宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄耗水规律及灌溉制度优化研究

雷 筱，周立华，刘学军，王永平，朱 洁

(宁夏水利科学研究院，银川 750021)

0 引 言

葡萄(Vitis vinifera L)属葡萄科木质藤本植物，其果实富含多种矿物质、维生素和类 黄酮，素有“抗氧化明星”的美誉。主要分布于新疆吐鲁番、山东烟台、河北昌黎、宁夏贺兰山东麓等地[1]。2003年，宁夏贺兰山东麓获“葡萄酒国家地理标志产品”保护区认证。葡萄产业已成为宁夏农业战略性主导产业和特色优势产业之一。2015年全区酿酒葡萄栽培面积达到3.53 万hm2，形成了以石嘴山市、银川市、青铜峡市、红寺堡区和宁夏农垦为主的五大产区。

优质葡萄的生长对温度、水分、光照的要求较高，土壤则以壤土和细砂质壤土最好。宁夏贺兰山东麓地区有优良的光热资源和富含钙质的砂质壤土，非常有利于出产高品质的酿酒葡萄。但该区干旱缺水，长期以来葡萄种植主要依赖黄河水进行大水漫灌或沟灌，水资源利用效率低下。现有研究表明，滴灌技术作为一种先进的高效节水灌溉技术，与传统灌溉相比可使水分利用效率提高70%～80%，与喷灌相比用水效率提高30%～40%[2]。荒漠地区葡萄滴灌能减少沟灌大定额产生的深层渗漏损失，比沟灌减少50%以上的用水量，产量提高17%，含糖量提高1.9%[3,4]。能提供给葡萄植株一定的水分张力和有效的施肥措施，能促使葡萄根系更加集中，吸收根的总量增加33%～39%，有利于肥料利用率的提高[5]。较高的灌水频率也能对土壤盐分起到很好的淋洗作用，生育期灌水结束后，土壤盐分随距滴头距离的增加而增加[6]。同时，滴灌技术更是一种行之有效的农业技术，对葡萄生长、成熟时间及品质都有重要影响[7]。可促进葡萄穗形整齐、果粒大小均匀、色度和芳香化合物浓度提高30%[8]。增加葡萄叶片的厚度及幼叶组织结构密度，提高果实中糖和果皮中花青素的含量，降低酸含量，提高果实品质[9]。因此，发展高效节水灌溉是解决该区水资源短缺、提高水资源利用效率的有效措施，也是贺兰山东麓百万亩葡萄长廊战略实施的必然选择。目前，关于滴灌土壤水分分布和运移规律、不同灌溉方式对酿酒葡萄的影响、滴灌水肥一体化技术研究较多[10-12]，但对于贺兰山东麓地区滴灌条件下酿酒葡萄的耗水规律及高效节水灌溉制度研究较少。本文以大田滴灌酿酒葡萄为研究对象，分析不同灌水处理条件下酿酒葡萄生育期土壤含水率、耗水量和耗水强度的变化，以及不同灌水处理对品质、产量及水分生产效率的影响，最终推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度，为该区酿酒葡萄种植生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年在宁夏农垦局玉泉营农场进行，地理坐标为东经106°1'22″～106°3'43″，北纬38°14'43″～38°16'53″，海拔高程约1 110～1 120 m。年日照时数2 800～3 300 h，年均气温8.8 ℃，4-10月不小于10 ℃有效积温为3 300 ℃左右，成熟期昼夜温差在10～12 ℃之间，多年平均无霜期156～165 d，年降水量180～200 mm，蒸发量1 250 mm左右，地下水埋深大于8 m。根据多年气象资料统计分析，试验区平水年(50%降水频率)4-9月降雨量为113.49 mm，2015年实测酿酒葡萄生育期(4-9月)降雨量为109.3 mm，水文年型接近平水年。土壤质地为砂质壤土(国际制)，各类养分属于较低肥力水平。0～80 cm土层平均容重为1.41 g/cm3，平均田间持水量(体积含水率)为15.3%。土壤机械组成和土壤基本物理参数见表1、表2。

