气象因子对山西省鲜食葡萄品质的影响

靳彦君，左小瑞，蒋文

（1.太原市小店区气象局，山西 太原 030032；2.山西省气候中心，山西 太原 030032）

葡萄是多年生落叶藤本科植物葡萄植株的果实，在世界范围内广泛种植，我国具有悠久的葡萄种植历史，在世界葡萄产业中占有重要的地位。但由于在生产优质果品上动力不足，葡萄产业规模发展受到阻滞。未来增强葡萄生产行业发展实力和竞争力的重要措施在于地区总体气候下对于不同产区小气候类型的识别以及对不同地块鲜食葡萄种类的鉴定和分配[1]。山西省地处大陆内部，离海岸较远，为暖温带大陆性季风气候类型。近年来,葡萄产量稳步增长，是山西省重要的水果之一。目前，山西当地的特色葡萄品种有龙眼、早黑宝、巨峰等。

我国葡萄产业中鲜食葡萄占有较大的比例，提高鲜食葡萄品质可为农民增收提供重要经济来源。目前，学界认为对鲜食葡萄品质影响较大的气象因素有三类：光照、温度和水分[2-12]。气象条件对葡萄产量的影响研究较多，多侧重于气象灾害对葡萄生产的影响，而气象因子对葡萄品质的研究也多局限于酿酒葡萄糖酸度和气象条件的关系[13-15]。果实综合品质方面的评价研究现已有很多，所涉及到的方法主要有主成分分析法[16]、层次分析法[17-19]、聚类分析法[20-21]、模糊数学法[22]。目前品质评价研究较多的果实有苹果、龙眼、柑橘等，而对鲜食葡萄研究较少，对山西省鲜食葡萄的研究更是缺乏。

山西省鲜有研究鲜食葡萄的气象指标集。本试验通过研究气象要素在葡萄各个生长期的变化对成熟果实品质的影响关系，得出对葡萄品质影响较大的气象因子、关键影响时段，通过测定分析山西省中南部不同品种鲜食葡萄品质与气象因子间的关系，筛选出影响鲜食葡萄品质的定量化气象指标，进一步界定适宜鲜食葡萄生长发育的光照、温度和水分条件，并建立鲜食葡萄品质评价模型，旨在更具有针对性地指导果农选择栽培方式、做好田间管理[23]，并将早、中、晚熟型葡萄品种搭配种植，丰富鲜食葡萄市场，实现鲜食葡萄的周年供应[24-25]。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试鲜食葡萄品种为早黑宝、巨峰、龙眼，其具体品种特性如表1所示。

表1 供试鲜食葡萄品种特性Tab.1 Characteristics of table grape varieties tested

1.2 试验方法

本试验5个鲜食葡萄栽培点选自山西省中南部的（西）马峪、清徐县、太谷县区、太原市小店区、文水县；且巨峰葡萄的栽培模式有避雨棚和露地栽培2种，早黑宝葡萄有避雨棚、温室大棚和露地3种栽培方式，龙眼葡萄有避雨棚和露地2种栽培方式。从葡萄开始萌芽直至葡萄成熟，逐日对葡萄萌发状态进行人工观察并记录每个栽培点各葡萄品种的物候期。对供试栽培点成熟的葡萄果实进行含糖量、可溶性固形物含量、总酸量、糖酸比、固酸比、着色均匀度、香气、风味测定。其中，感官品质的赋值标准如表2所示。

表2 鲜食葡萄感官品质指标赋值标准Tab.2 Evaluation criteria for sensory quality indexes of table grapes

相关气象资料取自所在县区的国家观测站气象观测资料、温室大棚配套农业试验站的小气候站观测资料[23]、供试站点邻近的区域气象自动观测站气象观测资料。其中，降水数据仅针对露地种植鲜食葡萄进行统计。温室大棚内对于日照相关的观测值是棚内有效辐射。通过利用统计软件对日照时数和棚内有效辐射进行回归分析并建立回归方程，将棚内有效辐射转化成对应的日照时数进行后续统计分析。

本研究从气象因子光、温、水作为切入点，对2020年山西省中南部多个供试鲜食葡萄栽培地进行逐日物候观测，并记录鲜食葡萄物候期。结合不同关键期葡萄生长状况，对选定研究区域内种植的葡萄成熟后的果实品质指标进行测定。对于风味、香气等非定量化指标实行专家测评打分法。收集整理对应鲜食葡萄生长期内的气象资料。

