水分胁迫对河西荒漠绿洲区酿酒葡萄水分利用及产量的跨年度影响

汪精海， 张 芮， 李 广， 戴文渊

(1.甘肃农业大学 水利水电工程学院， 甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学 林学院， 甘肃 兰州 730070； 3.甘肃农业大学 资源与环境学院， 甘肃 兰州 730070)

近年来，随着人们生活水平的不断提升，对于葡萄酒的需求逐年稳步提升，而酿酒葡萄种植作为葡萄酒产业的基础性支柱，其健康发展对于酿酒葡萄产业至关重要[1-2]。甘肃省河西地区昼夜温差大，是种植酿酒葡萄的“黄金地带”(北纬30°—50°)[3]，然而该地区属于干旱荒漠绿洲区，其酿酒葡萄主产区武威市凉州区多年平均降雨量仅为160 mm，而年均蒸发量是降水量的15.8倍，水资源严重短缺的现状制约了区域葡萄酒产业的发展[4]。因此，在该类区域上进行高效节水灌溉技术(滴灌等)和不同灌水水平条件下酿酒葡萄耗水规律、产量和水分利用效率研究，对于制定科学合理的节水高效灌溉制度(模式)和实现酿酒葡萄产业的可持续发展具有重要科学意义。国内外学者对酿酒葡萄耗水规律及产量研究方面已有大量报道，郑睿等[4]研究表明土壤含水率是影响葡萄植株液流的最主要环境因素，灌水前后葡萄液流差别很大，对葡萄日耗水强度(DWC)影响显著；其他学者也证实不同水分处理对酿酒葡萄DWC影响很大，且DWC与生育期总体规律表现为果实膨大期DWC> 着色成熟期DWC>开花期DWC>新梢生长期DWC>萌芽期DWC[1-3，5-6]。但也有研究表明不同生育期水分胁迫会导致葡萄日耗水强度最大时段出现的时期不一致，转色前水分亏缺的灌溉处理的DWC最大时段为果实着色成熟期，而其他生育期胁迫处理的DWC最大时段为果实膨大期[7]。在产量研究方面，水分胁迫并不一定会导致产量下降，在早期适时、适度的水分亏缺能够使作物有一定的增产效果[7-8]，同时提高水分利用效率[9-10]。孔维萍等[11]研究表明萌芽期适度亏水有利于提高延后栽培葡萄产量和水分利用效率，Permanhani M等[12]和许健等[13]表明适度亏水能提高葡萄水分利用效率。房玉林等[14-15]，惠竹梅等[16]在花后30 d至成熟期结束对酿酒葡萄进行调亏灌溉，对葡萄的粒径及产量没有显著性影响。苏学德等[17]进行不同灌水处理对葡萄(克瑞森)产量等影响的研究，表明随灌溉水量的增加，葡萄产量会有所增加；张芮等[18-19]研究表明，在果实膨大期对设施延后栽培葡萄进行水分胁迫，会显著降低葡萄产量及水分利用效率。

综上所述，不同时段进行水分亏缺灌溉对葡萄耗水和产量的影响是不同的[20]，已有研究结论也并不完全一致，产生差异的原因是所设置的水分胁迫程度和胁迫时间不一致，且其研究成果大部分都是一个年度水分胁迫试验的结果，缺少跨年度的持续跟踪研究，不能全面反映酿酒葡萄水分消耗和对产量的影响规律。而葡萄是多年生的木本植物，对其持续进行水分胁迫，对产量及耗水规律的影响会产生叠加效应，而这正是目前研究的重点和难点问题。因此，本文从2015—2016年间连续2 a对酿酒葡萄梅鹿辄进行滴灌灌溉技术条件下不同生育期水分胁迫处理，研究其对酿酒葡萄的日耗水强度、产量和水分利用效率的影响，以期揭示水分胁迫对酿酒葡萄耗水规律及产量的跨年度持续影响效应，为河西荒漠绿洲区的酿酒葡萄节水高效灌溉制度和滴灌灌溉模式的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015—2016年在甘肃省河西走廊东中部武威市凉州区威龙葡萄2号基地(102°51′E， 37°512′N，海拔1 581 m)开展。该试验区属典型的大陆性干旱气候，多年平均降水量仅为164.4 mm，日照充足，年平均日照时间3 000 h以上，昼夜温差大。供试土壤质地为沙质壤土，土壤肥力均匀，地下水位埋深较深，为25～30 m。

