滴灌條件下水肥耦合對釀酒葡萄生長發育及果實品質的影響

史星雲，李 強，張 軍，金 娜，王 鑫，王多文，牟德生，徐珊珊

(1.武威市林業科學研究院，甘肅武威 733000；2.武威市林果業管理辦公室，甘肅武威 733000)

武威市地處河西走廊東端，具有種植優質釀酒葡萄得天獨厚的地理資源優勢和氣候資源優勢，截至目前，武威市釀酒葡萄栽培面積達1.73萬hm2，分別占全國和甘肅省栽培總面積的13%和84%，已成為全國釀造葡萄主產區之一。干旱少雨、光照強、蒸發量大、沙性土壤等特性為葡萄酒生產帶來優質生產條件，但傳統的大水漫灌和肥料的不當使用，不僅造成土壤水分和養分的浪費與流失，也帶來農業環境污染等問題[1]，加之本地區干旱缺水，合理的水肥管理勢在必行。

滴灌施肥技術不僅省時省力[2-3]，肥、水利用率高[4-6]，而且提高作物產量，改善品質[7-10]。目前，國內外學者關于葡萄水肥管理方面的研究較多，但大多研究灌溉(施肥)方式[11-13]、灌溉(施肥)時間[14-15]、灌溉(施肥)量[16-17]等對葡萄生長發育、產量品質、光合特性等方面的影響。近年來，也有學者相繼開展水肥聯合調控對葡萄生長、品質及產量的研究。Hani[18]通過對不同灌溉系統研究發現，滴灌系統可以提高葡萄產量和水肥利用效率，促進植株生長，改善果實品質。目前研究表明，設施滴灌條件下，合理的水肥調控對提高葡萄產量和改善果實品質等方面具有積極作用[19-21]；以田間試驗為基礎，采用二次通用旋轉設計，建立產量、品質與水肥因素之間的數學模型，得出對應的滴灌量和施氮、磷、鉀量[22-26]；膜下滴灌有利于提高水肥利用效率和光合作用效率，提高產量[27]。另外，郭紹杰等[28]發現，水肥因素對‘克瑞森無核’葡萄產量形成的貢獻不同，按影響大小順序依次是磷肥、氮肥、灌水、鉀肥；年灌水量6 000 m3·hm-2和氮磷鉀施肥量367.2 kg·hm-2時，葡萄產量最高。而這些研究大多集中在鮮食葡萄方面，而在釀酒葡萄方面鮮有報道。本研究以釀酒葡萄品種‘馬瑟蘭’為材料，采用田間小區作物栽培試驗，重點探討不同水肥組合對葡萄生長發育和品質的影響，為確定適合釀酒葡萄滴灌施肥的水肥組合及進一步認識葡萄水肥配比關系、指導水肥管理實踐提供理論依據，并為合理與精確調控水肥、實現葡萄的優質高產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試釀酒葡萄品種：‘馬瑟蘭’(VintisviniferaL. cv‘Marselan’)，定植于2007年，南北行向，長度88 m，株行距為1 m×2.5 m，單籬架，無主干多主蔓，扇形。供試肥料：尿素[w(N)=46%]、磷酸鈣[w(P2O5)=16%]、硫酸鉀[w(K2O)=50%]。試驗過程中葡萄抹芽、綁縛、摘心、副梢處理、病蟲害防治、除草等工序按照葡萄生產管理日歷進行。

2017年4-10月，試驗在甘肅省武威市林業科學研究院葡萄種植基地內進行(102°42′ E,38°02′ N)，海拔1 632 m。該地區屬于溫帶大陸干旱性氣候，氣象數據來源于武威市氣象局(表1)。土壤為砂質壤土，試驗開始前土壤的基本理化性質見表2。

