進行，該站位于準葛爾盆地南緣，天山北坡。屬中溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，5—9 月平均氣溫為26.8 ℃，年平均氣溫6.5 ℃，≥10 ℃積溫3 400 ℃。風向主要為西北風和東南風，年平均風速為2.6 m·s-1，大風多發(fā)生在4—9月。年平均降水量194 mm，蒸發(fā)量2 647 mm，日照時數(shù)2 800 h，無霜期165 d。

1.2 試驗設計

通過調(diào)研了解當?shù)氐喂嗥咸逊N植的常規(guī)灌水情況，設定4個灌溉定額：7 000 m3·hm-2（W1）、6 000 m3·hm-2（W2）、5 000 m3·hm-2（W3）、4 500 m3·hm-2（W4）等4 個水平，同時設置1 個常規(guī)灌溉小區(qū)（CK，灌溉定額6 500 m3·hm-2）作為對照組，每組處理3個重復，整個試驗周期灌13 次水。每個小區(qū)布置3 組土壤水分傳感器。

試驗選已有紅提葡萄品種，大溝定植，東西走向。葡萄采用滴灌鋪設均為1 行2 管，即在樹行兩側(cè)20 cm 處各布置1 根滴灌帶，葡萄株距1 m、行距5 m，栽培方式為小棚架栽培。選用天業(yè)生產(chǎn)的單翼迷宮式滴灌帶，外徑16 mm，壁厚0.30 mm，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.8 L·h-1。所有小區(qū)的除草、施藥等田間農(nóng)藝管理措施一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤含水率測定

主要采用烘干法測定土壤含水率。滴灌葡萄每次灌水前24 h 和灌水后48 h 內(nèi)采用取土鉆分別在滴灌帶下、距滴灌帶±20 cm 位置處土壤0～100 cm 深度內(nèi)取樣，每10 cm 取1個土樣，每組3個重復，最后用加權(quán)平均法計算土壤含水率。作物耗水量的計算按照《灌溉試驗規(guī)范》（SL13—2015）規(guī)定，通過測定所得的土壤含水率數(shù)據(jù)采用以下公式進行計算：

式中ET為作物耗水量，mm；Pr為作物生育期降雨量，mm；I為生育期灌水量，mm；Wi1和Wi2分別為第i層某生育期土壤灌后和灌前時的土壤含水率，%；γi為第i層土壤干容重，g·cm-3；Hi第i層土壤的厚度，cm。水分利用率（Water use efficiency，WUE）為單位面積葡萄產(chǎn)量（Y，t·hm-2）除以作物耗水量，單位t·(hm-2·mm-1)。

1.3.2 光合指標測定

葡萄共分為6個生育期：萌芽期、新梢期、花期、果實膨大期、果實完熟期、枝蔓成熟期。于每個生育期選擇晴朗無云天氣進行光合指標的測定，測定在10: 00—20: 00 時間段進行，每隔2 h 測定1 次，采用Li-6400 便攜式光合測定儀，測定凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）和葉片水分利用效率（WUEL）的日變化。光源采用自然光源，測試葉片為標記植株3片功能葉，每隔2 h測定1次并取其平均值。

1.3.3 產(chǎn)量和品質(zhì)測定

產(chǎn)量測定：在果實成熟期調(diào)查標定植株（3 株）的產(chǎn)量（單株產(chǎn)量和單果重采用天平稱重法），然后折算成667 m2產(chǎn)量。

品質(zhì)測定：取新鮮的葡萄打成勻漿測定品質(zhì)，可溶性固態(tài)物含量用手持糖量計（BG-111ATC，天津?qū)氫摴鈱W儀器有限公司）測定，可滴定酸含量用酸堿滴定法測定，可溶性糖用苯酚法測定，維生素C 含量采用2,4-二硝基苯肼比色法來測得。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016 和DPS 數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行處理和分析，對測定結(jié)果進行方差分析(ANOVA)，并 用LSD 法（Least significant difference）進行多重比較，每個處理重復3 次。用Origin 2018 進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量對葡萄植株光合指標的影響

滴灌葡萄的葉片是進行光合作用的主要場所，葉片的光合作用受到灌水量的影響，從而影響果實產(chǎn)量和品質(zhì)。不同灌水量對綠洲灌區(qū)滴灌葡萄植株光合指標會產(chǎn)生不同的影響。由表1 可知，不同灌水量對滴灌葡萄花期、果實膨大期的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）和葉片水分利用效率（WUEL）的影響差異均達到顯著水平（p<0.05）。