1.2 供试材料

选用试验区当地主栽酿酒葡萄品种梅鹿辄(Merlot)，树龄5～6 a，南北行向，行距3.2 m，株距1.0 m，葡萄架式选择单臂篱架，沿葡萄行每隔7.5 m竖立水泥支柱，其上拉3道镀锌铁丝，葡萄架的高度约为1.6 m。

1.3 试验设计

采用单因素完全随机试验设计，将酿酒葡萄的生育时期划分为：萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期、着色成熟期这5个时期[8-9]。2个试验年度生育期起止日期及降水和气温情况如表1所示。每个生育期设2种水分胁迫水平，即土壤含水量下限为田间持水量的65%(轻度胁迫)和55%(中度胁迫)，以土壤含水量下限为田间持水量的75%为对照(充分供水)，所有水分胁迫处理只进行单生育期胁迫，即胁迫期之前或胁迫期结束后恢复正常供水(充分供水)；共设11个处理(表1)，每个处理3 次重复，共33个试验小区，每个小区面积为15.0 m×9.6 m，定植葡萄45株(3行葡萄)。土壤质地为沙质壤土，0—100 cm土层内的平均田间持水率和凋萎系数分别为36%(体积百分比)和12.6%，干容重1.35 g/cm3，土壤孔隙度为45%。试验区灌水采用滴灌技术，一行两管控制模式，滴头流量2.5 L/h，滴头间距25 cm。灌水定额为270 m3/hm2，当试验小区土壤含水量达到设定的土壤水分下限时，即进行灌水，用水表严格控制水量。

表1 酿酒葡萄生育期划分及其试验起止时间

1.4 测定项目和测定方法

(1) 土壤含水率测定。 采用RYGCM3000S型节灌数据采集系统(土壤水分传感器)进行定点土壤水分监测，同时采用土钻取土烘干法进行土壤含水率测定和校对。3个重复中每个小区都随机选择2个测定点，测定点位于葡萄定植行轴线外10 cm，并与相邻2株葡萄等距位置；测定深度为100 cm，每隔20 cm为1层，最后计算平均值。在酿酒葡萄整个生育期内，每隔7 d测定1次，萌芽期前、生育期节点、灌水前后及葡萄采收后加测。

(2) 日耗水强度(DWC)计算。 用水量平衡公式[21]计算得葡萄各生育期耗水量，再用某一生育期耗水量除以该生育阶段持续的天数，计算得日耗水强度[20]；

(3) 葡萄产量的测定 葡萄成熟采摘季节，按各小区单独收获，用电子秤称量各小区所有葡萄树果穗的质量，最后将其换算为标准产量。

(4) 水分利用效率(WUE)。计算 用葡萄产量(kg/hm2)除以全生育期总耗水量(m3/hm2)来计算。

1.5 田间管理

试验期间除人工补给灌水外，各处理的修剪、锄草、喷药等田间管理措施均保持一致；2015—2016年各处理的施肥量和施肥时间也相同，即每年度在酿酒葡萄萌芽期施尿素400 kg/hm2，果实膨大期尿素700 kg/hm2，复合肥1150 kg/hm2，果实采收后施钙镁磷肥1 750 kg/hm2。

1.6 数据分析处理

采用Excel 2008软件对数据进行处理，采用SPSS 19.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对酿酒葡萄日耗水强度的影响

从图1可以看出，2015年(第1个试验年)葡萄萌芽期各处理日耗水强度(DWC)与全年其他生育期相较而言最低，该时期日耗水强度值在0.13～0.33 mm/d之间；另外，处理T6(萌芽期中度胁迫)的DWC(0.13 mm/d)