分生长阶段进行统计计算，而后对气象因子和鲜食葡萄果实品质指标进行相关性分析，建立鲜食葡萄果实品质与气象因子之间的关系，得出当地鲜食葡萄栽培的关键气象因子，并构建鲜食葡萄品质因子与气象因子的最优回归方程。运用主成分分析方法（Principal Component Analysis，PCA）对供试葡萄品质因子分析，进一步对葡萄品质进行评价，提取出能代表鲜食葡萄品质的主要因子。并对供试葡萄样本进行综合评分，探究最适宜于当地鲜食葡萄种植的栽培模式和栽培品种，为实际鲜食葡萄生产的选种、选育提供指导。

1.3 数据分析

试验采用SPSS 23.0软件进行主成分分析以及果实的综合评价。

2 结果与分析

2.1 鲜食葡萄物候期与品质指标分析

从表3可以看出，早黑宝萌芽最早且日期接近，早黑宝从萌芽到成熟日数为114～131 d。同一栽培模式下的巨峰葡萄从萌芽到成熟日数为114～136 d。龙眼葡萄从萌芽至成熟所需日数最长，为164 d。

表3 供试鲜食葡萄的物候期记录Tab.3 Phenological records of table grape

葡萄的品质指标数值在一定程度上综合起来可以反映出来葡萄品质的优劣程度。收集整理本试验中供试样本的品质指标如表4所示。

表4 供试鲜食葡萄果实品质指标Tab.4 Fruit quality index of table grape

从表4可以看出，巨峰葡萄在太谷县露地栽培模式下风味及着色评分较高。早黑宝在西马峪温室大棚栽培模式下含糖量最高；在太谷县露地栽培模式下可溶性固形物含量最高；在小店区避雨大棚栽培模式下平均果粒最大，温室大棚栽培模式下总酸量最低。龙眼葡萄在避雨棚栽培模式下着色更为均匀，风味更佳，平均穗质量、平均粒质量、含糖量、固酸比和糖酸比等指标在避雨棚栽培模式下都要优于露地栽培模式。

对本研究中选定的供试鲜食葡萄分品种进行标准差计算、变异性分析，得出定量化品质因子中，平均粒质量的变异系数最大，为28.94%，其次为固酸比，变异系数为20.08%。平均穗质量、可溶性固形物含量、含糖量等3个指标变异系数均小于10%，总酸量与糖酸比变异系数分别为18.62%与14.43%。由于着色均匀度、风味、香气为定性化的葡萄果实品质因子，导致变异系数较高。可以得出，不同鲜食葡萄品种的遗传特性差异较大，平均粒质量受多重因素影响明显，导致其变异系数最大；可溶性固形物含量、含糖量等指标变化幅度相对较小，是比较稳定的品质指标。

2.2 影响鲜食葡萄品质的气象因子分析

决定葡萄品质的主要因素是不同葡萄品种所蕴含的遗传学特征以及葡萄在发育成长过程中所受到的外界环境影响，品质优良的葡萄只有在生态条件适宜其成长的环境中才能够发挥出自身的优良品质。目前学界普遍认为，影响葡萄品质的气象因子为热量、降雨、光照、温差等[26]。

日光作为植株生长、进行光合作用的直接能量来源，具有其特殊的地位，对葡萄植株、浆果发育、果实品质的影响十分显著。研究在露地栽培及日光温室大棚设施栽培中，光环境与葡萄果实品质之间的关系，对实际生产具有一定的指导意义。光照在气象上的定量化指标有日照时数、光辐射量。在温室大棚栽培中，棚膜在一定程度上影响光质，削弱光照强度，在晴朗天气下，棚内光照强度仍能满足葡萄生长对光照强度的需求。郑晓翠等[4]对设施栽培的京蜜和早黑宝进行人工补光处理，结果表明，利用植物生长灯对葡萄植株进行定时补光，可以增加叶片干物质的积累，显著提高葡萄果实品质。

