不同生育期水分亏缺对‘赤霞珠’耗水及果实品质的影响

李 晶，李 华,2,3，王 华,2,3(.西北农林科技大学 葡萄酒学院，陕西杨凌 7200；2.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术中心，陕西杨凌 7200；3.西北农林科技大学 合阳葡萄实验示范站，陕西渭南 75300)

水是人类生存和社会发展无可替代的资源，是农业生产的命脉。中国干旱半干旱地区水资源相对匮乏，农业用水难以满足。葡萄是需水较大的植物，在不同生长时期需水量存在差异，只有在适宜的土壤水分供应条件下，才能生产优质葡萄。近年来，随着葡萄种植面积的增大，葡萄水分利用方面的问题逐渐得到重视，了解葡萄需水规律，合理灌溉，不仅能减少水资源的浪费，还能较大提升葡萄品质，因此，研究葡萄需水规律具有重要意义[1-3]。

亏缺灌溉是指葡萄生长期适当的施加水分胁迫，目前，关于亏缺灌溉对作物生理特性、产量与品质及水分吸收利用情况的研究表明，亏缺灌溉不仅节约水分使用量，提高作物的水分利用效率；同时也刺激植株做出补偿效应，有利于维持或者提高葡萄产量，减少生长冗余，改善产品品质；也有一些研究认为亏水灌溉的节水效果显著，但于增产无益[2-6]。目前，亏缺灌溉相关研究主要集中在葡萄作物产量形成、养分迁移及吸收利用等方面[4-6]，而关于灌水时间、灌水量多少对葡萄品质的影响[7]等方面鲜见报道。本研究以提高干旱地区酿酒葡萄‘赤霞珠’果实品质为出发点，通过回归分析，研究不同生育期亏缺灌溉对‘赤霞珠’耗水特征和果实品质的影响，探讨亏水灌溉的节水效果，以期为亏缺灌溉条件下生产高品质葡萄提供依据。从而确定陕西省杨凌区葡萄的生产管理模式，并为其他地区的葡萄产业发展提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年3月-10月在陕西省杨凌示范区曹新庄葡萄园防雨拱棚内进行。杨凌地处关中平原中部，海拔403.2～530.1 m，年平均气温12.9 ℃，日照时数2 196 h·d，年平均降水量660 mm，大陆性暖温带季风气候，积温(≥10 ℃)不少于4 300～4 500 ℃·d，无霜期200 d以上。试验区土壤质地为粘土，各层土壤物理性质见表1。灌溉方式为单固定一侧滴灌，滴灌管直径为16 mm，滴头间距为48 cm。

表1 试验区土壤物理性质

1.2 试验方案

供试酿酒葡萄‘赤霞珠’(Cabernet sauvignon)于2008年定植，单臂平均留芽6个，平均10 cm留1 个结果枝，整形方式为单干双臂，南北行向，株行距1 m×3 m。

试验包括5种灌溉处理，每处理占一个小区，设3个重复，共15个小区。根据房玉林等[8]葡萄生长对土壤含水量的要求，葡萄整个生育期内土壤含水量保持在田间持水量的60%～80%为充分灌溉(Full irrigation，FI)，即当土壤含水量降低至处理土壤含水量下限时补水至处理上限[9]。试验组分别对新梢生长期(A)、花期(B)、浆果生长期(C)和果实成熟期(D)进行控水(40%～54%田间持水量)，其余时间保持充分灌溉，具体实施方案如表2所示，各个处理间除灌水有差异外，田间管理措施均一致。为保证萌芽率，萌芽期进行20 mm 的灌溉。

表2 不同生育期调亏灌溉方案

1.3 测定项目和方法

1.3.1 土壤水分监控 采用时域反射仪(Time domain reflectometer,TDR)测定0～80 cm深的土壤含水量，每20 cm由上至下测1次。耗水量采用水量平衡法[10]计算，设施栽培条件下降水量为0 mm，地下水层较深的补给量忽略不计，生育期内葡萄耗水量为灌溉水量和土壤水分动态变化量的和。

