淹水对采收期赤霞珠葡萄主干茎流规律及品质的影响

胡宏远，耿康奇，张晓煜，王 静，李红英

（1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏 银川 750002；2.宁夏气象科研所，宁夏 银川 750002；3.宁夏大学 生命科学学院，宁夏 银川 750021）

0 引言

随着全球气候变暖，极端天气事件频繁发生，西北地区降水量有明显增多趋势［1］。贺兰山作为我国干旱与半干旱大陆性气候的分界线，其狭管效应和喇叭口地形双重作用使贺兰山主峰东南侧成为强降水易发区，导致贺兰山东麓是宁夏暴雨高发区之一［2］。近年来，宁夏贺兰山东麓产区暴雨频繁发生，据统计，2012、2014、2015、2016、2018年均发生了暴雨，导致葡萄园区发生了不同程度的洪涝灾害。其中，2016年“8·21”暴雨导致银川市贺兰山东麓涉灾的酒庄或种植户达23家，受灾面积370.67 hm2，其中：葡萄园过水面积98.67 hm2、葡萄园积水淤泥较重面积247.33 hm2、葡萄园冲毁倒伏面积24.67 hm2，造成园区设施损毁及部分葡萄园水土流失，直接经济损失约2218.12万元［3］。而2018年“7·22”暴雨，降雨量超过了2016年“8·21”暴雨的最大降水量，刷新了宁夏有气象观测记录以来的日降水量极值［4］。暴雨易导致贺兰山山洪发生，造成贺兰山东麓葡萄园不同程度受灾，引起葡萄园淹水进而造成涝害，不仅影响了酿酒葡萄的品质，造成了巨大的经济损失，更重要的是破坏了葡萄园的基础设施，甚至会摧毁葡萄园。气候变化大背景为暴雨发生营造了良好的气候条件，而贺兰山的独特地形特征为洪涝灾害的发生提供了基础地形环境条件。因此，山洪过境及葡萄园淹水势必是今后贺兰山东麓产区酿酒葡萄生产面临的极其重要的问题。

淹水易引起根系缺氧，造成根系活力显著下降、呼吸受阻，乙醇发酵的无氧呼吸作用进一步增强，导致根系生长发育受阻，甚至会出现根系窒息或中毒死亡的现象。土壤长期浸水导致出现缺氧，好气型细菌活力受到抑制，对矿质元素运输及养分供应不利［5］。淹水条件下，植物叶片叶绿素受到破坏，形态发生改变，叶片气孔关闭，叶肉细胞光合能力下降，从而导致净光合速率下降，随着淹水时间的增加，大多老叶、部分成熟叶片，甚至果实出现脱落，严重时导致植物凋亡［6］。目前，对于淹水胁迫方面的研究主要集中在小麦［7］、水稻［8］、玉米［9］、蔬菜［10］、烤烟［11］、苜蓿［12］、园林树木［13］等方面，在果树方面的研究主要集中在灾后补救措施［14］等。李艳［15］、丁慧芳［16］等采用盆栽方法研究了淹水对葡萄生长、根系生理及光合特性的影响，而针对淹水对成熟期酿酒葡萄主干茎流、浆果生长及品质影响的研究鲜为报道。

因此，本文在前人研究基础上，模拟田间淹水过程，探究了淹水对成熟期赤霞珠葡萄主干茎流、浆果生长及品质的影响，旨在摸清浆果内含物对淹水时间的响应特性规律，确定葡萄园淹水时间对赤霞珠葡萄品质影响的临界时间点，从而获得赤霞珠葡萄浆果品质各成分对涝害响应的时间指标，对葡萄园涝害发生后及时排水，浆果及时、适时采收具有重要的理论意义和生产应用价值。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021年在宁夏贺兰山东麓产区立兰酒庄进行，试验区位于贺兰山东麓永宁产区，供试品种为5年生赤霞珠葡萄，标准“厂”字整形，南北行向，株行距0.6 m×3.5 m，冬季为中、短梢修剪。

1.2 试验处理

选取5年生具有代表性的赤霞珠葡萄标准样（主干平均粗度40 cm、生长均一、无病虫害），处理前统一叶幕高度、定梢（每株保留12个新梢）。每个处理选取代表性植株10株，3次重复，随机选定3株赤霞珠葡萄，每株选取具有代表性的果穗3穗，在每穗上、中、下随机选取3个果粒，用记号笔标记横、纵径，挂牌标记，采用定点法进行测定。