葡萄在全生育期的各阶段对水分的需求量是不断变化的。在萌芽期、新梢生长期、果实膨大期对根系供水需求量较大，开花期需水量降低，但根系供水量过低会导致开花坐果率显著降低，浆果着色期及成熟期对水分需求较低。成熟期适宜的水热条件有利于葡萄糖分的积累，提高葡萄品质。吕爱丽等[6]通过研究酿酒葡萄的气候适宜性，得出葡萄成熟期水分因子与葡萄糖分呈负相关，成熟期湿度也会显著影响葡萄果实糖度。

将13个供试鲜食葡萄样本整个生长期内8个气象因子的总值或者平均值与鲜食葡萄品质指标进行皮尔逊相关性分析，除平均穗质量、含糖量外，其他品质指标与气象因子之间均可建立显著性相关关系，相关系数较高、残差低，满足正态分布的条件，能够开展进一步的逐步回归分析。鲜食葡萄果实的品质受到平均气温、平均气温日较差、平均最高气温、平均最低气温、日照时数、平均湿度、累计降水量等多个指标的影响。

选取相关性达到极显著的气象因子，初步筛选影响葡萄果实品质的气象因子，并进行数据拟合，绘制拟合曲线。受到温度因子影响明显的品质因子有总酸量、平均粒质量、可溶性固形物含量、香气。

从图1可以看出，果实成熟阶段的平均温度和果实总酸量之间呈显著负相关（P＜0.01），经测定相关系数为-0.732，二者之间的关系可拟合成二次曲线，当平均温度小于23.8℃时，总酸含量随平均温度的增加迅速下降；当平均温度大于23.8℃时，总酸含量变化幅度减少。当热量条件达到一定程度之后，果实中酸类物质的产生和积累趋缓。

图1 总酸量与浆果成熟期平均温度线性相关分析Fig.1 Linear correlation analysis between total acid content and average temperature at berry maturation period

由图2可知，果实从膨大期直至完全成熟这一阶段的有效积温对果实平均粒质量和可溶性固形物含量有极显著性影响。果实膨大时段的有效积温以及每颗果实的质量之间呈显著正相关（P＜0.01），经测定相关系数为0.776。二者之间的关系可拟合为二次曲线，当果实膨大期累积有效积温低于100℃时，果实的平均粒质量随有效积温的增加而减小，当该值大于100℃时，果实的平均粒质量随有效积温的增加而迅速增加。

图2 平均粒质量与果实膨大期的有效积温线性相关分析Fig.2 Linear correlation analysis between average grain weight and effective accumulated temperature during fruit expansion period

由图3可知，果实膨大期的有效积温和可溶性固形物含量也呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.816，二者之间的关系可以拟合为指数曲线，在本研究所选样本中，果实可溶性固形物含量随有效积温的增加而增加。

图3 可溶性固形物含量与果实膨大期的有效积温线性相关分析Fig.3 Linear correlation analysis between soluble solid content and effective accumulated temperature during fruit expansion period

温度是影响葡萄生长状态的关键因子。在葡萄的全发育期内，温度对其发育的影响是多方面的，包括生产季有效积温、最暖月平均气温、浆果成熟期的温度变化及日较差，与温度有关的早霜及晚霜出现时间、冬季持续低温、年极端最低气温、温度升降的快慢、极限温度持续的时间等，都是对葡萄生命活动及浆果品质影响最大的温度因素。

受日照时长影响明显的品质因子为可溶性固形物含量。葡萄从萌芽期到成熟期，光强降低，坐果率减少，果实品质也会随之降低，光强影响葡萄同化作用和生长发育，进而影响果实的产量和品质。

由图4、5可知，在本研究所选样本中，果实平均粒质量随有效积温的增加呈指数形式增加。果实膨大期日照累计时数与鲜食葡萄果实可溶性固形物含量呈极显著性正相关（P＜0.01），相关系数为0.688，二者之间的关系可以拟合为二次曲线。成熟果实中可溶性固形物含量会随日照累计时数的增长而增加。果实膨大期是鲜食葡萄果实进行有机物累积的关键生长阶段，在这一生长阶段日照的及时有效补充，有利于葡萄中糖分和有机物的积累。

图4 平均粒质量与浆果成熟期的有效积温线性相关分析Fig.4 Linear correlation analysis between average grain weight and effective accumulated temperature during berry maturation period