1.3.2 葡萄产量测定 果实采收后，每处理随机选取30穗果测穗质量，计算平均值；从果穗的上、中、下3个部位各取1粒果实，共计30粒，利用游标卡尺测量果粒的纵径和横径，利用电子天平测量果粒、果穗质量，计算平均值；利用刻度尺测量果穗穗长和去除果粒后果梗长度，计算平均值[2]。统计各个试验区产量，计算单位面积产量。

1.3.3 葡萄品质测定 葡萄采收后，采用手持糖量计测定可溶性固形物的质量浓度。还原糖的测定采用斐林试剂热滴定法[11]；可滴定酸用NaOH滴定法测定，并以酒石酸计。葡萄果皮中总酚的测定采用福林—肖卡法[12]，单宁的测定采用甲基纤维素沉淀法[13]；葡萄果皮中总花色苷用pH示差法测定[14]。

1.3.4 数据处理 数据采用Excel 2010及SPSS 20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理对土壤含水量的影响

不同灌溉处理土壤含水量与土层深度变化规律趋于一致。新梢生长期土壤含水量如图1-a所示，处理A土壤含水量在0～40 cm土层显著低于其他处理，40～80 cm差异逐渐减小，土壤含水量变化曲线趋于平缓。花期如图1-b所示，由于处理A进行生育期早期水分亏缺处理，因此0～80 cm土壤含水量仍低于其他处理，且40～60 cm与处理B无显著差异；‘赤霞珠’快速生长，对土壤水分消耗较大，导致处理A和B在0～40 cm的含水量显著低于其他处理，处理A高于处理B，说明前一阶段水分亏缺对后面生育期的土壤含水量有影响。浆果膨大期土壤含水量如图1-c所示，处理C土壤含水量低于其他处理。该时期内，植株叶片面积增大，阻挡了阳光对地表的直射，棵间蒸发为辅、作物耗水为主。着色成熟期土壤水分动态变化如图1-d所示，生育期前期作物耗水导致该生育期内土壤含水量低于其他时期，但仅显著影响0～40 cm的土壤，而对40～80 cm土壤影响不显著。从变化趋势可以看出，随着土壤深度的增加，灌溉对土壤含水量的影响变小，40～80 cm 深度的土壤含水量变化差异不显著。

2.2 不同灌水处理对‘赤霞珠’耗水的影响

2.2.1 耗水强度变化规律 耗水强度受‘赤霞珠’各个生长发育时期内外界环境对其水分消耗的影响，包括气象条件、灌溉制度、田间管理等，代表单位时间、单位面积的作物耗水量。由图2可以看出，果实膨大期耗水强度最大，新梢生长期和花期耗水强度小。新梢生长期至浆果收获的耗水强度近似为一条单峰曲线，新梢生长期耗水强度为1.66～2.17 mm·d-1，处理A由于此时期灌水量有限，耗水强度显著小于其他处理；花期时间较短，耗水强度略有提升，可能由于这一阶段气温升高幅度较快，光合作用、蒸腾作用增强，葡萄营养生长、生殖生长同时进行所致；浆果生长期历时最长，此时期气温较高、植株枝叶生长最茂盛，耗水量、耗水强度最大，为2.67～3.84 mm·d-1；转色成熟期耗水强度减小。总体看来，灌溉量多少直接决定耗水强度高低，各处理随着灌溉量增加，日耗水强度也随之增大。

柱形图内不同小写字母表示差异显著(P<0.05) Different lowercase letters in the bar chart mean significant difference(P<0.05)