表1 土壤质地成分表

表2 土壤基本物理参数表

1.2 试验材料

试验品种为当地主栽酿酒白葡萄品种霞多丽，树龄8年，属盛果期葡萄，东西行向，株行距0.5 m×3.3 m。施肥和其他农艺措施与当地大田一致。

1.3 试验设计

试验采用不同灌水定额作为自变量，研究不同灌水定额条件下滴灌葡萄土壤含水率、耗水特性、品质、产量及水分生产效率的变化。葡萄生育期灌溉定额共设6个水平，分别为2 700 m3/hm2(T1)、3 000 m3/hm2(T2)、3 300 m3/hm2(T3)、3 600 m3/hm2(T4)、3 900 m3/hm2(T5)、4 200 m3/hm2(T6)，每个处理重复3次，共布设18个小区，每个试验小区长67 m，面积为0.022 hm2(67 m×3.3 m)。

葡萄灌溉采用滴灌，滴灌带为单翼迷宫式滴灌带，外径16 mm，滴头间距0.5 m，设计滴头流量2.6 L/h。自4月下旬至8月下旬共灌水13次，其中萌芽期灌水3次(第1次为春灌)，开花期灌水1次，初果期灌水2次，果实膨大期灌水4次，着色成熟期灌水3次，灌水间隔为7～10 d，各处理灌水日期和灌水次数相同。具体灌水日期和灌水情况见表3。

1.4 试验监测指标及方法

(1)降雨量监测：采用永宁县气象局西夏王葡萄基地气象站观测的降雨量数据。

(2)土壤含水率监测：在每个试验小区布设1根TDR套管，布设点在两株葡萄树之间滴灌管下方，利用TREM-TDR土壤水分测量仪监测0～20、20～40、40～60、60～80 cm深度土层的土壤体积含水率。生育期内每次灌水前后监测，降雨前后加测。

(3)产量测定：葡萄采收期，对各处理进行全收获称重，将进行品质测定的葡萄样本重量计算进总重量，统计各试验小区的葡萄株数，计算出单株产量，折算出亩产量。

(4)品质测定：收获期在每个处理随机选择5株有代表性植株，按上、中、下3个部位随机选择3个果穗，再从每个果穗中随机选取3粒葡萄测定可溶性固形物、可溶性糖、总酸、总酚和Vc含量。其中可溶性固形物用手持糖量计测定；可溶性糖用蒽酮法测定；总酸用NaOH滴定法测定；总酚用福林-肖卡法测定；Vc采用2.4二硝基苯肼比色法。

表3 各处理生育期灌水时间及灌水情况统计 m3/hm2

(5)耗水量计算：采用水量平衡法计算，小区灌水量由水表计量；由于试验区地下水位埋藏较深，地下水补给量可以忽略；生育期内降雨量较少且强度低，降水就地入渗，地表径流量可以忽略；在不考虑深层渗漏量的情况下，葡萄生长所需水分主要由农田灌溉水和降雨补给。因此，水量平衡公式可简化为：

ET=(WO-WE)+M+P

式中：ET为作物生育期某阶段耗水量，mm；WO、WE为生育期某阶段初、末80 cm土层的土壤含水率，mm；M为某阶段内的灌水量，mm；P为某阶段内的有效降雨量，mm。

(6)灌水量监测：采用水表记录各试验小区灌水量。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel2010、Spass19.0统计软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理生育期土壤含水率变化

