有機(jī)肥施用量對釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期需水量的影響研究

摘 要：對不同有機(jī)肥施用量條件下釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期需水量進(jìn)行分析，探討有機(jī)肥施用量與水分需求的關(guān)系，為制定科學(xué)高效的釀酒葡萄供水策略提供理論支撐。研究表明，有機(jī)肥適量配施有助于提升釀酒葡萄土壤貯水保墑性能，液體納米有機(jī)肥對于土壤表層（0～20 cm）的含水率增加明顯，T2、T3處理果實(shí)膨大期與轉(zhuǎn)色期增加最為明顯，相較于CK分別增加了70.77%、28.60%;不同土層土壤總貯水量，T1處理在果實(shí)膨大期具有較好的土壤貯水性能，T2處理在果實(shí)轉(zhuǎn)色期土壤總貯水量較為豐富，相較于CK，分別增加14.85%與52.19%。通過Penman-Monteith公式和田間水量平衡法計(jì)算分析，T1處理釀酒葡萄果實(shí)膨大期與T2處理果實(shí)轉(zhuǎn)色期均存在進(jìn)一步節(jié)水的潛力。

關(guān)鍵詞：釀酒葡萄; 品質(zhì)形成關(guān)鍵期; 土壤含水量; 貯水量; 作物需水量

中圖分類號：S663.1 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " 文章編號：1002-204X（2024）01-0007-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.01.004

Research on the Water Supply Needs during the Critical Period of Organic Fertilizer Application for the Quality Formation of Wine Grapes

Zhou Lina1，2， Liu Zhe1，2， Qi Huanjun1，2，3， Lei Jinyin1，2*，

Lei Xiaoting1，2，4， Xu Jinyu1，2， Jin Jianxin1，2， Yin Zhirong1，2， He Jinqin1，2

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002; 2.Yinchuan Agricultural and Environmental Observation Experimental Station， National Agricultural Environment Observation， Yinchuan， Ningxia 750102; 3.Institute of Soil and Water Conservation， Northwest Aamp;F University， Yangling， Shanxi 712100; 4.Helan Mountain East Foothills Comprehensive Experiment Station of National Industry Technology System， Yinchuan， Ningxia 750102）

Abstract By analyzing the water requirement during key periods of wine grape quality under different organic fertilizer application levels， the relationship between organic fertilizer application and water demand is explored to provide theoretical support for the development of scientific and efficient grape irrigation strategies. The study shows that appropriate application of organic fertilizer can improve the soil water storage and moisture retention capacity of wine grapes. The liquid nano organic fertilizer significantly increases the soil moisture content in the surface layer （0～20 cm）， with the T2 and T3 treatments during the berry swelling and veraison stages showing the most significant increases compared to the CK treatment， with an increase of 70.77% and 28.60% respectively. In terms of total water storage changes， the T1 treatment exhibits better water storage performance during the berry swelling stage， while the T2 treatment has more abundant total soil water storage during the veraison stage， with increases of 14.85% and 52.19% respectively compared to the CK treatment. By using the Penman-Monteith equation and field water balance method， it is calculated that both the T1 treatment during the berry swelling stage and the T2 treatment during the veraison stage have further water-saving potential.

Key words Wine grapes; Critical period of quality formation; Soil water content; Water storage capacity; Crop water requirements

寧夏賀蘭山東麓是中國釀酒葡萄的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)之一，其得天獨(dú)厚的水土資源與氣候資源賦予了釀酒葡萄優(yōu)越的品質(zhì)[1-2]。釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵期的精準(zhǔn)水分管理既是影響釀酒葡萄品質(zhì)形成的關(guān)鍵因子，也是實(shí)現(xiàn)水分高效利用的關(guān)鍵舉措。由于缺乏精準(zhǔn)的水肥管理而導(dǎo)致釀酒葡萄水分利用效率低下的問題是影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要問題之一[3-4]。現(xiàn)有研究表明，有機(jī)肥的施用可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)蓄水保墑能力[5-6]。探究有機(jī)肥施用條件下的釀酒葡萄供水策略，對于提升釀酒葡萄品質(zhì)以及農(nóng)業(yè)水資源的節(jié)水高效利用具有重要意義。

參考作物蒸散量（ET0）和農(nóng)田水分平衡法（簡稱水平衡法）是當(dāng)前普遍認(rèn)可的作物水分管理以及灌溉制度的重要依據(jù)和方法[7-8]，通過參考作物蒸散量（ET0）計(jì)算的作物實(shí)際蒸散量（ETa）是制定作物灌溉制度的重要參數(shù)[9]，ETa的準(zhǔn)確計(jì)算對于提高水資源利用效率和灌溉制度具有重要意義[10]。水平衡法是利用作物實(shí)際蒸散量（ETa）與供水量的差值衡量作物灌溉制度合理性的一種被廣泛運(yùn)用方法[11]。肥料與灌溉水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的部分[12]，通過水平衡法對施肥條件下的灌溉水進(jìn)行定量分析，對于農(nóng)業(yè)的高效集約化建設(shè)具有重要意義。