图5 可溶性固形物含量与果实膨大期日照时数线性相关分析Fig.5 Linear correlation analysis between soluble solid content and sunshine hours during fruit expansion period

由以上分析可以得出，山西省中南部地区，气象因子对鲜食葡萄果实品质有显著影响，而且对应葡萄各生长期阶段的气象因子对葡萄果实品质的影响程度不同，通过对各气象因子之间进行线性相关分析发现：葡萄的品质指标与气象因子之间相关性显著，且各因子之间关系较为复杂，简单线性分析不能体现出气象因子对鲜食葡萄品质指标的多重综合影响。因此，结合当地气象观测资料，通过进行普查与多元回归分析，挑选出相关性显著，并通过0.01显著性检验的若干个因子，利用SPSS数据处理系统对所选取的影响因子进行多元线性逐步回归分析，并建立回归方程，如表5所示。

表5 品质指标与气象因子的多元线性回归方程Tab.5 Multiple linear regression equation between quality indexes and meteorological factors

从表5可以看出，萌芽期平均温度越高，浆果成熟期日照时长越长，对应平均穗质量越大，而浆果着色期平均湿度越低平均穗质量越大。回归方程中所选取的3个气象要素与平均穗质量相关性均未达到0.05显著性水平。究其原因，果实穗质量主要取决于葡萄品种的遗传特性、葡萄果实细胞的大小与数量。浆果着色期是葡萄内细胞分裂旺盛、有机物积累的重要时期，湿度较高在一定程度上影响了葡萄植株的光合作用和呼吸作用，抑制了有机物的积累和葡萄细胞的分裂。而在萌芽期较高的平均温度有利于促进葡萄萌芽，浆果成熟期较长的日照时数促进了葡萄果实糖分、有机物的积累。

葡萄果实平均粒质量与果实膨大期和浆果成熟期有效积温呈正相关。而浆果着色期有效积温的增加不利于平均粒质量的增长。特别是果实膨大期和浆果成熟期的累积有效积温与平均粒质量的相关性呈极显著。究其原因，应该是浆果膨大期和浆果成熟期，这2个时期葡萄果实细胞分裂生长速度要大于浆果着色期，因此，这2个时期内温度增高、热量积累会更有利于果粒的增长。

葡萄果实可溶性固形物含量与膨大期的有效积温、浆果着色期平均湿度呈正相关。果实膨大期有效积温与可溶性固形物含量之间呈极显著相关。膨大期的有效积温和浆果着色期的湿度条件是限制果实内可溶性固形物积累的重要因素。

葡萄果实含糖量与萌芽期平均温度、果实膨大期有效积温、浆果着色期平均湿度呈正相关。

葡萄果实总酸量与浆果成熟期平均温度之间呈显著负相关，成熟期平均温度越低总酸含量越高。而李记明等[26]、苏鹏飞等[27]研究证实，葡萄果实总酸量受栽培地域影响较小，酸的含量可能是由葡萄本身的遗传特性所决定。

葡萄果实着色均匀度与全生育期降水量呈显著负相关。降水量的增加意味着光照天数的减少，也会导致作物本身吸收的热量以及接受的光照强度有所减少。

葡萄果实浆果膨大期和浆果成熟期这2个时期葡萄果实细胞分裂生长速度要大于浆果着色期，因此，这2个时期内温度增高、热量积累会更有利于果粒的增长，成熟果实的果粒越大。

浆果着色期是葡萄内细胞分裂旺盛、有机物积累的重要时期，湿度较高在一定程度上影响了葡萄植株的光合作用和呼吸作用，抑制了有机物的积累和葡萄细胞的分裂。而在萌芽期较高的平均温度有利于促进葡萄萌芽，浆果成熟期较长的日照时数促进了葡萄果实糖分、有机物的积累。

2.3 鲜食葡萄果实品质评价

利用SPSS 23.0软件对鲜食葡萄品质因子进行简单双变量相关性分析，可知各品质因子之间存在一定的相关性。不同园区不同栽培模式下的鲜食葡萄品种果实品质难以简单地进行描述，需要对其品质指标进行综合评价。现运用主成分分析方法对供试葡萄品质因子分析。

