覆盖处理对媚丽葡萄果实品质及土壤理化指标的影响

段鑫垚，高飞飞，韩 星，官凌霄，张 亮，李 华,2,3，王 华,2,3

(1西北农林科技大学 葡萄酒学院，陕西 杨凌 712100；2 陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100；3 国家林业和草原局 葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100)

酿酒葡萄果实品质是决定葡萄酒价值高低的关键因素。成熟果实的横纵径、百粒质量、可溶性固形物(Brix)、还原糖、可滴定酸以及酚类物质等指标均是葡萄果实品质的重要体现。这些物质的含量和平衡关系决定了葡萄的质量[1]。其中多酚类物质是葡萄次生代谢产物的重要组成部分，集中存在于果皮和果籽中，是反映葡萄及葡萄酒品质的重要指标[2]。多酚类物质不仅是葡萄酒的重要风味组成成分，还是葡萄酒具备保健功能的原因之一[3]。影响葡萄果实品质的因素有土壤条件、气候条件及葡萄园栽培管理方式等，其中覆盖栽培是一种绿色、可持续的栽培管理模式[4]。

地面覆盖能调节土壤温湿度，有效减少地表径流和水分蒸发，保持土壤水分，改善果园区域微环境，控制园地杂草，增强微生物代谢繁殖[5-7]。此外，覆盖技术还可以改善根系分布，调节树体生长，增加叶片叶绿素含量，进而增强果树的光合速率，提高果实产量，改善果实品质[8-9]。Singh等[10]研究表明，在不同种植方式和覆盖措施下，覆盖种植可提高芥菜的产量和品质。根据覆盖材料的不同，农田覆盖主要有有机物覆盖(如秸秆、谷草、树叶、畜粪)、砂石覆盖(泥砂、卵石)、化学覆盖(化学制剂)和地膜覆盖4类[11]。赵鹏等[12]的研究表明，将枝条和秸秆粉碎后分别覆盖在梨树树盘上，土壤有机质含量显著提高，且能使果实产量增加、品质改善。尹晓宁等[13]在苹果园中覆盖麦草、细河沙、黑色地膜，结果表明，覆盖处理可以保持地温，提高土壤含水量，改善区域微环境，促进树体枝条生长量。腐植酸类液态地膜除了对土壤养分有改良作用外，还可保温保墒，防止水分蒸发，促进根系发育，增强作物的抗逆性，提高果实品质[14-16]，而在相同的气候条件下，不同的土壤营养条件对葡萄品质的影响有很大差异[17-18]。目前，葡萄园覆盖研究多集中在行间生草和行间覆盖，而对行内覆盖研究报道较少。

基于此，本研究在陕西杨凌地区对媚丽葡萄园进行不同的行内覆盖处理，同时以清耕作为对照，行间为自然生草，分析不同覆盖处理对媚丽葡萄果实品质与土壤理化性质的影响，旨在为改善陕西关中地区葡萄品质、改进葡萄园栽培管理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2019年在陕西省杨凌区曹新庄盛唐酒庄葡萄试验园(北纬34°27′，东经108°08′)进行，试验地位于关中平原中部，属东亚暖温带半湿润半干旱气候区，海拔514 m，年平均温度12.9 ℃，年降雨量635 mm，无霜期211 d，年平均日照时数2 163.8 h，年总太阳辐射量480.79 kJ/cm2，土壤类型为土娄土。

1.2 试验材料

试验材料为2008年定植的酿酒葡萄媚丽(Vitisviniferacv. Meili)，株行距1.0 m×2.5 m，行长90 m，单篱架，单干双臂整形，长短梢混合修剪。

试验选用的塑料地膜为弘大塑业厂家的银黑双色地膜，宽1 m；可降解液态地膜购自陕西科瑞公司，又被称作乳化沥青，由基料为腐殖酸类大分子物质加悬浮剂、凝固剂及可供作物吸收的其他营养物质制成，是一种新型的环保土壤结构调理剂；碎枝条为媚丽葡萄1年生枝条粉碎而成的长度为2～3 cm片状碎屑。

