光伏板对吐鲁番‘无核白’葡萄叶幕微气候、叶片质量及果实品质的影响*

董凯向，贾舟楫，高 展，褚佳瑶，周 龙，方海龙

（1 新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052）（2 吐鲁番高新农业科技示范园区）

近年来，全球气候变暖趋势越来越明显，高温强光等极端天气在我国葡萄生长季节频繁发生[1]，对葡萄的生长造成了逆境伤害[2]。吐鲁番作为我国最大的无核葡萄种植区，素有“火洲”之称，最高气温达49.6 ℃，远远高于葡萄产生日灼的温度，因此改善吐鲁番地区葡萄叶幕微气候，缓解其高温、强光对葡萄的伤害显得尤为重要。叶幕微气候指叶幕紧密表面及其内部的小气候条件[3]，它包括了光、热、温度、湿度等诸多对果树生长重要的气象因子[4]，叶幕微气候的变化，将导致果树生长发育产生差异[5]。刘敏等[6]研究遮阳网对酿酒葡萄微气候的影响时，发现遮阳网显著降低了葡萄叶幕温度、光照强度和光合有效辐射，并增加了叶幕湿度，改善了葡萄生长的叶幕微气候，遮阴后葡萄纵、横径，单果重均显著增加。李勃等[7]研究遮阳网对‘夏黑’葡萄叶幕微环境的影响时发现，和全光照相比，单层黑色遮阳网和双层黑色遮阳网均显著降低了葡萄叶幕的光照强度，遮阴后葡萄的叶长、叶面积、叶绿素含量均高于全光照条件。Dussi 等[8]研究遮阴对‘富士’苹果的影响时发现，15%遮阴处理下苹果灼伤情况仍较为严重，55%遮阴处理有效降低了灼伤。在研究改善葡萄生长环境方面，以往多采用遮阳网、温室等全部遮阴的形式[9-11]，采用光伏板对葡萄进行遮阴的形式尚未见报道。

葡光互补是集光伏发电、葡萄种植及农业技术为一体的光伏农业，采取双向管理运营，最大限度地利用当地土地资源和葡萄特色产业，棚架顶部通过光伏发电，棚架下面种植葡萄，并利用光伏支架对传统小棚架葡萄园进行架式改革，改善葡萄树体生境，推动葡萄产业转型升级。笔者以‘无核白’葡萄为试材，研究不同密度光伏板对‘无核白’葡萄叶幕微气候、叶片质量与果实品质的影响，以期找到适宜葡萄生长的光伏板密度，为葡光互补新型栽培模式在吐鲁番的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验地位于新疆吐鲁番市高昌区亚尔乡亚尔果勒村的吐鲁番现代农业科技示范园区（北纬42°56′，东经89°05′），属暖温带大陆性干旱荒漠气候，平均年降水量16.4 mm，平均年蒸发量2 837.8 mm，年日照时数3 200 h，年平均气温14.5 ℃，极端高温49.6 ℃，每年日最高气温高于35 ℃的天数100 d 以上，高于40 ℃的天数35～40 d，无霜期268 d。供试材料为7 年生‘无核白’葡萄，树体健康，树势中庸，葡萄园为沙质壤土，采用棚架栽培，东西行向，枝蔓方向为由北至南，采用常规水肥管理。

1.2 试验设计

葡光互补栽培用钢架来搭建葡萄棚架，钢架间左右相邻的2 个立柱之间的跨度为4.6 m，前后2个立柱之间的行距为4.1 m，架面的前后高度分别为1.7、1.9 m。2017 年3 月在钢架顶端安装光伏板，规格为0.9 m×1.64 m，设4 个遮阴梯度。如图1 所示，试验地设置为葡光互补栽培钢架未安装光伏板（CK）和光伏板间隔分别为1.5 m（C1）、1.0 m（C2）、0.5 m（C3）4 个处理，面积共0.67 hm2，传统的小棚架葡萄园表示为NEA，其架面高度一般为1.2～1.5 m。

图1 不同密度光伏板试验地分布情况

1.3 试验方法

1.3.1 不同密度光伏板下叶幕微气候的测定

于果实成熟期，使用TNHY-9 手持式农业环境检测仪对不同处理（C1、C2、C3、CK、NEA）采用定点定位观测方法，在前后2 个立柱之间的中线处每间隔3 m 选取1 个观测点，共选取5 个观测点，使每个处理的观测点均处在一条直线上，从10：00—20：00，每2 h 测定1 次CO2浓度、光照度和光合有效辐射等指标。在每个处理叶幕下方放置温湿度记录器，每隔1 h 记录1 次空气温度、相对湿度。