釀酒葡萄果實(shí)膨大期與果實(shí)轉(zhuǎn)色期是決定釀酒葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵時(shí)期，本研究通過對賀蘭山東麓釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期不同有機(jī)肥施用量條件下水分分布特征的探究，對灌溉水進(jìn)行量化分析，旨在對農(nóng)業(yè)用水管理進(jìn)行改善，為高效灌溉計(jì)劃的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏賀蘭山東麓觀蘭酒莊（106°03' E，38°43' N），土壤類型為礫質(zhì)新積土，因靠近賀蘭山，土壤礫石含量高，年降水量為150～200 mm，年平均日照時(shí)間為2 800～3 000 h，年平均氣溫為8.5 ℃，無霜期為180 d，氣候干燥，年降水量較小。

1.2 數(shù)據(jù)來源與分析

觀蘭酒莊氣象資料來自中國氣象局國家氣象中心，為了保障時(shí)間段一致，選取2022年的逐日氣候資料，選用氣象站點(diǎn)的降雨量、最高氣溫、最低氣溫、風(fēng)速、日照時(shí)間、相對濕度等數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（各處理氮含量一致），共設(shè)4個(gè)處理，各處理設(shè)3次重復(fù)。

CK：常規(guī)施肥（N 300 kg·hm-2、P2O5 300 kg·hm-2、K2O 270 kg·hm-2）;

T1：80%CK+液體納米有機(jī)肥（用量為600 L·hm-2）;

T2：70%CK+液體納米有機(jī)肥（用量為900 L·hm-2）;

T3：60%CK+液體納米有機(jī)肥（用量為1 200 L·hm-2）。

果實(shí)膨大期采樣時(shí)間為7月5日，果實(shí)轉(zhuǎn)色期采樣時(shí)間為8月9日。生育階段：6月27日—7月30日為果實(shí)膨大期，7月31日—8月25日為果實(shí)轉(zhuǎn)色期。

1.4 作物實(shí)際蒸散量計(jì)算

ET0為參考作物蒸散量，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO，1998）推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算[13]。

ET0= " （1）

式中：ET0單位為mm;Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率值（kPa·℃-1）;Rn代表地面凈輻射量（MJ·m-2）;G代表土壤熱通量（MJ·m-2·d-1），其值很小，可忽略不計(jì);γ代表濕度計(jì)常數(shù)（kPa·℃-1）;T代表日平均溫度（℃）;U2代表2 m高度處風(fēng)速（m·s-1）;es代表飽和水汽壓（kPa）;ea代表實(shí)際水汽壓（kPa·℃-1）。

ETa=Kc×ET0 " " " " " " " " " " " " "（2）

式中：ETa為作物實(shí)際蒸散量，單位為mm。根據(jù)FAO-56可知，Kc在膨大期取0.70，轉(zhuǎn)色期取生長后期系數(shù)0.45。

1.5 土壤貯水總量及缺水量計(jì)算

土壤貯水總量指一定深度的土層中土壤含水的絕對數(shù)量，通常以mm為單位，計(jì)算公式：

W=0.1×r×v×h " " " " " " " " " " （3）

式中：W為不同深度土壤貯水總量（mm），r為土壤含水率（%），v為土壤容重（g·cm-3），h為土層深度（cm），0.1為換算系數(shù)。

土壤缺水量計(jì)算公式：

Wa=ETa-W " " " " " " " " " " " " "（4）

式中：Wa為不同深度土壤缺水量（mm）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期釀酒葡萄參考需水量分析

作物蒸散量可以作為植物水分吸收與參考需水量的指標(biāo)。對釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期蒸散量（圖1）進(jìn)行分析可知，釀酒葡萄果實(shí)膨大期的蒸散量大于果實(shí)轉(zhuǎn)色期的蒸散量;釀酒葡萄在果實(shí)膨大期的逐日ETa整體大于轉(zhuǎn)色期。膨大期參考作物蒸散量（ET0）為94.36 mm，轉(zhuǎn)色期參考作物蒸散量（ET0）相較于膨大期減小了39.0%;作物實(shí)際蒸散量（ETa）在膨大期與轉(zhuǎn)色期分別為57.53 mm、25.89 mm，轉(zhuǎn)色期的ETa相較于膨大期ETa減小了55.00%，說明轉(zhuǎn)色期的釀酒葡萄水分消耗減小，水分需求減小。

2.2 釀酒葡萄不同生育期土壤含水率變化

不同施肥措施對土壤表層含水率影響顯著。如圖2（a）所示，在果實(shí)膨大期，表層土壤（0～20 cm）含水率隨著液體有機(jī)肥對化肥的替代呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，施用有機(jī)肥處理的含水率均大于CK。有機(jī)肥的施用改良了表層土壤，增強(qiáng)了表層土壤的蓄水保墑能力，其中：T2處理土壤含水率達(dá)到最大值，T2處理相較CK含水率提高了70.77%。如圖2（b）所示，果實(shí)轉(zhuǎn)色期土壤表層（0～20 cm）含水率隨著有機(jī)肥的施加呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，施加有機(jī)肥的處理表層土壤含水率均大于CK，T1、T2、T3處理較CK分別增加了17.68%、23.45%、28.60%。