1.3 试验设计

本试验供试覆盖材料为塑料地膜(PF)、可降解液态地膜(LF)、碎枝条(GB)。2019年3月份，将试验地分为3个区块作为3组重复，每个处理2行，每行200株葡萄，分别覆盖PF、LF、GB，覆盖宽度均为50 cm，其中可降解液态地膜稀释后使用(V(可降解液态地膜)∶V(水)=1∶10)，每公顷用量300 kg，碎枝条覆盖厚度为10 cm，以清耕作为对照。整个果实生长季中所有处理除果园地面覆盖外，田间栽培管理及水肥管理一致。葡萄果实转色后，监控成熟度，确定采收期，采收后测定其基本理化指标及果实品质相关指标。采收后采集一次行内表层(0～20 cm)土壤，去掉靠近路边的8株葡萄，按对角线取样，用直径4 cm土钻分别取表层土样，每个处理取6个点，混匀后去除小石块、植物残体及根系，风干、研磨，过孔径1 mm钢筛，测定土壤理化指标[19]。

1.4 测定指标及方法

果实采收后，在各处理中分别随机收集300粒葡萄果实，用电子游标卡尺测量纵横径，用电子天平测量百粒质量。取其中200粒葡萄果实取汁，参照《葡萄酒分析检验》[20]方法测定可溶性固形物、还原糖、可滴定酸含量，并计算成熟系数(M值，还原糖含量与可滴定酸含量的比值)。取其余100粒葡萄去掉果肉和种子，用蒸馏水洗净果皮，用吸水纸吸干果皮表面的水分后，参照GB/T 15038-2017方法测定果皮和葡萄籽中的总酚、总单宁、总类黄酮、总黄烷-3-醇以及果皮中的总花色苷含量[21]。采用流动分析仪测定土壤速效磷、铵态氮、全磷、全氮含量；用火焰光度计法测定土壤速效钾和全钾含量[22]。土壤pH值用pH计测定。采用TOC-L总有机碳分析仪测定土壤样品中的全碳、总有机质含量[19]。

1.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2017软件对试验数据进行统计；用IBM SPSS Statistics 21软件进行方差分析；采用Rstudio软件进行主成分分析和聚类分析，并用Duncan’s检验进行多重差异显著分析，利用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理对葡萄果实基本理化指标的影响

不同覆盖处理对葡萄果实基本理化指标的影响如表1所示。

表1 不同覆盖处理下葡萄果实的基本理化指标Table 1 Determination of fruit physicochemical indicators under different mulching treatments

由表1可知，GB处理葡萄纵横径、百粒质量均显著高于其他处理。CK处理葡萄的可溶性固形物含量为15.00%，与LF处理无显著差异，但二者均显著高于PF和GB处理。还原糖含量以GB处理最高，LF处理最低，二者均与其他处理存在显著差异。各处理的可滴定酸含量较CK均下降，其中PF下降幅度最大，达到14.24%。与之相对应的M值以PF处理最高，显著高于其他处理；各覆盖处理的M值均高于CK，表明行内覆盖能够提高葡萄果实的成熟度。

2.2 不同覆盖处理对葡萄皮、籽中酚类物质的影响

2.2.1 葡萄皮 由表2可知，PF与GB处理葡萄的葡萄皮总酚含量与CK之间无显著差异，但三者均显著高于LF处理。CK的葡萄皮总黄烷-3-醇含量显著高于各覆盖处理。与CK相比，各覆盖处理均显著提高了葡萄皮中的总花色苷和总类黄酮含量。其中覆盖方式对葡萄皮总花色苷含量的影响最大，各处理之间均具有显著差异，4个处理依次表现为LF>GB>PF>CK。此外，PF处理的葡萄皮总类黄酮含量及GB处理的葡萄皮总单宁含量均显著高于其他处理。

表2 不同覆盖处理对葡萄皮中酚类物质含量的影响Table 2 Effects of different mulching treatments on content of phenolic substances in grape skin mg/g