与前两个生育期胁迫规律相同，在开花期水分胁迫的2个处理(T3和T8)的DWC值也都小于该阶段其他处理，且2015年开花期胁迫处理T8(DWC=1.57 mm/d)和T3(1.68 mm/d)显著低于CK(2.37 mm/d)；2016年T8(DWC=1.80 mm/d)和T3(1.83 mm/d)也显著低于CK(2.38 mm/d)，说明开花期水分胁迫也能显著降低葡萄日耗水强度。

进入果实膨大期日耗水强度达到最大，2个试验年度各处理DWC在2.27～4.42 mm/d之间，比开花期明显提高。2015—2016年T9(果实膨大期中度胁迫)的DWC

图1 2015试验年酿酒葡萄各处理日耗水强度

图2 2016试验年酿酒葡萄各处理日耗水强度

从单生育期水分胁迫结束后复水效果分析，2015年萌芽期水分胁迫处理T1和T6在新梢生长期恢复充分供水后，其耗水强度由胁迫期的0.18 mm/d和0.13mm/d依次迅速恢复至2.22 mm/d和2.21mm/d(图1)，略高于CK(2.20 mm/d)；新梢生长期胁迫处理T2和T7在开花期复水后，其耗水强度也升至2.31 mm/d和2.35 mm/d，与CK(2.37 mm/d)基本持平。同样，开花期胁迫处理T3和T8在下一生育期(果实膨大期)复水后，其耗水强度也由胁迫期的1.68 mm/d和1.57 mm/d迅速增加至4.10 mm/d和3.86 mm/d，与CK(3.99 mm/d)持平(图1)。与之不同的是，果实膨大期中度胁迫处理T10在着色成熟期恢复正常供水后，其耗水强度依旧显著低于CK处理(图1)；2016年，T10和T4处理在下一生育期复水后耗水强度依旧不高，也显著低于CK(图2)。

从水分胁迫跨年度影响效果分析，在葡萄萌芽时期，2015年只有水分胁迫处理T6和T1的DWC显著低于CK，其他非胁迫处理与CK之间差异不显著(图1)；但2016年(第2年定点试验)除了T6和T1的DWC显著低于CK外，T7，T8，T9，T10等中度水分胁迫处理的DWC也均显著低于CK(P<0.05)。另外，2016年新梢生长期除该时段水分胁迫处理(T2，T7)耗水强度显著降低外，T9处理也显著低于CK；开花期T7，T9，T10等处理耗水强度也都显著低于CK(图2)，这与上一年有所不同。

2.2 水分胁迫对酿酒葡萄产量的影响

从表2可以看出，2015年果实膨大期轻度胁迫处理(T4)和所有中度水分胁迫处理(T6，T7，T8，T9，T10)的产量显著低于CK，尤其是果实膨大期胁迫处理产量下降非常明显，其轻度(T4)和中度胁迫(T9)产量仅为8 820 kg/hm2和7 461 kg/hm2，比CK依次减产39%，49%(p<0.05)；其他生育期轻度胁迫处理(T1，T2，T3，T5)产量与CK之间不存在显著性差异。2016年中度水分胁迫处理(T7，T8，T9，T10)的产量依旧显著低于CK；另外，轻度胁迫T4产量也仅有11 175 kg/hm2，比CK减产24%(p<0.05)；与2015年相同，萌芽期轻度胁迫(T1)产量也达到最高，为15 306 kg/hm2，略高于CK，另外其他轻度胁迫处理(T2，T3，T5)比CK有小幅减产，但差异不显著。

2.3 水分胁迫对酿酒葡萄水分利用效率的影响

从表2可以看出，2015—2016年T1处理水分利用效率均达到最大值，依次为2.77 kg/m3和2.96 kg/m3，比CK依次提高5.9 %和9.5 %；另外T5处理在2个试验年水分利用效率也依次达到2.62 kg/m3和2.79 kg/m3，略高于CK。

2个年度试验结果不同的是2015年轻度水分胁迫处理(T3，T4)和所有中度水分胁迫处理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均显著低于CK(P<0.05)，而2016年只有T8和T10处理的水分利用效率显著低于CK。