对供试葡萄的品质指标进行标准化处理，再进行主成分分析方法，提取出来的前3个主成分，其中，第1主成分解释了原始变量总方差的37.529%，第2主成分解释了原始变量总方差的33.035%，第3主成分解释了总方差的12.2%。前3个主成分所包含的信息占总体信息的82.756%，可以较为完整地体现出品质因子的综合评价程度，符合分析需求。从特征向量矩阵中可以看出，第1主成分中所包含的主要信息有固酸比、糖酸比、总酸量、平均粒质量，说明总酸量相关指标在鲜食葡萄果实品质的评价中有非常重要的作用，将该项主成分归纳为内在口感品质；第2主成分所包含的主要信息有着色均匀度、风味、香气、可溶性固形物含量，将该项主成分归纳为外观风味品质；第3主成分包含的主要信息有平均穗质量、含糖量。

计算因子得分矩阵，构建因子得分函数如公式（1）、（2）、（3）所示。

第1主成分中，糖酸比、固酸比、平均粒质量占比较高，是鲜食葡萄的关键品质指标。优质的鲜食葡萄具有较高的糖酸比、固酸比，饱满的果粒。将第1主成分定义为品尝指标。第2主成分中，着色均匀度、风味、香气占比较大，将其定义为感官指标。第3主成分中，占据比例较大的分别是平均穗质量、含糖量，因此，将其定义为营养指标。

借助SPSS 23.0将权重设置为不同品种主成分的方差贡献率，结合主成分数据，按照表6中的加 权公式可构建出主成分综合得分F的数学模型。

表6 主成分综合评分Tab.6 Principal component comprehensive score

根据各品质指标因子得分系数的矩阵，构建出 3个主成分的综合得分函数表达式如公式（4）所示。

以公式（4）对供试鲜食葡萄样本进行综合评价，结果表明，太谷县露地栽培的巨峰葡萄得分最高，西马峪温室大棚栽培的早黑宝次之，而后是太谷县露地栽培的早黑宝。

供试样本中共有3个巨峰葡萄样本，露地栽培下的果实品质明显优于避雨棚栽培，究其原因是太谷露地栽培地平均温度高于另外两地，全生育期缩短也并未影响其果实中糖分、营养物质的积累；太谷县露地栽培的巨峰葡萄粒质量适中、含糖量较高、总酸量低，有更高的糖酸比和固酸比，风味佳。

供试样本中共有8个早黑宝样本，温室大棚栽培、露地栽培下的果实品质均较高，避雨棚栽培综合评价得分较低。综合评价得分高的样本，都有较高的含糖量、可溶性固形物含量，较低的总酸量，粒质量适中偏小，着色均匀等特点。

供试样本中共有2个龙眼葡萄样本，其综合评价得分均较低，说明龙眼葡萄遗传特性决定其品质较早黑宝、巨峰略差；避雨棚栽培下的样本含糖高、总酸量低，果实品质优于露地栽培，该品种更适合于避雨棚栽培。

3 结论与讨论

影响鲜食葡萄果实品质的因素诸多，本研究从光、温、水等气象因子条件作为切入点，对鲜食葡萄果实品质受气象因子影响程度进行研究，所选取的10个果实品质指标中有5个受到气象因子的显著影响。

本研究结果表明，鲜食葡萄关键生长期：果实膨大期、浆果着色期、浆果成熟期，这3个生长阶段对应的气象因子有累积有效积温、累计日照时数和平均湿度、平均温度，均对葡萄果实品质有极显著影响，全生育期累计降水量与葡萄果实总酸量呈显著负相关。鲜食葡萄果实品质指标受到多个气象因子共同交互影响。

平均粒质量受各生长阶段的有效积温影响明显，浆果膨大期和浆果成熟期内温度增高、热量积累会更有利于果粒的增长，成熟果实的果粒越大。而果实膨大期有效积温若低于100℃时，会较明显地抑制葡萄植株生命活动，可溶性固形物含量、总酸量都会明显处于较低水平。

浆果着色期湿度较大程度影响了葡萄植株的光合作用和呼吸作用，该阶段湿度大会抑制有机物的积累和葡萄细胞的分裂。而在萌芽期较高的平均温度有利于促进葡萄萌芽，浆果成熟期较长的日照时数促进了葡萄果实糖分、有机物的积累。