1.3.2 不同密度光伏板下叶片指标的测定

在果实成熟期，每个处理（C1、C2、C3、CK、NEA）沿着葡萄南北跨度的中线选择生长势相同、粗度基本一致的10 个新梢，用游标卡尺测量每个新梢第3 片叶的叶主脉长度和叶片宽度，每个处理另选择生长势相似的10 个新梢，摘取第3 片叶，用万分之一电子天平测量叶片重量，各处理在选择新梢时，均遵循在行间。每个处理架根、架中、架梢各随机选取10 片叶片，共30 片叶片，用叶绿素含量测定仪（SPAD-502）测定其叶绿素含量，并用红外测温仪（testo 830-S1）测定其叶面温度。每处理测定3 次，取其平均值。

1.3.3 不同密度光伏板下果实指标的测定

在果实成熟期，每个处理（C1、C2、C3、CK、NEA）选择生长势相近的10 株葡萄，每株葡萄在南北跨度的中线处选取1 穗葡萄，并用红外测温仪（testo 830-S1）测定其果面温度，在每穗葡萄南北两面的上、中、下部各取1 粒果实，每个处理共取代表性的果实60 粒，用游标卡尺测量果实纵、横径。每个处理以S 形分布随机设置5 个取样点，每个取样点选择生长势相近的2 株植株，每株树选取2 穗果实，用自封袋装好后贴上标签带回实验室，采用折光计法测定可溶性固形物（TSS）含量；采用酸碱滴定法测定果实中总酸含量。每处理测定3次，取其平均值。

1.4 数据统计

试验数据均使用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同密度光伏板对‘无核白’叶幕微气候的影响

不同密度光伏板的架设会对葡萄架面产生不同程度的遮阴，进而会对葡萄叶幕微气候产生一定影响。由表1 可知，不同密度光伏板下‘无核白’叶幕空气温度与对照差异显著，空气温度和光伏板密度呈负相关关系，即NEA＞CK＞C1＞C2＞C3，处理CK、C1、NEA 的空气温度均在42 ℃以上，CK、NEA 的空气温度均超过44 ℃，随着光伏板密度的增加，C2、C3 的空气温度均在40 ℃以下，比CK 分别降低了10.57%、12.45%。空气湿度和光伏板密度呈正相关关系，即NEA＞C3＞C2＞C1＞CK，NEA、C3、C2 和C1 的空气湿度分别比CK 增加了26.19%、23.42%、13.07%、1.36%。不同处理‘无核白’叶幕的光照强度为2.41×104～12.51×104lx，NEA 和CK 间无显著性差异，其他各处理与对照相比差异显著，光照强度随着光伏板密度的增大呈下降趋势，和CK 相比，C1、C2、C3 光照强度分别降低了6.84%、45.29%、80.74%。

表1 不同密度光伏板对‘无核白’叶幕微气候的影响

2.2 不同密度光伏板对‘无核白’叶片质量的影响

随着光伏板密度的增加，‘无核白’葡萄叶片的纵、横径，鲜叶重量均表现出先升高后降低的趋势。C2 处理的叶片纵、横径最大，与其他多数处理具有显著性差异，分别为123.94、152.37 mm，与CK 相比，分别增加了12.13%、12.23%。C2 和NEA处理鲜叶重量最大，分别为2.84、2.68 g，比CK 分别增加了8.81%、2.68%。‘无核白’叶片叶绿素含量随着光伏板密度的增大呈先升高后降低的趋势，但差异未达到显著水平，其中C2 处理的叶绿素含量最高，SPAD 值为33.36，比CK 增加了10.03%。叶面温度和光伏板密度呈负相关关系，CK＞C1＞C2＞NEA＞C3，C1、C2、C3 和NEA 处理比CK 分别降低了1.01%、2.97%、5.56%和3.13%（表2）。

表2 不同密度光伏板对‘无核白’叶片质量的影响

2.3 不同密度光伏板对‘无核白’果实品质的影响

随着光伏板密度的增大，果粒纵径呈先升高后降低的趋势，但差异均未达到显著水平。其中C2处理的果粒纵径最大，为19.90 mm，比CK 增加了1.17%。果面温度和光伏板密度呈负相关关系，即CK＞NEA＞C1＞C2＞C3，CK 果面温度最高，为40.43 ℃，C1、C2、C3 和NEA 处理分别比CK 降低了1.88%、4.77%、5.66%、0.59%。各处理可溶性固形物含量随着光伏板遮阴程度的增加差异显著，表现出先增加后减少的趋势，其中C2 处理的可溶性固形物含量最高，达到了20.00%，与CK 相比，增加了4.71%（表3）。

