宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄滴灌水肥一体化试验研究

朱 洁，刘学军，陆立国，顾靖超，武慧芳(宁夏水利科学研究院，银川 750021)

0 引 言

宁夏贺兰山东麓，长期从事葡萄种植，以往多采用地面灌溉方式、重施化肥，水资源浪费、水肥利用效率低，葡萄品质不稳定。近年来，贺兰山东麓葡萄种植区获得国家地理标志委员会“葡萄酒国家地理标志产品”保护区认证，宁夏回族自治区政府将滴灌技术的推广应用作为该地区提高水肥利用效率和保障葡萄品质的主要途径。初步研究与实践表明，在干旱地区采用滴灌技术可实现节水50%以上，产量和品质也有不同程度提高。同时，滴灌时随水施肥可使氮肥利用率达90%以上[1-3]；在荒漠地区使用滴灌比沟灌能够减少用水量50%以上，可提高葡萄坐花坐果率，产量提高17%，葡萄果实糖度提高1.9%[4]；在沙砾石土壤地区采用滴灌水肥一体化[5]，有助于降低灌溉定额，可使节水率达45.9%，增产率达11.7%。鉴于此，开展宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄系统的滴灌水肥一体化制度试验研究，分析灌溉定额、施肥量对葡萄产量、品质的综合影响效应，提出砾石土壤条件下葡萄滴灌水肥一体化制度，为当地酿酒葡萄滴灌提供科学的理论依据，对推动酿酒葡萄种植产业的发展、实现葡萄产量及品质的提高也具有重要意义。

1 试验设计

1.1 试验区概况

试验区位于宁夏贺兰山东麓志辉源石酒庄万亩生态园区。光照充足，年日照率65%以上，太阳总辐射量6 100 MJ/m2，年平均气温8.9 ℃，4-9月活动积温3 289 ℃，年均降雨量200 mm，年均蒸发量1 470 mm，全年日照时数在2 851～3 106 h，无霜期176 d。试验区地形平缓，地面坡度约为1%，平均海拔高度为1 160 m。土壤为砾石土，>2 mm粒径含量占39.82%，其土壤理化性质见表1。试验区土壤除速效钾含量丰富外，其余各类养分含量均属于低肥力水平，尤其是速效氮含量低。

表1 试验区土壤基本理化性质Tab.1 The basic soil physical and chemical properties

1.2 试验方案设计

试验选用当地主栽酿酒葡萄品种之一的5年生赤霞珠，葡萄架型为“厂”型，株行距为1.5 m×4 m。葡萄于4月上旬出土，9月底生育期结束，10月上旬采收，11月上旬冬灌埋枝过冬，物候期详见表2。

试验区面积约3.33 hm2。灌水器选择内镶贴片式滴灌带，滴头间距50 cm，滴头流量2.59 L/h。采用控制因素(灌溉定额、施肥量)分组设计，设置16个不同灌溉定额处理。生育期内灌水13次，灌溉定额2 400～3 600 m3/hm2，试验设计详见表3。

表2 “赤霞珠”葡萄物候期Tab.2 Phenological phase of “Cabernet Sauvignon”

试验选用宁夏开发的葡萄滴灌专用水溶肥，未施用底肥，生育期共施肥7次，共施肥5 244.75 kg，其中氮肥2 097.9 kg，磷肥1 748.25 kg，钾肥1 398.6 kg，随水施肥、实现水肥一体化灌溉。处理T1～T12次施肥量90 kg/hm2，处理T13～T14次施肥量75 kg/hm2，处理T15～T16次施肥量60 kg/hm2。施肥时间为：萌芽期第一水、开花期第一水、初果期第一水及第三水、果实膨大期第一水及第三水、着色期灌水。根据葡萄各生育期对各类营养元素的需求差异，萌芽期施肥以氮肥(N∶P2O5∶K2O-3.8∶1.0∶1.25)为主，开花期在补充氮、钾及微量元素的同时，施用充足的磷肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.25∶1.0)。果实膨大期以钾肥为主、配合施磷肥，果实成熟期，以磷、钾肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.0∶3.2)为主。在生长期根据葡萄长势适量喷施叶面镁肥。试验期内除灌水施肥外，适时开展除草、剪枝、绑蔓等田间农艺农事管理。