表1 試驗地氣象條件Table 1 Meteorological conditions for experiment sites

表2 供試土壤基本理化性質Table 2 Basic physical and chemical properties of soil

1.2 試驗設計

設置水、肥兩個因素，試驗小區采用兩因素完全隨機設計。滴灌量與施肥量參考當地水肥一體化推薦值，以滴灌量(W：4 500 m3·hm-2)、施肥量(F：N-P2O5-K2O=320-240-420 kg·hm-2)為基礎，設置4個滴灌量水平(W1：4 500 m3·hm-2、W2：3 600 m3·hm-2、W3：2 700 m3·hm-2、W4：1 800 m3·hm-2)和4個施肥水平(F1：N-P2O5-K2O=320-240-420 kg·hm-2、F2：N-P2O5-K2O=240-180-315 kg·hm-2、F3：N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2、F4：N-P2O5-K2O=80-60-105 kg·hm-2)，共16個處理，即F1W1、F1W2、F1W3、F1W4、F2W1、F2W2、F2W3、F2W4、F3W1、F3W2、F3W3、F3W4、F4W1、F4W2、F4W3、F4W4，每個處理3次重復，共計48個小區，每小區88株樹，每行1個小區，即為1次重復。

采用文丘里施肥器進行滴灌施肥，設備主要有水源、水泵、旋翼式水表、壓力閥、施肥灌輸配水管道系統等。沿南北行向在葡萄植株兩側20 cm處各布設1 根滴灌帶。滴灌帶為直徑16 mm、滴頭間距50 cm的內嵌式圓柱形滴灌管，滴頭流量3.0 L·h-1，滴灌工作壓力為0.15～0.16 MPa。施肥分別在5個時期進行：萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期和果實轉色期，其中萌芽期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的40%、0%和0%；新梢生長期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的20%、45%和20%；開花期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的10%、20%和10%；果實膨大期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的30%、15%和30%；果實轉色期施入N、P2O5和K2O分別占總施肥量的0%、20%和40%；并按釀酒葡萄生育期需肥規律和需肥量追加硼、鎂、鈣等微量元素。全生育期共滴灌11次，其中萌芽期1次，新梢生長期3次，開花期1次，果實膨大期4次，果實轉色期2次。具體滴灌施肥方案如表3和表4所示。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 新梢生長指標 在新梢摘心前，對新梢長度及基徑(新梢底部1 cm處直徑)進行定期測量。每個小區選取長勢一致、樹體健康的12株葡萄，于2017-05-15開始，2017-06-05結束，每隔7 d對葡萄新梢長度及基徑進行測定，共測量4次。其中，新梢長度用鋼卷尺測量，新梢基徑用游標卡尺測定。

1.3.2 采樣標準及時間 以果實可溶性固形物質量分數不再增加作為成熟期標志。取樣時間為2017-10-08 8:00-10:00，每小區選取結果部位一致的果穗30串，采后保鮮立刻帶回實驗室，待處理。

表3 不同生育期施肥量Table 3 Fertilizer application rates at different growth stages kg·hm-2

表4 不同生育期滴灌量Table 4 Water rates at different growth stages m3·hm-2

隨機選取10串果穗，在每串果穗的上、中、下部共采10粒果實，總計100粒，用于果實單粒質量及縱橫徑的測量。將40粒果實壓碎取汁立即進行可溶性固形物和可滴定酸的測定；然后取20粒果實液氮速凍，-80 ℃保存，待液氮研磨后，用于還原糖質量分數測定；剩余40粒果實去籽及果肉，果皮-80 ℃保存，待液氮研磨后，用于總酚、單寧和總花色苷測定。隨機選取10串果穗，在每串果穗的上、中、下部各采摘10粒果實，用于果皮色澤的測定。

1.3.3 果實形態指標 每個重復選取100粒果實用臺秤稱質量，計算其單粒質量；然后用游標卡尺測定果實縱、橫徑，并用果實的縱徑與橫徑之比描述果形指數。

1.3.4 果皮色澤參數 采用CR-400色彩色差計(CHROMA METER CR-400，KONICA MINOLTA, INC.，Japan)直接測量L*、a*、b*的值，每粒果實2次，取平均值作為果實果皮色澤參數值。其中L*值表示亮度，絕對值越大表示亮度越高；a*值表示紅綠色度，為正代表紅色，為負代表綠色，絕對值越大表示顏色越深；b*值表示黃藍色度，為正代表黃色，為負代表藍色，絕對值越大表示顏色越深[29]。