选取收获期晴天（2021年9月23日）进行田间模拟淹水处理，灌水流速137.5 mL/s，灌水时间30 min，累计总灌水247.5 L，淹水高度10 cm，对照：不灌水处理，试验于7:30开始取样（CK），8:00开始处理，6个处理分别淹水3、6、9、12、24、48 h，采用定点法取样，采用茎流仪动态监测主干水分运输规律。

1.3 测定项目及方法

树干茎流测定：选取3株5年生具有代表性的赤霞珠葡萄，主干平均粗度40 cm，在距离地面40 cm处的树干阴面，安装SFMI探针式树干茎流仪（澳大利亚西澳大学），探针直径1.3 mm，长度35 mm，每个探针配备2个热电偶，配电装置为电池板和集成电池。系统每30 min采集1次数据，定期下载拷贝数据，集中分析。

果实形态指标：在不同处理时间，分别在选定标记的果穗上，用游标卡尺测定果实纵、横径，并用果实的纵径与横径之比计算果形指数。每个重复随机选取100粒果实，3次重复，分析天平称重，计算百粒重。

浆果品质测定：可溶性固形物采用折光仪法，还原糖采用菲林试剂滴定法，总酸的测定采用NaOH滴定法，单宁的测定采用福林丹尼斯法，花色苷的测定采用盐酸—甲醇提取比色法，总酚的测定采用福林酚法［17］。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 10.0软件进行数据处理及作图，不同处理之间的多重比较采用Duncan’新复极差方法。

2 结果与分析

2.1 淹水对采收期赤霞珠葡萄树干茎流规律的影响

由图1、图2可知，赤霞珠葡萄主干茎流速率、单株茎流量总体呈现出典型的昼高夜低的单峰“几”字型变化趋势，且存在明显的周期性。与CK相比，淹水处理赤霞珠葡萄主干茎流速率、单株茎流量启动时间缓慢、响应迟钝、变化平缓、峰值低、持续时间短，响应趋势总体推后3 h。在淹水处理和对照间均存在明显的夜间茎流，淹水处理存在周期性反向茎流的现象。其中，CK在8:00开始迅速响应，直至18:30开始下降，总体呈现波动且维持在较高水平，淹水处理开始一直存在反向茎流，直至上午10:30出现茎流，11:00时开始迅速响应，直至21:00开始下降，总体呈现缓慢波动且低于CK的趋势。

图1 淹水对采收期赤霞珠葡萄主干茎流速率的影响

图2 淹水对采收期赤霞珠葡萄单株茎流量的影响

2.2 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果农艺性状的影响

由表1可知，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果横、纵径总体呈现缓慢增加趋势，果形指数呈现下降且波动的变化趋势。其中，在处理9 h时，赤霞珠葡萄浆果纵径开始显著增加，而横径增加趋势不显著，直至淹水48 h时，横径相比CK达到显著水平。不同淹水处理下，果形指数均低于CK，各处理间差异不显著。随着处理时间的延长，赤霞珠葡萄百粒重总体呈现缓慢增加的趋势，从淹水9 h开始，百粒重变化幅度迅速增加。方差分析表明，在淹水48 h时，赤霞珠葡萄百粒重与淹水3、6 h及CK差异均达到显著水平，其他处理存在差异，但未达到显著水平。

表1 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果农艺性状的影响

2.3 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果品质的影响

2.3.1 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物的影响 由图3可知，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物含量总体呈现先升后降再升的波动趋势。其中，在淹水处理9 h时，赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物呈现显著下降趋势，直至处理48 h，可溶性固形物呈现显著上升趋势，相比CK恢复了103.66%。

图3 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物含量的影响

2.3.2 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果总酸含量的影响 由图4可知，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果总酸含量总体呈现先降后升再降的波动趋势，其中，在淹水处理9 h时，总酸含量显著低于CK，随后又开始显著增加，直至淹水48 h开始下降，相比CK恢复了91.19%。

图4 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果总酸含量的影响

2.3.3 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果花色苷含量的影响 由图5可知，随着淹水时间的推移，赤霞珠葡萄浆果总花色苷含量总体呈现先升后降再升的波动趋势。其中，在处理9 h时，总花色苷含量显著低于CK，且维持在较低水平，直至淹水48 h，总花色苷含量开始显著增加，相比CK恢复了111.33%。

图5 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果总花色苷含量的影响

2.3.4 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果单宁含量的影响 由图6可知，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果单宁含量总体呈现先降后升的趋势。其中，在淹水处理3 h时，单宁含量开始显著下降，在淹水处理9 h时，单宁含量降至最低，相比CK，下降了21.76%，随后单宁含量开始缓慢增加，淹水48 h时相比CK恢复了97.45%。