1.3 试验观测内容及方法

试验观测内容主要有灌溉水量、土壤含水率、土壤水势张力、葡萄产量及品质。各试验区灌水量以水表计量；土壤含水率在灌水前2 h及灌水结束后2 h观测，每个小区中段布设一根Trime管，灌水前后分别监测土壤剖面0～80 cm土层(0～20、20～40、40～60、60～80 cm)水分变化，同时在Trime管附近采用土钻取土，利用烘干法测定含水率进行率定；在各试验小区中段埋设土壤负压计，测定土壤水势张力；各试验小区果实全部采收、测产采取实测各小区葡萄产量的方式；葡萄品质委托西北农林科技大学葡萄酒学院在葡萄品质检测实验室进行检测，包括可溶性固形物、pH值、酸度等指标，具体测定方法详见表4。

表4 酿酒葡萄品质指标测定方法Tab.4 Wine grape quality index measuring method

为了衡量葡萄不同品质指标受其影响程度，在本试验中采用变异系数Cv衡量[6,7]，同时采用SPSS数据分析软件进行显著相关性分析。

(1)

2 试验结果与分析

2.1 不同灌溉定额对土壤含水率的影响

葡萄根系一般分布于20～60 cm土层。为准确研究葡萄种植区土壤持水能力，以葡萄根系层为主要研究对象，采用TDR土壤水分测定仪测定各层土壤含水率，60%田间持水量(θc)为参考，并汇总生育期20～60 cm层土壤含水率变化表，如表5、表6所示。

由表5、表6看出，在整个生育期内，不同处理下土层含水率变幅总体上呈现一定的规律，土壤含水率均围绕60%θc值发生变化，灌溉前后20～60 cm层土壤含水率多在4%～15%范围内波动，平均含水率为9.96%，20～40 cm土层含水率值均高于40～60 cm土层。由表5中看出处理T1～T8含水率多在60%θc值上下波动，T3土壤含水率最低，处理T9～T16灌前含水率明显高于60%θc值，处理T11生育期灌溉定额为3 600 m3/hm2，灌水后的土壤含水率也达到最大，20～40 cm层平均含水率为10.8%，略高于80%θc值，且处理T1～T8层含水率多低于处理T9～T16；表6为40～60 cm土层土壤含水率变化，其均在60%θc值上下浮动，由于土壤差异性导致水分渗透速率不同，底层土壤含水率变化差异性明显，且处理T9～T16在果实膨大期土壤含水率已达到90%θc值，水分积累明显，易造成土中氧分不足，降低作物根系吸收效果。

表5 试验小区T1～T16土壤含水率变化表(20～40 cm) %Tab.5 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (20～40 cm)

表6 试验小区T1～T16土壤含水率变化表(40～60 cm) %Tab.6 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (40～60 cm)

从葡萄整个生育期看出，在萌芽期及开花期，土壤平均含水率高于85%θc值，初果期及果实膨大期土壤平均含水率已达到90%θc值以上，着色期由于人为控制灌溉水量，各处理含水率均有明显下降，含水率明显低于60%θc值。而阶段灌水定额不同均影响水分实际利用效率，绘制各阶段不同灌水定额灌溉前后土壤含水率变化图，分析不同灌水处理下土壤水分贮存比变化。其中处理T8、T11果实膨大期灌溉前后含水率变化如图1所示。

计算225和300 m3/hm2两种灌水定额对应的土壤水分贮存比分别为94%和59.6%，由此看出，300 m3/hm2灌水定额下大部分水量无法有效贮存在土壤中供作物生长需要，由于砾石土保水性差，贮水能力弱，部分水分渗漏到根系层以下，且随着灌水定额的增大土壤水分贮存比并没有增大，因此本阶段易采用225 m3/hm2灌水定额。