2.2.2 葡萄籽 由表3可知，与CK相比，各覆盖处理均显著提高了葡萄籽中的总酚、总黄烷-3-醇和总类黄酮含量，且以GB提高幅度最大。葡萄籽总酚、总黄烷-3-醇含量在各处理间均有显著差异，且均表现为GB>LF>PF>CK。总类黄酮含量以GB处理最高，LF处理次之，二者之间无显著差异，但均显著高于PF处理和CK。总单宁含量以CK最高，显著高于其他处理。综上可知，覆盖处理能够显著提高葡萄籽中的总酚、总黄烷-3-醇和总类黄酮含量，并显著降低单宁含量。

表3 不同覆盖处理对葡萄籽中酚类物质含量的影响 Table 3 Effects of different mulching treatments on content of phenolic substances in grape seed mg/g

2.3 不同覆盖处理对葡萄园表层土壤理化性质指标的影响

由图1可知，各覆盖处理均可显著增加葡萄园表层土壤全氮含量，其中以GB处理最高，显著高于其他处理，其余处理依次表现为PF>LF>CK。土壤铵态氮含量也以GB处理显著高于其他处理，其余处理依次表现为LF>CK>PF。各覆盖处理显著增加了表层土壤的全磷含量，其中以LF处理最高，其余处理依次表现为GB>PF>CK。速效磷含量和全钾含量在各处理间均无显著差异。速效钾含量以LF处理显著高于其他处理，其余处理间无显著差异。各处理全碳含量与总有机质含量均无显著差异。地面覆盖可以显著增加表层土壤的pH值，各覆盖处理的pH值均在7.1～7.6，4个处理依次表现为LF>GB>PF>CK。综上可知，与CK相比，覆盖处理可显著提高土壤全氮、全磷含量及土壤pH值，而对全钾、速效磷、全碳和总有机质含量无显著影响。

图1 不同覆盖处理对葡萄园表层土壤基本理化性质的影响Fig.1 Effects of different mulching treatments on basic physical and chemical properties of topsoil in vineyard

2.4 基于主成分分析与聚类分析评价的不同覆盖处理对葡萄果实品质及土壤理化性质的影响

为了进一步分析葡萄园地面覆盖对葡萄果实品质及土壤理化的影响，对果实花色苷、可溶性固形物、还原糖、可滴定酸、单宁以及土壤pH、氮、磷、钾等22个指标进行主成分分析，结果如图2所示。图2-a显示，特征值>1的2个主成分PC1(87.44%)和PC2(11.81%)的累积贡献率为99.25%，说明这2个主成分能充分反映原始数据的大部分信息，可以达到降维的目的。除葡萄籽总单宁外的所有指标均位于PC1正半轴，表明其与PC1呈正相关关系。除葡萄籽总单宁、还原糖、葡萄皮总酚外，大部分指标位于PC2正半轴，表明其与PC2呈正相关关系。此外，PCA分布图(图2-b)显示，各处理组可以明显区分开，表明各处理之间均有显著差异。

图2 不同覆盖处理葡萄果实品质与土壤理化性质主成分分析的因子载荷图(a)与分布图(b) Fig.2 Factor load diagram (a) and PCA distribution map (b) of principal component analysis on grape fruit quality and soil physical and chemical properties under different coverage treatments

通过热图聚类分析不同覆盖处理对果实品质及土壤理化性质的影响，结果如图3所示。图3表明，不同覆盖处理葡萄的品质指标和土壤理化性质指标可以分为5类：第Ⅰ类为葡萄皮总酚、还原糖、葡萄籽总单宁、葡萄皮总黄烷-3-醇；第Ⅱ类为葡萄皮总类黄酮、M值；第Ⅲ类为葡萄籽总酚、葡萄籽总黄烷-3-醇、葡萄籽总类黄酮、pH、全磷、速效钾、葡萄皮总花色苷；第Ⅳ类为全氮、葡萄皮总单宁、全钾、铵态氮；第Ⅴ类为可溶性固形物、可滴定酸、速效磷、总有机质、全磷。其中，第Ⅰ类指标以CK与GB处理高于PF与LF处理，第Ⅱ类以PF与GB处理高于CK与LF处理，第Ⅲ类指标与第Ⅴ类均以LF、GB处理高于CK、PF处理，而第Ⅴ类指标以PF、LF、GB处理均高于CK。覆盖方式分为4类：第Ⅰ类为CK，第Ⅱ类为PF，第Ⅲ类为LF，第Ⅳ类为GB，其中GB处理组得分高于其他处理，总体表现为GB>LF>PF>CK。