表2 2015-2016 年不同生育期水分胁迫对葡萄产量及水分利用效率的影响

注：采用LSD法，同列数据后不同小写字母表示在p<0.05 上差异显著,“±数字”为标准差； T1—T5为轻度水分协迫处理； T6—T10为中度水分协迫处理。

3 讨 论

日耗水强度反映了作物在不同生育期内受灌溉、气象、农艺措施等各方面因素的综合影响。2015—2016年2个试验年度均表明，萌芽期日耗水强度最低(该期水分胁迫处理DWC在0.13～0.79 mm/d范围，非胁迫处理在0.28～1.23 mm/d之间)，这与萌芽期酿酒葡萄刚刚出土不久，气温较低，蒸腾作用及光合作用都比较弱有关；果实膨大期日耗水强度最大(该期水分胁迫处理DWC在2.67～2.84 mm/d，非胁迫处理高达3.86～4.39 mm/d)，该生育期是葡萄生殖生长最为迅速、气温相对最高的时期(表1)，也是葡萄需水临界期；其余生育期日耗水强度变化规律表现为着色成熟期>开花期>新梢生长期，这与孔维萍等[1]、邓浩亮等[2]、王永平等[5]、曾辰等[22]在酿酒葡萄耗水规律等方面的研究结论一致。

在酿酒葡萄萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期、着色成熟期这5个生育期进行水分胁迫，都会明显降低胁迫时期葡萄的日耗水强度，并且表现出水分胁迫越严重，日耗水量的下降越明显的规律(图1和图2)。这与纪学伟等[23-24]的研究结果保持一致。另外，在前3个短生育期(萌芽期、新梢生长期、开花期)胁迫复水后，酿酒葡萄耗水强度都会迅速恢复；如2015年新梢生长期胁迫处理T2和T7处理在开花期复水后，其耗水强度由胁迫期的1.40 mm/d和1.53 mm/d依次恢复至2.31 mm/d和2.35mm/d，与CK(2.37 mm/d)基本持平(图1)；2016年开花期胁迫处理T3和T8在果实膨大期复水后，其耗水强度也由胁迫期的1.83 mm/d和1.80 mm/d迅速增加至4.42 mm/d和4.30mm/d，与CK(4.38 mm/d)持平(图2)。但果实膨大期(生育期长达85 d左右，属于长生育期)中度胁迫处理T10在着色成熟期恢复正常供水后，其耗水强度(2015年为3.34 mm/d)依旧显著低于CK(3.75 mm/d)(图1)；2016年，T10和T4处理在着色成熟期复水后耗水强度也仅为2.47 mm/d和1.98 mm/d，仍显著低于CK(3.00 mm/d)(图2)。其主要原因是土壤水分胁迫会影响葡萄的光合蒸腾生理及水分代谢机能，中、短时期的轻度和中度干旱胁迫恢复供水后葡萄光合荧光参数、蒸腾速率能基本恢复到正常供水状态[25]；另一方面，葡萄萌芽期、新梢生长期、开花期属于营养生长的旺盛时期，胁迫复水后耗水强度可迅速恢复，甚至超过正常供水处理；而果实膨大期水分胁迫后，至着色成熟期恢复充分供水，葡萄耗水强度并没有恢复，其原因是着色成熟期复水后葡萄将进入落叶期，叶面积不再增加(甚至胁迫处理底部叶片较早出现枯萎，减少了有效叶面积指数)，因而耗水强度并未出现“复水恢复增长”效应，说明水分胁迫对葡萄耗水强度的影响与葡萄的生长期也紧密相关，即轻度和中度水分胁迫对酿酒葡萄各生育期耗水都有不同程度的抑制作用，且葡萄营养生长期的这种抑制作用在复水后会自动消除；但在葡萄生育后期胁迫复水后其抑制作用难以完全恢复。张芮[21]在2014—2016年所开展的设施延迟栽培葡萄耗水规律研究中也表明果实膨大期是鲜食葡萄的需水临界期，该生育阶段亏水显著降低设施鲜食葡萄耗水强度，且这种影响具有明显的后续效应，在着色成熟期复水后其耗水强度并未恢复到正常水平，这与本研究中酿酒葡萄的耗水规律基本一致。