由图1可看出，不同生育期各处理土壤含水率变化总体随土层深度呈下降趋势，其中0～20 cm和20～40 cm两个土层的土壤含水率较高，均在60%田间持水率(9.18%)以上，变幅在9.14%～19.51%。40～60 cm和60～80 cm两个土层土壤含水率相对较低，值围绕60%田间持水率变化，变幅在2.72%～13.62%。出现这种结果有两种可能：一是相对较小的灌水量使土壤水分垂直入渗较浅；二是试验区土壤结构不一致引起，根据对试验区土壤剖面现场勘察，发现40 cm以上土壤为砂质壤土，持水能力较强，40 cm以下土壤为清砂层，持水能力较差，因此导致0～80 cm土层土壤含水率分层明显。

图1 不同灌水处理生育期土壤含水率变化

生育期内各处理土壤含水率基本呈现果实膨大期较高，萌芽期、开花期和初果期次之，着色成熟期最低的趋势。其中萌芽期干旱少雨，葡萄植株萌发对水分需求较高，各处理土壤含水率在3.27%～16.74%之间，灌溉水量较小的处理T1、T2在60 cm土层土壤含水率迅速降低至60%田持以下，灌溉水量较大的T3、T4、T5、T6处理土壤水分垂直入渗要深，基本在80 cm土层土壤含水率才降低至60%田持以下。开花期各处理土壤含水率在4.42%～18.10%之间，灌溉水量较大的T3、T4、T5、T6处理0～80 cm土层土壤含水率均在60%田间持水率以上，灌溉水量较小的处理T1、T2在60 cm土层土壤含水率迅速降低至60%田持以下。初果期葡萄枝条及幼果生长旺盛，对水分的需求加大，是水肥管理的敏感时期，各处理土壤含水率在3.72%～19.33%之间，均在60 cm土层降低至60%田持以下。进入果实膨大期随着葡萄耗水量和蒸散量的进一步增加，各处理土壤含水率在3.1%～19.51%之间，表现为灌溉水量大的T3、T4、T5、T6处理在60 cm土层以上土壤含水率大于60%田持，灌溉水量小的T1、T2处理在60 cm土层处土壤含水率迅速降低。但这一时期降雨较多，加之灌水频繁，各处理土壤含水率在整个生育期最高。着色成熟期为提高葡萄的品质人为控制灌溉水量，同时较高的气温使土壤水分消耗较大，各处理土壤含水率较低，在3.68%～17.82%之间，整体呈现在60 cm土层土壤含水率降低至60%田持以下，处理间差异不大。

2.2 不同灌水处理生育期耗水量和耗水强度变化

由表4可知，各处理全生育期耗水总量差异显著(P<0.05)，在316.16～475.15 mm之间，随灌水量的增加呈增加趋势，其中灌水量最大的处理T6耗水量也最大，为475.15 mm，灌水量最小的处理T1耗水量最小，为316.16 mm。

各处理阶段耗水量呈现开花期、初果期小，萌芽期、果实膨大期、着色成熟期大的“下开口抛物线”分布。其中萌芽期葡萄植株由于冬季埋土防冻，风吹日晒土壤水分损耗较多，加之春季气候干燥，各处理耗水量均较大，在88.87～108.38 mm之间，占总耗水量的20.17%～32.33%，日耗水强度为2.96～3.61 mm/d，处理间耗水量除T1、T5差异不显著外，其余各处理差异均达到显著水平。开花期适度的干旱有助于花芽分化，各处理日耗水强度均较萌芽期有所降低，为0.65～2.62 mm/d，耗水量在7.12～28.83 mm之间，占总耗水量的1.85%～6.37%，处理间耗水量除T2、T3与其他处理差异显著外，其余各处理差异不显著。初果期气温开始升高，葡萄以生殖生长为主，各处理耗水量均开始上升，在39.56～83.32 mm之间，占总耗水量的11.64%～18.38%，日耗水强度为1.98～4.17 mm/d，处理间耗水量差异均达到显著水平。果实膨大期正值伏期高温，葡萄生殖生长达到顶峰，营养生长也旺盛，是葡萄的需水高峰期，各处理日耗水强度达到2.26～4.48 mm/d。处理间耗水量差距明显拉大，差异显著，在86.93～138.96 mm之间，占总耗水量的25.13%～34.00%。着色成熟期气温仍较高，葡萄果粒着色成熟，是糖分及其他营养物质大量累积的重要阶段，各处理耗水差异显著，达到第二个高峰期，在70.00～138.96 mm之间，占总耗水量的21.16%～26.88%，日耗水强度为2.52～4.14 mm/d。