表1 不同灌水量對滴灌葡萄光合指標的影響

從表1 可知，滴灌葡萄植株葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和葉片水分利用效率（WUEL）等指標都隨著生育期的延續(xù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，果實膨大期的各指標數(shù)值顯著大于花期的各指標數(shù)值；而胞間CO2濃度（Ci）隨著生育期的延續(xù)與Pn、Gs、Tr等指標的趨勢相反。不同生育期內(nèi)滴灌葡萄葉片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL在不同灌水量處理下表現(xiàn)為：葡萄葉片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL隨著灌水量增加而增大（即W1>CK>W2>W3>W4）。葉片Pn在果實膨大期達到最高水平，各處理的平均值為27.78 μmol·m-2·s-1，其中W1、W2 處理分別比CK 處理的葉片Pn大5.22%、-0.42%；葉片Tr在果實膨大期達到最高水平，各處理的平均值為5.66 mmol·m-2·s-1，其中W1、W2 處理分別比CK 處理的葉片Tr大2.58%、-0.52%；葉片Ci在花期與果實膨大期的平均值分別為223.45、153.14μmol·mol-1，其中W1、W2處理分別比CK處理的花期葉片Ci大2.58%、-0.52%；葉片Gs在果實膨大期達到最高水平，各處理的平均值為297.82 mmol·m-2·s-1，其中W1、W2處理分別比CK處理的葉片Gs大6.77%、-2.84%；葉片WUEL在果實膨大期達到最高水平，各處理的平均值為4.89μmol·mmol-1，其中W1、W2 處理分別比CK 處理的葉片WUEL大2.63%、0.81%。不同水分處理條件下葉片Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL變化存在明顯規(guī)律性，說明Pn、Gs、Ci、Tr、WUEL可以較好地反映滴灌葡萄水分虧缺情況。

2.2 不同滴灌量對葡萄產(chǎn)量品質(zhì)的影響

不同灌水量對滴灌葡萄果實產(chǎn)量有一定的影響，同時也存在適宜的灌水范圍。表2是不同處理的葡萄果實產(chǎn)量及水分利用效率的變化情況，可以看出，不同灌水量對滴灌葡萄的單穗重、單株產(chǎn)量、總產(chǎn)量、果實干物質(zhì)、WUE的影響均達到了顯著水平（p<0.05），其中單穗重、單株產(chǎn)量、總產(chǎn)量、WUE等指標隨灌水量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而果實干物質(zhì)與其他指標趨勢相反。果實產(chǎn)量在W2 灌水水平下達到最大，排序為W2>CK>W1>W3>W4，W1、W2、W3、W4處理的產(chǎn)量分別比CK 處理增產(chǎn)-0.29%、6.29%、-11.82%、28.81%，單穗重與單株產(chǎn)量有類似的規(guī)律。果實干物質(zhì)的最優(yōu)處理是W4，最低是W1 處理，分別較CK 增加0.82、-1.84 個百分點。水分利用效率最優(yōu)處理是W2，W1、W2、W3、W4 處理的WUE分別比CK 處理大-6.73%、15.20%、11.69%、2.92%。

表2 不同處理的葡萄果實產(chǎn)量及水分利用效率比較

表3 是不同處理的葡萄果實品質(zhì)變化情況，可以看出，不同灌水量對綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的維生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物含量的影響均達到了顯著水平（p<0.05），其中維生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量隨灌水量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而可滴定酸的變化規(guī)律跟其他品質(zhì)指標不同，呈現(xiàn)隨灌水量增大而逐漸增大的趨勢。維生素C 含量在W2 處理下達到最高水平，為8.52 mg·(100 g)-1，較最低水平W4 高7.98%，較CK 高0.71%；可溶性糖含量在W2 處理下達到最高水平，為18.96%，較最低水平W4高2.46個百分點，較CK 高0.98個百分點；可溶性固形物含量在W2 處理下達到最高水平，為23.5%，較最低水平W1 高1.6 個百分點，較CK 高0.4 個百分點；可滴定酸含量在W1 處理下達到最高水平，為0.514%，較最低水平W4 高0.061 個百分點，較CK 高0.028個百分點。適宜的灌水量有利于提高果實的糖酸比，能顯著提高果實的品質(zhì)。

表3 不同處理的葡萄果實品質(zhì)比較

2.3 基于回歸分析法的滴灌葡萄適宜灌溉定額綜合評價

為了解綠洲灌區(qū)滴灌葡萄各響應指標在灌溉水用量設置區(qū)間內(nèi)的動態(tài)連續(xù)變化，對其適宜灌溉量綜合量化評價，以灌溉定額為自變量，響應指標產(chǎn)量、水分利用效率、可溶性固形物為輸出變量，進行回歸分析并構(gòu)建回歸方程（見表4）。