如圖2（a）所示，果實(shí)膨大期土壤淺層（20～40 cm）的T1與T3處理含水率增加明顯，土壤深層（40～60 cm）則是T1處理增加明顯，相較于CK增加了14.85%。如圖2（b）所示，果實(shí)轉(zhuǎn)色期土壤淺層（20～40 cm）與土壤深層（40～60 cm）含水率隨著有機(jī)肥的施加均呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，各處理土壤含水量由大到小依次為T2、T1、CK、T3;T2處理相較于CK增加最為明顯，土壤淺層（20～40 cm）與土壤深層（40～60 cm）的T2處理相較于CK分別增加了31.16%、52.19%;過量施用有機(jī)肥則不利于轉(zhuǎn)色期的土壤墑情，相較于CK的土壤含水率，T3處理的土壤淺層（20～40 cm）與土壤深層（40～60 cm）含水率分別減少了4.57%、8.67%。

2.3 不同有機(jī)肥施用條件下釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期土壤貯水量變化特征

釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期土壤供水量如圖3（a）所示，膨大期土壤貯水總量由大到小依次為T1、T3、T2、CK，適量施加有機(jī)肥可以提高土壤的貯水總量，其中以T1處理增加最為明顯，相較于CK，土壤貯水總量增加了14.85%。T2處理表層土壤（0～20 cm）貯水總量最高，其值為28.57 mm。由于表層土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，且水分易下滲，淺層（20～40 cm）土壤貯水總量要高于表層（0～20 cm）土壤貯水總量，其中以T1處理與T3處理增加較為明顯。

如圖3（b）所示，轉(zhuǎn)色期的土壤貯水總量由大到小依次為T2、T1、CK、T3，相較于膨大期土壤貯水量相對較少，其中以T2處理土壤貯水量增加最為明顯。隨著有機(jī)肥施用量的增加，表層土壤（0～20 cm）貯水量緩慢增加，表層土壤貯水總量變化并不明顯;淺層（20～40 cm）土壤在T2處理下貯水總量增加明顯，相較CK增加了38.15%;T3處理過量施入有機(jī)肥不利于轉(zhuǎn)色期土壤深層（20～40 cm）水分的貯存。

2.4 不同處理釀酒葡萄品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期供水決策

對不同施肥條件下各土層供水量與缺水量進(jìn)行分析，果實(shí)膨大期、轉(zhuǎn)色期總貯水量與缺水量，如表1所示，膨大期土壤貯水量在CK與T1處理下較高，可以適當(dāng)減少灌溉水量，T2處理與T3處理則呈現(xiàn)虧缺狀態(tài)。轉(zhuǎn)色期土壤總貯水量較膨大期少，由于蒸發(fā)量較小，土壤總貯水量可以滿足植物水分需求，在一定程度上可以適當(dāng)減少灌溉水量，以達(dá)到農(nóng)業(yè)水資源高效集約化利用的目的。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

農(nóng)業(yè)水資源的高效集約化利用一直是全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題[14]，利用FAO Penman-Monteith公式計(jì)算的作物需水量被廣泛應(yīng)用[15]。有機(jī)肥由于其改良土壤理化性質(zhì)的優(yōu)越效果[16]，近年來被大量施用。本研究對有機(jī)肥替代化肥條件下的用水進(jìn)行量化，研究表明，有機(jī)肥的適量施用可以增加土壤的貯水保墑能力，且在不同時(shí)期施用有機(jī)肥呈現(xiàn)不同的效果，這與前人的研究一致[17]。目前，研究者多關(guān)注有機(jī)肥與化肥的配施問題[18-21]。本文通過對有機(jī)肥配施與灌溉量進(jìn)一步耦合，挖掘有機(jī)肥配施條件下的節(jié)水潛力，研究表明有機(jī)肥配施可以進(jìn)一步挖掘節(jié)水潛力。

3.2 結(jié)論

通過計(jì)算得出膨大期作物實(shí)際蒸散總量（ETa）大于轉(zhuǎn)色期作物實(shí)際蒸散總量（ETa），其值分別為57.53 mm、25.89 mm。

液體納米有機(jī)肥對于表層土壤（0～20 cm）的含水率增加明顯，膨大期與轉(zhuǎn)色期的T2、T3處理增加較為明顯，相較于CK分別增加了70.77%、28.60%，適量施加有機(jī)肥可以提升淺層（20～40 cm）與深層（40～60 cm）土壤含水率。

隨著液體納米有機(jī)肥施用量的增加，貯水總量的增加主要體現(xiàn)在表層（0～20 cm）與淺層（20～40 cm），T1處理在膨大期具有較好的貯水性能，轉(zhuǎn)色期則T2處理土壤貯水總量較為豐富，T1、T2較CK分別增加了14.85%與52.19%。

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責(zé)任編輯：周慧