表4 不同灌水处理生育期耗水量和耗水强度变化

注：LSD方差分析法(同列数值后相同字母表示处理间差异不显著，不同字母表示处理间差异显著，小写字母表示在0.05水平上显著，下同)。

2.3 不同灌水处理酿酒葡萄品质变化

酿酒葡萄的品质通过总糖、总酸、PH值、酚类物质和萜类物质等一系列参数综合表现出来，这些物质的含量和平衡关系决定着酿酒葡萄品质的高低[13]。其中较高的含糖量和适中的含酸量是评定酿酒葡萄风味浓、品质优的重要指标之一，生产实际中酿酒葡萄含糖量一般为15%～25%，多用可溶性固形物表示，含酸量多以总酸表示[14]。糖酸比影响葡萄的口味，在生产中常通过调节该比值控制酒质，有研究指出糖酸比为35±5：1时酒质最好[15]。酚类物质赋予葡萄果实及葡萄酒相应的典型性和收敛性，主要存在于果皮、种子及果梗中[16]。芳香物质的种类及含量受品种、产地、气候、季节及栽培管理措施等因素的影响，果实中芳香物质的分布表现为果皮>果肉>果汁[17]。

由表5可知，可溶性固形物T1、T5、T6处理显著高于T2、T3、T4处理，灌水量最低的T1处理含量最高，为22.85%，灌水量最高的T6处理含量次之，为22.25%，说明较高或较低的灌水量均有利于可溶性固形物的提高，但对于酿酒白葡萄而言，糖度不易过高[18]。可溶性糖T3、T4处理显著高于T1、T2、T5、T6处理，T4处理含量最高，为10.27%，说明适中的灌水量有利于可溶性糖的累积。总酸处理间差异不显著，基本呈现灌水量高的T3、T4、T5、T6处理高于灌水量低的T1、T2处理，T5处理含量最高，为0.69%，说明灌水量对酿酒葡萄酸度的影响较小，酿酒白葡萄的酸度稍高可增加酒的风味[19]。糖酸比呈现出两头高的现象，即灌水量低的处理T1、T2和灌水量高的处理T5、T6显著高于灌水量介于中间的处理T3、T4，其中T4处理糖酸比最低，为31.95。总酚处理间差异显著，T4处理含量最高，为5.04 mg/g，说明适宜的灌水量有利于总酚的提高。Vc含量各处理在154.63～105.76 mg/kg之间，T1处理含量最高，为154.63 mg/kg。

表5 不同灌水处理酿酒葡萄品质变化

2.4 不同灌水处理酿酒葡萄产量、水分生产效率的变化

由表6可知，各处理产量基本随灌水定额的增加呈现先增大后减小的趋势，产量在8 553～14 368.5 kg/hm2之间，平均值达到11 246.25 kg/hm2。其中处理T4、T6的产量最高且差异不显著，均在14 000 kg/hm2以上，但处理T4的耗水量比处理T6低16.08%，且产量最高。其他处理产量在平均值上下浮动，处理T1产量最低，为8 553 kg/hm2。由生育期灌水量与产量的关系可看出，处理T1、T3、T4的产量基本随灌水量的增加而增加，但当灌水量超过T4处理时，产量则出现下降趋势。说明一定范围之内，滴灌葡萄的产量会随灌水量的增加而增加，但超过一定限度，产量不仅不会增加，反而会降低。各处理水分生产效率为1.68～2.40 kg/m3，处理T4与其他处理差异显著，且水分生产效率最高，达到2.40 kg/m3，说明在生育期采用适当的灌水量，能提高酿酒葡萄单方水分生产效率。灌溉水生产效率各处理在2.52～3.99 kg/m3之间，处理T4与其他处理差异显著，灌溉水生产效率最高，达到3.99 kg/m3，各处理平均灌溉水生产效率为3.23 kg/m3，这是常规地面灌溉难以达到的，充分体现了滴灌技术的优越性。