图1不同灌溉处理下的土壤含水量

Fig.1Soilwatercontentunderdifferentirrigationtreatments

A、B、C、D、FI分别代表新梢生长期、花期、浆果膨大期、转色成熟期亏缺灌溉和充分灌溉 A，B，C，D，FI represent deficient irrigation at the shoot growth period,flowering period,berry chlargement,bery maturity period and full irrigation；下同 The same bellow

图2酿酒葡萄生育期的耗水强度

Fig.2Waterconsumptionintensityofvinegrapeatdifferentstages

2.2.2 耗水特征 充分灌溉、新梢生长期、花期、果实膨大期和转色成熟期水分亏缺处理下，葡萄植株全生育期的耗水量分别为462.16、444.05、420.86、399.75、413.57 mm，其中FI耗水量最大，处理C耗水量最小，前者比后者高15.61%。耗水模数反映葡萄各个生育期耗水量在总耗水量中的比重，表明不同生育阶段对水分的敏感程度和灌溉的重要性，从表3可以看出，设施葡萄花期耗水模数最小，仅为4.6%～6.7%；除处理C，其他处理均为浆果生长期耗水模数最大，处理A、B、D、FI的耗水模数依次为46.64%、48.62%、49.72%和45.06%。生育期耗水模数大小规律为浆果膨大期>转色成熟期>新梢生长期>花期。

表3 ‘赤霞珠’各生育期的耗水特征

2.3 不同灌水处理对‘赤霞珠’产量及水分利用效率的影响

如表4所示，不同处理对‘赤霞珠’果实外观品质的影响主要体现在横径、果梗和穗质量上，均为FI最大，显著高于水分亏缺处理A、B、C，达到极显著水平，处理C除粒质量与其他处理无显著差异外，其他外观品质指标均显著小于其他处理。与FI相比，处理D除横径和穗质量显著减小外，其他指标均差异不显著。处理A、B、C、D穗质量分别比FI减少 7.65%、14.04%、26.99%和13.42%，表明生育期水分亏缺对穗质量有消极影响，如果是浆果膨大期干旱胁迫，极显著降低穗质量。亏水处理对果穗长度有抑制作用，处理C的穗长显著降低，说明浆果生长期水分胁迫作用达极显著水平，表明干旱处理的时机和时间与产量形成因素密切相关。

由表4可知，浆果膨大期亏水处理的产量最低，较FI处理减少29.6%，与其他处理间差异显著，FI处理的产量最高，其次是新梢生长期、转色成熟期和花期进行干旱处理的3个试验组，产量居中，组间差异不显著，基本能维持产量。和充分灌溉相比，转色前干旱处理产量显著降低，转色后水分亏缺造成的减产不显著，原因可能是在植株重要的营养器官形成时期，限制水分供应会抑制植物的营养器官生长发育，直接造成光合产物减少。转色前由于‘赤霞珠’葡萄的生理特性，果实生长期较长，此时进行水分亏缺的程度过大，植株缺水时间过长，即使复水也不能弥补干旱造成的危害，故而影响最终的果实产量。

水分利用效率(WUE)是产量与耗水量的比值，用以反映单位水的生产能力，WUE越大，说明植株节水能力越强[15]。结合耗水量数据分析发现，处理C的WUE显著小于其他处理，其中比充分灌溉低18.27%，其他处理间差异不显著；处理D的WUE大于FI，表明转色后进行干旱胁迫处理能提高水分利用效率。

表4 不同灌溉处理下果实的外观品质

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。

Note：Different letters in the same column mean significant difference(P<0.05)，upercase letters represent extremely significant difference(P<0.01).The same below.