表3 不同密度光伏板对‘无核白’果实品质的影响

3 讨 论

3.1 不同密度光伏板对‘无核白’叶幕微气候的影响

叶幕微气候指叶幕紧密表面及其内部的小气候条件，具有范围小、差别大、稳定性好的特性[12]，架设不同密度的光伏板，会形成不同的叶幕微气候。本研究发现，随着遮阴程度的增大，叶幕空气温度降低，相对湿度增大，光照强度显著降低；全光照（CK）条件空气温度最高、相对湿度最小，光照强度最大。重度遮阴（C3）条件下，葡萄叶幕的空气温度最低、相对湿度变大，光照强度最低，与洪莉等[13]研究遮阴对甜樱桃光合特性影响时的结果一致，这可能是由于光伏板遮光直接导致光照强度降低，随着光照强度的减弱，叶幕温度降低，水分蒸发减缓，相对湿度增大。传统小棚架（NEA）条件下，葡萄叶幕的空气温度最高，相对湿度最大，与张海成等[14]研究板栗叶幕微气候时温度越高、湿度越小的结果不一致，考虑是因为传统小棚架虽然未架设光伏板遮阴，但因其自身架面低矮郁闭，葡萄种植过密，导致其通风透光性能较差，不易散热，叶片蒸腾所释放的水分不能及时散发，最终形成高温高湿的环境条件。

3.2 不同密度光伏板对‘无核白’叶片质量的影响

叶片是植物进行光合作用的重要场所，叶绿素是植物将光能转化为化学能的重要物质[15]。植物光合效率与叶绿素含量有密切关系，光照强度对叶绿素的影响作用显著[16]。本研究发现，叶绿素含量并非和环境因子一样与光伏板密度呈简单的线性关系，随着光伏板密度的增大，叶绿素含量表现出先升高后降低的变化趋势。中度遮阴（C2）条件下，‘无核白’葡萄叶绿素含量最高；重度遮阴（C3）条件下，叶绿素含量又开始下降，与梁曼曼等[17]在研究不同程度遮阴对核桃生长的影响时结果相一致，这可能是由于叶绿素合成酶的活性受光调控，

重度遮阴阻拦了过多的光能，不利于植物叶绿素的合成[18]。中度遮阴（C2）条件下叶绿素的含量最高，考虑有2 个方面原因：一方面可能是中度遮阴提高了葡萄的蒸腾拉力，促进了葡萄对N、Mg 等元素的吸收，提高了光合元素的合成效率，增加了叶绿素含量；另一方面可能是中度遮阴缓解了吐鲁番地区夏季高温强光对葡萄生长的抑制，降低了高温强光对叶绿体结构的破坏以及叶绿素合成酶的影响。

3.3 不同密度光伏板对‘无核白’果实品质的影响

不同密度光伏板对葡萄产生不同程度的遮阴，导致叶幕微气候产生一定差异[19-20]，进而影响葡萄果实品质[21]。葡萄果实品质以含糖量为主导因素，而遮阴会影响葡萄的干物质积累，从而对果实品质产生重要影响[22-23]。本研究发现，随着光伏板密度的增大，果实的可溶性固形物含量呈先升高后降低的趋势，中度遮阴（C2）条件下，‘无核白’葡萄可溶性固形物含量显著高于其他处理；重度遮阴（C3）条件下，可溶性固形物含量开始下降，这与彭鑫等[24]和韩忠明等[25]研究遮阴对草莓果实品质和铁线莲品质的影响中的结果相一致。这可能由于在吐鲁番地区，高温强光等极端天气已经成为了葡萄生长的限制因子[26]，高温强光损伤了‘无核白’葡萄光合机构活性，导致光抑制现象发生，中度遮阴（C2）条件改善了‘无核白’葡萄的叶幕微气候，缓解了高温强光所造成的光合效率下降，使其更加高效地获取光能，提高光合作用效率，产生更多的光合产物，果实品质也越好[27]；而重度遮阴（C3）条件阻拦了过多的光能，抑制了叶绿素的合成，进而降低了叶片光合效率，光合产物降低，使得输送到果实的碳水化合物减少，从而抑制了果实含糖量的积累[28-29]。

4 结 论

在吐鲁番地区采用葡光互补栽培时发现，随着光伏板密度的增大，叶幕微气候会出现空气温度和光照强度降低、空气相对湿度增大的现象。‘无核白’葡萄叶片质量、果实品质随着光伏板密度的增大表现出先上升后下降的趋势，在光伏板间隔为1.0 m（C2）条件下，叶片的纵、横径最大，叶绿素含量最高，果实可溶性固形物含量最高。因此在吐鲁番地区推广葡光互补栽培模式时，建议选择光伏板的间隔为1.0 m。