尽管2 a连续定点试验均表明水分胁迫都会降低葡萄在胁迫期的耗水强度，但从跨年度分析，第2试验年(2016年)萌芽期T7，T8，T9，T10处理和新梢生长期T9处理及开花期T7，T9，T10等中度水分胁迫处理耗水强度也都显著低于相应时期CK值(图2)，说明上一年度新梢生长期、开花期、果实膨大期、着色成熟期等单个生育期中度水分胁迫都会影响次年度酿酒葡萄生育前期的耗水强度。

2 a的试验结果表明，萌芽期轻度水分胁迫(T1)可提高酿酒葡萄产量和水分利用效率(表2)，但该生育期中度水分胁迫(T6)对酿酒葡萄产量和水分利用效率的影响不显著，其研究结果与胡宏远[26]的研究成果一致；Williams等[27]和Conesa等[28-29]研究也表明轻度水分胁迫(60%～80%ETc)对葡萄产量、果穗重量和水分利用效率有利。另外，果实膨大期轻度胁迫(T4)和中度水分胁迫(T8)显著降低葡萄产量，这与马奇梅[6]、刘静霞等[30]等研究结果保持一致。着色成熟期轻度胁迫处理(T5)在不显著降低产量前提下，能达到较高的水分利用效率，这与Marinho等[31]、和Serman等[32]研究结果一致。

从水分胁迫对葡萄产量和水分利用效率跨年度影响分析，2015年开花期、果实膨大期轻度水分胁迫处理(T3，T4)和所有中度水分胁迫处理(T6，T7，T8，T9，T10)的产量都显著低于CK，而2016年度开花期轻度胁迫(T4)和萌芽期中度胁迫(T6)对葡萄减产的影响不显著(表2)。另外，2015年轻度水分胁迫处理(T3，T4)和所有中度水分胁迫处理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均显著低于CK，而2016年只有T8和T10处理显著低于CK，表明酿酒葡萄经历上一年(2015年)水分胁迫后，对其产生了明显的抗逆调节适应能力，在第2年进行轻度胁迫或短期的中度胁迫时其抗水分胁迫适应性增强，对葡萄产量和水分利用效率的影响逐渐削弱。

4 结 论

葡萄耗水强度与生育进程紧密相关。酿酒葡萄在萌芽期日耗水强度最低，新梢生长期—开花期逐步升高，到果实膨大期达到了峰值，2015—2016年日耗水强度达到了2.53～3.67 mm/d之间，是酿酒葡萄需水临界期。同时，在酿酒葡萄的所有生育阶段进行水分胁迫，都会降低葡萄日耗水强度，且胁迫程度越重、胁迫时间越长对耗水强度的影响越显著。

水分胁迫会对产量造成较大影响，应引起高度重视。萌芽期轻度水分胁迫能够提升酿酒葡萄的产量，同时也有利于提高水分利用效率；但果实膨大期轻度和中度水分胁迫会显著降低葡萄产量，在生产实践中该期应保持充分供水；着色成熟期轻度水分胁迫可在不降低产量的前提下小幅提高水分利用效率。因此，考虑产量和水分利用效率等综合因素，河西荒漠绿洲区最佳的灌水模式是萌芽期轻度水分胁迫(土壤含水量下限为田间持水率FC的65%)，其他生育期充分供水(土壤含水量下限为75% FC)；较合理的模式是着色成熟期轻度水分胁迫(土壤含水量下限为65% FC)，其余生育期充分供水(土壤含水量下限为75% FC)，上述2种模式均采用滴灌(2管1行)技术，灌水定额270 m3/hm2。

酿酒葡萄属于多年生植物，上一年度中度水分胁迫都会影响第二年生育前期(萌芽期—开花期)的耗水强度；同时，酿酒葡萄对水分胁迫具有一定的自我调节适应能力，水分胁迫对产量和水分利用效率产生的不利影响都会随着胁迫年度的推进而有所减弱。