1.3.5 果實品質 對可溶性固形物采用手持糖量計法(PAL-福，ATAGO，Japan)進行測定；對還原糖采用斐林試劑比色法[30]進行測定，以葡萄糖計；對可滴定酸采用NaOH滴定法[31]進行測定，以酒石酸計；糖酸比為還原糖與可滴定酸含量之比。

1.3.6 果皮酚類物質 對總酚采用福林-肖卡法[32]進行測定，以沒石子酸計；對單寧采用福林-單寧斯法[33]進行測定，以單寧酸計；對總花色苷采用pH示差法[34]進行測定，以矢車菊素-3-O-葡萄糖苷計。

1.4 數據處理

使用Excel 2007和DPS 7.0進行數據分析，采用雙因素Ducan’s新復極差法檢驗各處理間差異的顯著性，數據均以“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對葡萄植株新梢生長的影響

如表5所示，不同水肥處理對釀酒葡萄植株新梢生長量有顯著影響。滴灌量對植株新梢生長量影響極顯著(P<0.01)；施肥量對植株新梢生長期05-15-05-22、05-29-06-05階段的新梢長度生長量影響極顯著(P<0.01)，對05-22-05-29階段影響顯著(P<0.05)，而對新梢基徑生長量無顯著影響；水肥交互作用對植株新梢生長量無顯著影響(P>0.05)。說明水肥聯合條件下釀酒葡萄植株新梢生長對水分的響應極其敏感。原因是在葡萄新梢生長期，新梢生長所需營養可能主要來源于樹體儲藏的營養物質，同時，水分能及時發揮作用，而肥料發揮作用相對滯后，導致水肥聯合條件下，滴灌量對釀酒葡萄植株新梢生長存在極顯著影響，施肥量影響顯著性不一致；而水肥交互作用無顯著影響。

表5 不同水肥處理對釀酒葡萄植株新梢生長量的影響及方差分析Table 5 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on shoot growth of wine grape

注：同列不同字母表示差異顯著，小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下表同。

Note:Different letters in the same columns indicate significant difference, lowercasse letters mean significant difference(P<0.05),uppercase letters means extremely significant difference(P<0.01).The same below.

由表5可以看出，水肥聯合條件下，釀酒葡萄植株新梢長度生長量在植株新稍生長期呈現先升高后降低的趨勢；而新梢基徑生長量呈現逐漸遞減的趨勢。在滴灌量(施肥量)一定的條件下，隨著施肥量(滴灌量)的增加，葡萄植株新梢生長量總體表現為先增加后降低的趨勢。當施肥量一定時，新梢生長量最低的為W4F4處理，與其他處理差異極顯著(P<0.01)，說明滴灌量、施肥量都低時，根部土壤含水量低且養分有限，新梢生長嚴重受到限制。當施肥量為F1和F2水平時，葡萄植株新梢生長量由大到小依次為W2、W3、W1、W4；當滴灌量在W1和W4水平時，新梢生長量最大值和最小值分別出現在F2和F4水平。3個時間段新稍長度生長量最大值均出現在W2F3處理，說明此水肥組合有利于新梢長度的生長，并且與W3F3處理差異不顯著；而新稍基徑生長量最大值均出現在W3F3處理，說明此處理更有利于新梢粗度的增加，能夠為植株輸送充足的水分和營養物質，促進植株生長。綜合以上分析可知，W3F3處理更有利于釀酒葡萄新梢的生長。