同时，采用耗水强度作为反映作物不同生育期内灌溉、施肥、气象等对作物生长发育综合影响的指标，不同处理下葡萄各生育期耗水强度变化如图2所示。

图1 果实膨大期灌溉前后土壤含水率变化分析图Fig.1 Fruit enlargement of irrigation before and after the change in soil moisture analysis chart

图2 不同处理下葡萄生育期各阶段耗水强度变化动态Fig.2 Under different processing stages in the grape growing season water consumption ratechanges

由图2可以看出，土壤水分变化均可调节葡萄的耗水强度，不同处理下葡萄耗水强度在整个生育期内呈现“低-高-低”抛物线走势，且均表现为果实膨大期的耗水强度最大，其平均耗水强度达到4 mm/d，初果期达到3 mm/d，占整个生育期平均耗水的50%，说明葡萄在此期间耗水最强，灌水量为最高。萌芽期为1.6～2.0 mm/d，耗水强度小，随着进入初果期，新稍果穗生长发育，耗水强度增大，后期进入着色期，葡萄进行糖分积累，耗水强度降低，处于1.8～3.1 mm/d之间。

2.2 不同灌水及施肥对产量的影响

干旱区砾石土壤栽培酿酒葡萄，灌溉定额和施肥量共同决定着葡萄的产量。采用作物水分生产效率指标综合反映灌区的农业生产水平及灌溉管理水平，可直接地显示灌溉对作物产出效果，不同处理下的葡萄产量及水分生产效率见表7。

表7 不同处理下葡萄的产量及水分生产效率表Tab.7 Grape yield and water use efficiency under different treatment table

由表7看出不同灌溉定额条件下的作物产量存在明显差异，T7产量最高，达3 451.5 kg/hm2，且水分生产效率最大，处理T1灌溉定额3 000 m3/hm2，产量仅为1 610.7 kg/hm2，处理T11灌溉定额4 200 m3/hm2最大，产量2 295.2 kg/hm2。对应不同处理下葡萄的水分生产效率在0.27%～1.01%之间波动，水分生产效率差别较大。对比T8、T9，灌溉定额增加150 m3/hm2，水分生产效率减小16.3%，产量降低11.7%，并未因为灌溉定额的增加而达到最好的水分利用状态，且适宜葡萄灌溉定额较接近3 800 m3/hm2。对于不同灌溉定额，对比处理T1、T10，T1水分生产效率略高于T10，T1较T10，灌溉定额减小，对产量没有明显影响，但能提高水分生产效率，由此看出灌溉定额与产量并不总是成正比关系[8,9]。对于不同施肥量，对比处理T8、T13，施肥量增大，产量明显提高，在一定施肥用量范围内，施肥量越高产量越高。

2.3 不同灌水及施肥对品质的影响

土壤条件、气象条件和灌溉定额是影响酿酒葡萄的蒸腾、物质合成、运输的主要因素，葡萄品质的各项指标除自身品种决定外，外界因素对其影响也起着重要作用。试验中葡萄品种均为赤霞珠，影响葡萄品质的主要因子为灌溉定额、施肥量，计算酿酒葡萄样本各品质指标的变异系数，结果如表8所示。

表8 酿酒葡萄品质各要素变异系数Tab.8 Cv of wine grape's quality

由表8可以看出，不同灌溉定额对单宁影响显著，果皮多酚次之，可溶性固形物及pH受灌溉定额影响不显著；不同施肥量对可溶性固形物影响较明显，且不同施肥量对葡萄各品质指标影响小于灌溉定额对其影响。采用SPSS数据分析软件进行相关性分析得：不同施肥量对葡萄品质各因素影响中，施肥量与单宁在0.05水平(双侧)显著负相关(相关系数为-0.58)，不同灌溉定额对葡萄品质各因素影响中，灌溉定额与单宁、花色苷在0.05水平(双侧)显著负相关(相关系数为-0.546、-0.608)。因此，应优先考虑灌溉定额不同对葡萄品质的影响。葡萄品质测定结果见表9所示。