2.4 不同灌水处理对果实理化特性的影响

由表5可知，处理C含糖量最低，比充分灌溉(185.51 g·L-1)降低5.1%，其他处理间差异不显著，处理D较FI增加7.8%，说明处理D有利于提高葡萄的总糖质量浓度。处理A的总酸(以酒石酸计)质量浓度最高，较FI增加11.1%，差异显著，可能与‘赤霞珠’前期水分亏缺限制植株营养生长有关；处理D比FI低4.0%，说明着色成熟期进行水分亏缺处理能降低葡萄酸度。处理C可溶性固形物的质量分数最小，与FI相比降低2.4%；处理D最大，比FI增加6.4%。

单宁决定酿酒葡萄的风味、结构、质地，主要来源于葡萄皮、葡萄梗和葡萄籽[14]。亏缺灌溉可以增加果皮及种子中的单宁质量分数，但是果皮中处理A和C与FI差异不显著，处理B、D的单宁分别增加12.89%和13.78%，其中处理D最高，达到5.12 mg·g-1。‘赤霞珠’葡萄果皮的4个调亏灌溉处理均增加单宁质量分数，具体表现为D>B>A>C>FI，除处理C外，FI与其他处理差异均显著。花色苷是葡萄的主要显色物质，同时具有一定的生理活性，处理A、B、C、D较FI分别增加13.34%、8.77%、12.12%和30.30%，说明水分亏缺对花色苷影响显著。酚类物质与葡萄及所酿葡萄酒的风味密切相关，如表5所示，各个亏水处理的酚类物质质量分数均显著高于FI，其中处理D和C最高，B、A次之，分别较FI提高26.11%、15.28%、8.77%和7.39%，这对改善葡萄酒的风味有重要意义。

表5 不同灌水处理下果实的理化特性

3 结论与讨论

调亏灌溉的土壤含水量有一定的影响，表现为调亏灌溉在调亏生育期的土壤含水量低于其他处理，尤其在0～40 cm差异明显。耗水强度在全生育期表现为先增大、后减小的趋势，说明葡萄在生育期早期(新梢生长期和花期)需水量最小，果实膨大期需水量最大，与耿琳等[16]研究结果一致。调亏灌溉对耗水强度影响大，表现为调亏处理的耗水强度都较低，并且对调亏后下一个生育期的日耗水强度也有影响。浆果生长期水分亏缺处理在转色成熟期的耗水强度显著高于其他处理，耗水指标未表现出补偿效应。

亏缺灌溉能提高葡萄的品质，不同时期进行亏缺灌溉，对品质的影响程度也不同[17]。浆果生长期是‘赤霞珠’生长的关键时期，耗水强度大(2.67～3.84 mm·d-1)，耗水模数接近50%，该时期亏水导致显著减产，还原糖和可溶性固形物分别降低5.1%和2.4%。造成WUE明显降低，与刘静霞等[18]、张振文等[19]的研究结果相近。处理A和处理B虽然有一定程度的减产(7.2%、10%)，但是WUE与FI的相比差异不显著。转色成熟期进行水分亏缺，可以在不显著降低产量的条件下改善葡萄品质，提高WUE，与充分灌溉相比，这种调亏方式能减少产量和植株生长，但能够促进浆果和葡萄酒的品质，与Santesreban等[20]研究结果一致。但也有学者认为调亏灌溉并不会降低产量，主要是在重新灌溉后植株获得补偿效应[21]，复水后同化能力增强，光合产物向经济性状转移，显然，确定调亏灌溉时期及合理的阈值范围才能决定最终的效果。

单粒质量和纵横径均为最小，说明果实膨大期是葡萄的需水临界期，该时期的调亏处理使作物严重减产，与充分灌溉相比有显著差异，即使此时期耗水总量最小也难以改变其WUE最低的事实。此外，浆果生长期水分亏缺处理导致‘赤霞珠’含糖量和可溶性固形物降低，可滴定酸质量浓度提高，对葡萄品质产生消极影响，在栽培管理中应引起足够的重视。转色成熟期水分亏缺可使含糖量和可溶性固形物增加，降低含酸量[22]，虽然较充分灌溉减产6.8%，但是WUE提高，综上可知，浆果膨大期亏水会造成不良影响，转色成熟期亏水是较优良的水分调控策略。

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