图6 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果单宁含量的影响

2.3.5 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果总酚含量的影响 由图7可知，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果总酚含量总体呈现先下降后缓慢回升的趋势。其中，在淹水3 h时，总酚含量开始显著下降，在淹水9 h时，总酚含量降至最低，相比CK，下降了24.36%，随后又开始缓慢增加，淹水48 h时相比CK恢复了90.60%。

图7 淹水对采收期赤霞珠葡萄浆果总酚含量的影响

3 讨论

茎流作为SPAC系统中重要的水分传输过程，反映了植物根系吸水的能力和植物蒸腾的强度，表征植物体内水分运移的动态变化，是衡量植物生理生态特征对周围环境变化的重要指标［18］。气象因子是影响茎流速率的关键因素。大气温度是影响苹果树茎流速率最关键的气象因子，太阳辐射是最直接的气象影响因素。此外，在高土壤含水量下，苹果树茎流速率与气象因子的相关性和敏感性高于低土壤含水量［19］。

本试验中，赤霞珠葡萄主干茎流速率、单株茎流量总体呈现昼夜交替的周期性变化规律，淹水处理导致赤霞珠葡萄主干茎流速率和单株茎流量响应敏感性下降、峰值降低、变化趋势整体推后近3 h，这可能与灌水导致土壤温度下降、根系吸收运输水分效率下降有关。不同处理间赤霞珠葡萄主干茎流速率和单株茎流量峰值存在差异，说明在处理前期，根系处于淹水胁迫环境中，赤霞珠葡萄由于自身保护调节机制，导致根系活性下降，出现主干茎流速率及茎流量下降的现象。随着淹水时间的延长，主干茎流速率及茎流量出现了缓慢回升，说明淹水处理在一定程度上抑制了根系活性，并未出现不可逆的迫害。淹水处理导致赤霞珠葡萄夜间存在明显且有规律的反向茎流现象，这可能与夜间赤霞珠葡萄蒸腾下降，淹水迫使根系处在逆境胁迫环境，根系因吸水效率下降形成反向水势差，出现反向茎流现象，形成夜间补偿流，补充根系水势差，从而恢复植物体内的水分平衡。周期性变化的反向茎流也说明整个处理过程导致赤霞珠葡萄处在胁迫条件，并未导致根系出现实质性的不可逆伤害，这可能与赤霞珠葡萄抵御环境胁迫自身调节机制有关。这与余逍等［20］的研究结果一致。

植物在淹水胁迫后，新陈代谢受抑制，生长势减弱，生物量减少，旱生植物对淹水胁迫反应更敏感，且地下部受抑制程度比地上部更为严重［21］。在过度灌溉条件下，特别是在浆果的膨大期将会导致“肿胀”现象发生，浆果内含物在过度灌溉的条件下，因稀释作用而导致含量下降［22］。

本试验中，随着淹水时间的延长，赤霞珠葡萄浆果纵径、横径及百粒重均呈现不同程度的增加趋势，淹水处理9 h后，变化幅度增大。淹水处理前期赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物、花色苷有所增加，这可能与前期淹水在一定程度上缓解了控水措施有关。自淹水9 h开始，赤霞珠葡萄浆果可溶性固形物、总酸、总花色苷、单宁及总酚含量均呈现不同程度的下降趋势，其中，单宁和总酚在淹水3 h开始出现下降趋势，但差异不显著，这可能与淹水后，水分开始输送至果实，在引起浆果“膨大”的同时，浆果内含物在水分稀释作用下，呈现下降趋势有关。这与娄玉穗等［23］的研究结果相同。随着淹水胁迫的进行，赤霞珠葡萄浆果内含物在下降的同时开始呈现缓慢上升趋势，说明淹水胁迫并未造成赤霞珠葡萄根系吸水作用的不可逆损伤。前期内含物的下降还可能与淹水引起赤霞珠葡萄光合受抑制有关，这与李艳等［6］的研究结果一致。

4 结论

淹水在一定程度上抑制了赤霞珠葡萄主干茎流速率和单株茎流量，导致其启动时间推后、响应敏感性下降、峰值降低、变化趋势整体推后近3 h，且在夜间存在明显的有规律的反向茎流现象，形成夜间补偿流，通过补充根系水势差，从而恢复植物体内的水分平衡。

赤霞珠葡萄浆果在淹水后9 h，其可溶性固形物、总酸、总花色苷、单宁及总酚含量均呈现显著下降趋势。淹水后48 h，浆果内含物含量总体恢复了9成以上，其中，单宁及总酚对淹水的响应更迅速，恢复更缓慢。建议葡萄园在淹水后9 h内或48 h后采收，对浆果品质的影响相对较小。