表9 酿酒葡萄品质指标检测表Tab.9 Wine grape quality index detection table

葡萄可溶性固形物含量的高低直接影响葡萄酒的品质，处理T1中可溶性固形物含量最高，对比处理T1～T12，随着灌溉定额的变化，葡萄可溶性固形物含量变化不大，处于20.5%～24.5%之间波动，减小灌溉定额可在一定范围内增加可溶性固形物含量；处理T4、T6、T7、T11中果实滴定酸含量高，这是由于土壤积温不够，果实成熟度欠缺；果皮多酚及单宁含量随灌溉定额增大变幅明显，pH值及花色苷变幅较小；对比T6、T13、T15，考虑施肥量对葡萄品质影响，滴定酸含量随施肥量增加而增加，单宁含量随施肥量增加而减小，其他各项品质指标变化不显著。

根据西北农业大学相关研究结论，对酿酒葡萄各项检测指标给出了具体等次划分，划分标准见表10。

表10 酿酒葡萄品质评价指标Tab.10 Wine grape quality evaluation table

根据不同指标所属等次，将志辉葡萄种植基地各处理下酿酒葡萄品质进行等级划分及评价，评价结果详见表11。

由表11可以看出，不同灌水条件下葡萄各品质指标呈现不同等级分类，单宁、花色苷、多酚等级出现Ⅱ、Ⅲ级，为主要影响综合等级指标。处理T6、T7、T9～T12灌溉定额大，单宁级别为Ⅲ级，花色苷含量也多出现Ⅱ级指标，品质较差，为提高葡萄品质后期须进行灌水定额调整。

2.4 志辉试验区葡萄灌溉试验方案优选推荐

通过试验结果及理论分析得出，最优的产量处理为T7，即灌溉定额为3 825 m3/hm2，此时水分生产效率为最大。但为使葡萄产量及品质都达到最优化，结合各水分处理下葡萄根部土壤水分贮存比、含水量等指标，处理T4较为适宜，最终调整生育期灌水定额，推荐方案如表12所示。

表11 酿酒葡萄品质评价结果表Tab.11 Wine grape quality evaluation results of Table

表12 酿酒葡萄种植优选方案表 m3/hm2Tab.12 Wine grape planting optimization

3 结 语

基于砾石土壤酿酒葡萄滴灌水肥一体化研究，针对不同灌溉定额、不同施肥量处理下土壤含水率变化趋势及葡萄产量、品质的变化特征综合分析，研究提出了酿酒葡萄滴灌水肥一体化优选方案，主要结论如下。

(1)葡萄灌水后，土壤含水率多达到80%θc值，但砾石土保水性差，土壤水分蓄存比低，导致水分利用率低，综合考虑葡萄的水分管理，在萌芽期及开花期，土壤湿度较高，可适量降低灌水定额，促进新梢生长，使开花和坐果正常；在初果期和果实膨大期，作物耗水明显，结合土壤水分贮存比，灌水定额控制在225 m3/hm2；着色期为提高果实成熟度，进行适当控水处理。

(2)产量与灌溉定额不成正相关关系，灌溉定额为3 825 m3/hm2时，产量最大，但超过范围上限时，产量出现下降；增加施肥量在一定范围内可提升葡萄产量。

(3)采用变异系数衡量灌溉定额及施肥量对葡萄品质的影响，不同施肥量、灌溉定额对单宁影响显著，其他指标受其影响不显著，且灌溉定额对品质影响明显大于施肥量影响。

(4)在一定灌溉定额区间内，减少灌溉定额增加可溶性固形物含量，减小施肥量可显著降低滴定酸含量，同时明显增加单宁含量，有利于改善葡萄品质。

(5)基于田间试验及理论分析，推荐砾石土壤酿酒葡萄种植的优选灌溉方案：全年灌水13次，灌溉定额为3 600 m3/hm2，生育期灌溉定额3 000 m3/hm2。

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