萌芽期平均温度、果实膨大期有效积温、浆果着色期平均湿度与果实含糖量呈显著正相关。浆果成熟期平均温度与总酸量之间极显著负相关，成熟期平均温度高于23.8℃时，总酸量会随该阶段平均温度的上升而明显增加。

全生育期降水量越多，着色均匀度越差。降水量的增加意味着光照天数的减少，也会导致作物本身吸收的热量以及接受的光照强度有所减少。

通过本研究可以发现，山西省中南部地区鲜食葡萄具有果穗大、果粒饱满、香气十足、风味优良等诸多特点。进行避雨栽培或温室大棚栽培可以在一定程度上减少果实中酸类物质的积累，提高固酸比和糖酸比，进一步提升果实品质。本研究确定的气象因子可以为山西省中南部地区鲜食葡萄区划、选定栽培方式提供有效的技术指导。

适宜的气象条件会促进葡萄果实中各种有机物质的积累，含糖量、总酸量都会上升。然而，综合评价得分高的供试样本鲜食葡萄并非具有最高的含糖量和总酸量，而是糖酸比较高时，风味更佳。

本研究中构建鲜食葡萄供试样本的综合评价得分函数，进一步评价本研究中所选样本品质的优劣，明确了山西省中南部鲜食葡萄优良品质排序前5的依次是太谷露地栽培巨峰、西马峪温室大棚栽培早黑宝、太谷露地栽培早黑宝、清徐温室大棚栽培早黑宝、马峪露地栽培早黑宝。综合3个鲜食葡萄品种来看，早黑宝品质最优，巨峰次之，龙眼最差。

根据综合评价结果可知，本研究中采样的5个县区，文水更适合避雨棚栽培早黑宝；清徐县、（西）马峪、小店区适合温室大棚种植早黑宝；太谷县露地栽培早黑宝、巨峰均有较高品质。巨峰葡萄最适宜栽培模式为露地栽培，早黑宝为温室大棚，龙眼为避雨棚。

本研究采用主成分分析法，对山西省中南部5个县区三类鲜食葡萄品种一共13个鲜食葡萄供试样本的10类果实品质指标进行研究，结果表明，主成分数量为3个，3个成分能够提供有关葡萄品质的82.761%信息量。综合分析得出，糖酸比、固酸比、风味、着色均匀度是鲜食葡萄果实品质评价的核心指标。

从分析结果也可知，山西省中南部鲜食葡萄主要产区的各项品质指标均较高，但不同栽培模式下不同品种的鲜食葡萄品质也有较明显的差异。栽培模式的差异导致葡萄生长的气候微环境存在较大差异，进一步影响了葡萄果实品质。造成不同品种品质的显著差别最大的原因来自葡萄的遗传特征。

已有学者研究发现，果实膨大期、浆果着色期温度过高或过低均对果实品质不利，这一阶段温度过高会导致葡萄着色不良，香气、风味变差。在本研究所采取的样本平均粒质量与果实膨大期、浆果成熟期的有效积温呈极显著正相关。说明在葡萄浆果成熟期阶段，山西省中南部的温度条件变化范围基本处于葡萄生态适宜区间。在葡萄果实生长中后期，提高有效积温会使平均粒质量有明显增加。本研究发现，提高浆果成熟期平均温度，果实总酸量会显著降低、风味也会显著提升。这与于飞等[10]的研究结论一致。浆果成熟期日照时数的增加也会促进可溶性固形物含量的提升，这与刘俊等[7]的研究结论一致。浆果成熟期平均温度、有效积温与葡萄香气呈正相关，这与温可睿等[28]的结论“凉冷环境有利于香气物质的产生”矛盾。经分析，葡萄香气物质形成除与温度因子有关外，还受到多种外界因素的共同作用，本研究中影响葡萄香气的限制因子应为浆果成熟期的平均最高温度，而非浆果成熟期平均温度、有效积温。

葡萄在作物类别上属于多年生藤本植物，仅进行1 a的作物观测，无论从取样的资料还是试验的稳定性来看，影响因素都比较多，试验结果的全面性和稳定性不是非常理想。本研究对农业生产具有一定指导意义，今后可在此基础上进行单因子控制，将田间水肥管理、土壤养分监测因素考虑进来，进一步完善研究结果。