CK1、CK2、CK3代表CK处理的3组重复，PF、LF、GB同理；颜色深浅代表各成分标准化后含量的高低 CK1,CK2 and CK3 represent three groups of repetitions processed by CK,the same for PF,LF and GB.Color represents the content of each component after standardization图3 不同覆盖处理葡萄果实品质与土壤理化性质指标的聚类分析结果Fig.3 Cluster analysis of grape fruit quality and soil physical and chemical properties under different mulching treatments

3 讨论与结论

地面覆盖能有效提高低温季节地温，促进葡萄生长成熟和养分转化，保墒节水，从而提高葡萄果实的大小、质量和可溶性固形物含量，改善葡萄品质[23-25]。杨凯等[26]对玉露香梨的覆盖研究表明，地布覆盖处理香梨的单果质量、果肉硬度和可溶性固形物含量均最大；秸秆覆盖处理的果形指数最大，酸度最小。本试验结果表明，与CK相比，GB处理能够提高葡萄果实的果粒大小和百粒质量，覆盖处理均能显著降低葡萄浆果中可滴定酸含量，进而增加成熟系数(M值)，表明行内覆盖能够提高葡萄果实的成熟度，与前人研究结果[27]一致。酚类物质是葡萄果实的重要品质成分之一，也是葡萄酒骨架的重要成分，决定着葡萄及其葡萄酒的涩味、苦味和抗氧化性能[28]。Xi等[22]研究表明，葡萄园生草能够增加浆果中的总酚类物质。董灵江等[29]发现，地面覆盖可以改善果园中下部的光照条件。张艳艳等[30]、罗玲等[31]研究发现，地面覆盖可提高葡萄叶片叶绿素含量，进而通过增强光合作用来促进葡萄转色、提高果实品质及产量。本试验结果表明，覆盖处理显著提高了葡萄皮中的总花色苷和总类黄酮含量与葡萄籽中的总酚、总黄烷-3-醇和总类黄酮含量，LF处理和GB处理还显著提高了葡萄皮中的总单宁含量。

研究发现，在地面覆盖有机或无机材料，可改善土壤的保水持水能力，提高土壤酶的活性[32]，改善土壤结构，优化浅根、侧根的发育条件，增加了根系密度和生长量[33]。刘小勇等[34]研究表明，地面覆盖可显著降低土壤体积质量，增加土壤孔隙度，从而提高土壤通透性，有利于果树根系的生长。研究表明，覆膜与生草可在短期内提升土壤养分，提升C/N[35-37]。本试验结果表明，覆盖处理可显著提高土壤全氮、全磷含量及土壤pH值，而对全钾、速效磷、全碳和有机质含量无显著影响，这与前人的研究结果[31]基本一致。冬剪枝条中含有丰富的氮、磷、钾等元素及生物质能源[38]，枝条还田可为土壤微生物提供丰富的碳源、能源、无机离子等，有利于微生物的繁殖[33]，促进有机物的分解，进而提高土壤养分含量[7]，并能降低地表蒸发，改善土壤含水量[39]，最终改善浆果品质。在本试验中，与CK相比，碎枝条覆盖处理(GB)的表层土壤全氮、全磷、全钾、铵态氮、速效磷、速效钾含量均有所提高，这与罗玲[40]的研究结果一致。

本试验结果表明，与CK相比，覆盖处理不仅能够提高葡萄果实成熟度及葡萄皮中的总花色苷和总类黄酮含量与葡萄籽中的总酚、总黄烷-3-醇和总类黄酮含量，而且可提高土壤全氮、全磷含量及pH值。其中以GB处理效果总体最好。综上可知，地表覆盖可以有效改善陕西关中地区媚丽葡萄园土壤的理化性质，提高葡萄果实的品质，而枝条粉碎还田是最好的覆盖方式之一。