表6 不同灌水处理酿酒葡萄产量、水分生产效率的变化

2.5 推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度

基于前文分析，从滴灌葡萄生育期土壤含水率、耗水量、耗水强度、品质、产量及水分利用效率变化等多因素考虑，平水年(50%降水频率)降水条件下，综合评价认为灌溉定额为3 600 m3/hm2时，酿酒葡萄的土壤水分利用、品质、产量等均能达到最优。因此推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度为：灌溉定额3 600 m3/hm2，灌水次数13次，分别在萌芽期灌水3次(第1次为春灌)，开花期灌水1次，初果期灌水2次，果实膨大期灌水4次，着色成熟期灌水3次，灌水间隔为7～10 d。

3 结 论

以宁夏贺兰山东麓大田滴灌酿酒葡萄为研究对象，分析了不同灌水处理条件下葡萄生育期土壤含水率、耗水量和耗水强度的变化，以及不同灌水处理对品质、产量及水分生产效率的影响，主要结论如下。

表7 宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄滴灌灌溉制度

(1)各处理不同生育期土壤含水率变化总体随土层深度呈下降趋势，其中0～20和20～40 cm两个土层的土壤含水率较高，均在60%田间持水率(9.18%)以上，40～60和60～80 cm两个土层土壤含水率相对较低，值围绕60%田间持水率变化。生育期内各处理土壤含水率以果实膨大期最高，萌芽期、开花期和初果期次之，着色成熟期最低。

(2)各处理全生育期耗水总量差异显著，基本随灌水量的增加而增加。阶段耗水量呈现开花期、初果期小，萌芽期、果实膨大期、着色成熟期大的“下开口抛物线”分布。萌芽期耗水强度为2.96～3.61mm/d，开花期为0.65～2.62 mm/d，初果期为1.98～4.17 mm/d，果实膨大期是滴灌葡萄的耗水高峰期，日均耗水量最高，达2.26～4.48 mm/d，着色成熟期各处理耗水强度达到第二个高峰期，为2.52～4.23 mm/d。

(3)可溶性固形物呈现较高或较低灌水量的处理含量高的现象，对于酿酒白葡萄而言，可溶性固形物不易过高。可溶性糖灌水量介于中间的处理T4显著高于其他处理。总酸各处理差异不显著，灌水量对酸度的影响较小。糖酸比呈现两头高的现象，即灌水量较低和灌水量较高的处理显著高于灌水量介于中间的处理。总酚各处理差异显著，灌水量居中的处理T4含量最高。

(4)各处理产量随灌溉水量的增加呈先增大后减小的趋势，处理T4(3 600 m3/hm2)产量最高。一定范围之内，滴灌葡萄的产量会随灌水量的增加而增加，但超过一定限度，产量不仅不会增加，反而会降低。各处理水分生产效率和灌溉水生产效率，均以处理T4最高，说明在生育期采用适当的灌水量能提高酿酒葡萄单方水分生产效率。

(5)根据滴灌葡萄生育期土壤含水率、耗水量、耗水强度、品质、产量及水分利用效率变化等多因素考虑，推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度为：灌溉定额3 600 m3/hm2，灌水次数13次，分别在萌芽期灌水3次(第1次为春灌)，开花期灌水1次，初果期灌水2次，果实膨大期灌水4次，着色成熟期灌水3次，灌水间隔为7～10 d。

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