表4 灌溉定額與滴灌葡萄各響應指標間的回歸關系

灌溉定額與葡萄產(chǎn)量、灌溉水利用效率、可溶性固形物含量之間均呈二次拋物線關系，且相關系數(shù)均在0.91 以上，達到顯著性相關水平。繪制灌溉定額與葡萄產(chǎn)量、灌溉水利用效率、可溶性固形物含量之間關系圖如圖1。將滴灌條件下W1、W4 處理對應的灌水量設置為上限、下限，運用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對各回歸方程的最大值及對應的灌水量進行求解。根據(jù)計算可得，當Ymax=23 252.38 時，W=6 232.91 m3·hm-2；WUEmax=3.95 時，W=5 505.39 m3·hm-2；Pmax=23.55 時，W=5 689.84 m3·hm-2，當產(chǎn)量和水分利用效率最高時，灌溉定額為5 505～6 232 m3·hm-2，當葡萄產(chǎn)量和可溶性固形物含量最大時，灌溉定額為5 689～6 232 m3·hm-2，因此在綜合考慮水分利用效率、可溶性固形物含量、獲得產(chǎn)量都較高的情況，最終確定研究年滴灌葡萄適宜的灌溉定額為6 000 m3·hm-2。這與根據(jù)作物效應指標得出的最優(yōu)灌溉處理一致，說明利用回歸分析評價適宜灌溉定額是可靠的。

圖1 灌溉定額與水分利用效率、產(chǎn)量及可溶性固形物的關系

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

植物的生長依靠光合作用，主要集中在葉片進行，本研究發(fā)現(xiàn)不同生長時期的葡萄植株葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和葉片水分利用效率（WUEL）等指標的變化幅度不同，這是由于生育時期灌水量不同，過度的水分脅迫對氣孔的影響，間接影響整個植株的光合作用。這與趙雪[10]、鄭睿等[15]的研究結(jié)果一致。本研究表明綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的各項生長指標總體表現(xiàn)為“S”型生長，其中灌水量對葡萄粒徑的影響表現(xiàn)為W2>W1>CK>W3>W4，這主要是因為不同的灌水量會影響光合作用和呼吸作用，致使光合產(chǎn)物分配比例受到影響，W2 水平下更有利于果實器官的累積，致使粒徑優(yōu)勢明顯，有利于增產(chǎn)。這與侯裕生等[1]、溫越等[16]的研究規(guī)律相似。

果實的產(chǎn)量、品質(zhì)與灌水量緊密相關。本研究發(fā)現(xiàn)綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的單穗重、單株產(chǎn)量、總產(chǎn)量、WUE隨灌水量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而果實干物質(zhì)與其他指標的趨勢相反。果實產(chǎn)量在W2 灌水水平下達到最大，具體表現(xiàn)為W2>CK>W1>W3>W4，單穗重與單株產(chǎn)量有類似的規(guī)律，這是由于在W2 灌水水平下植株的呼吸作用和光合作用效率都是最高的，與葡萄粒徑的變化規(guī)律相同。這與王連君等[13]、付詩寧等[17]的研究結(jié)果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的維生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量隨灌水量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，都在W2 灌水水平下達到最大，而可滴定酸含量則呈現(xiàn)出隨灌水量增大而逐漸增大的趨勢，這是因為過分的水分脅迫細胞的呼吸作用導致的，可滴定酸是檢驗果實品質(zhì)的重要因素。對于加工品種的葡萄，高酸更利于其品質(zhì)呈現(xiàn)，適宜的灌水量有利于提高果實的糖酸比，能顯著提高果實的品質(zhì)，這與李雅善等[14]的研究一致。通過回歸方程分析，得出了與作物效應指標表現(xiàn)一致的灌水水平，說明基于回歸分析法來評價綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的適宜灌溉定額是可靠的。

3.2 結(jié)論

1）灌水量對滴灌葡萄花期與果實膨大期的各項光合指標的影響均達到了顯著水平（p<0.05），葉片WUEL在果實膨大期達到最高水平，各處理的平均值為4.89μmol·mmol-1，其中W2 處理分別比其他處理數(shù)值小1.67%～6.69%。

2）綠洲灌區(qū)滴灌葡萄的單穗重、單株產(chǎn)量、總產(chǎn)量、WUE隨灌水量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而果實干物質(zhì)與其他指標趨勢相反。果實產(chǎn)量與各項品質(zhì)指標在W2（6 000 m3·hm-2）灌水水平下達到最大，W2 水平下水分利用效率優(yōu)于其他處理0.51%～24.45%。

3）基于回歸分析法綜合評價滴灌葡萄適宜的灌溉定額，綜合考慮高糖中酸有益于果實品質(zhì)，水分利用效率、可溶性固形物含量、獲得產(chǎn)量都較高的情況，最終確定研究年滴灌葡萄適宜的灌溉定額為6 000 m3·hm-2。