2.2 不同水肥處理對葡萄果實物理指標的影響

由表6可知，不同水肥處理對果實形態指標產生較大影響。在滴灌量(施肥量)一定的情況下，隨著施肥量(滴灌量)的增加，單粒質量呈現先增加后減少的趨勢。其中，單粒質量最大處理為W3F2，達(1.116±0.111) g，與W3F3無顯著差異；W4F4處理最小，僅為0.881 g，兩者之間存在顯著性差異。比較不同處理果實縱徑可以看出，果實縱徑變幅為(11.44±0.47)～(12.65±0.15) mm，其中W2F3處理最大，與W3F2、W1F1、W3F1、W1F2和W1F3處理差異不顯著；最小處理為W4F4，與其他處理存在顯著性差異。在滴灌量不變的情況下，隨著施肥量的增加，果實縱徑呈現先增加后減少的趨勢(W4水平除外)。果實橫徑除W2F3處理外，所有處理均在12 mm以下，且W2F3處理顯著高于其他處理。不同處理果實果形指數變幅為(1.016 7±0.024 5)～(1.114 0±0.074 4)，其中W3F1處理最高，與W1F2處理差異不顯著。W4F4處理最小，在P=0.05水平上，與除W1F1、W1F2和W3F1 3個處理之外的其他處理無顯著性差異。

單粒質量、果形指數受單因素(滴灌量、施肥量)影響顯著(P<0.05)。施肥量對單粒質量有極顯著影響(P<0.01)，而對果實縱徑和橫徑無顯著性影響。

表6 不同水肥處理對釀酒葡萄果實基本物理指標的影響及方差分析Table 6 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on physical index of wine grape

2.3 不同水肥處理對葡萄果皮色澤的影響

由表7可以看出，不同水肥處理對果皮色澤參數L*、b*值無顯著性影響，而對a*值有顯著性影響。其中W3F4組合a*最高，顯著高于W1F2、W3F1、W3F2和W4F4，而與其他處理差異不顯著。兩因素方差分析表明：滴灌量、施肥量及水肥交互都對釀酒葡萄果皮色澤3個參數無顯著影響(P>0.05)。

表7 不同水肥處理對釀酒葡萄果皮色澤的影響及方差分析Table 7 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on colour of wine grape skin

2.4 不同水肥處理對葡萄果實品質的影響

由表8可以看出，滴灌水肥條件下，釀酒葡萄果實各品質指標受滴灌量和施肥量影響極顯著(P<0.01)；水肥交互作用對可滴定酸影響極顯著(P<0.01)，對可溶性固形物、還原糖、糖酸比3個指標影響顯著(P<0.05)；由此可見，水肥對釀酒葡萄果實品質有顯著性影響。

可溶性固形物質量分數是衡量釀酒葡萄品質好壞的重要指標之一，同時也直接決定葡萄酒的質量。如表8所示，可溶性固形物質量分數變幅為(19.50±0.35)%～(25.63±1.89)%。相同滴灌條件下(除W1水平)，隨著施肥量的增加，可溶性固形物質量分數呈先增加后減少的趨勢；滴灌量為W1水平時，各處理之間無顯著性差異。在相同施肥量條件下，隨著滴灌量的增加，可溶性固形物質量分數呈先增加后減少的趨勢，滴灌量過高或過低都不利于可溶性固形物質量分數的提高。

釀酒葡萄可滴定酸質量分數最高為W1F4處理，高達(1.01±0.03)%，此處理滴灌量多且施肥少，與其他處理存在極顯著差異；最低的為W4F3處理，僅為(0.64±0.04)%，與W4F1、W1F3處理差異不顯著。當施肥水平為F2、F3時，隨著滴灌量的減少，可滴定酸質量分數呈先升高后降低的趨勢，且除W4F3處理外，所有可滴定酸質量分數都處在中等水平。當施肥水平為F1、F4時，隨著滴灌量的增加，可滴定酸質量分數逐漸增大，且施肥水平F4整體高于F1。

從表8可以看出，還原糖質量分數變幅為(18.06±0.17)%～(24.22±0.44)%。W3F3還原糖質量分數最高，與W3F2處理差異不顯著。在施肥量一致的情況下，還原糖質量分數隨著滴灌量的減少呈先升高后降低的趨勢。相同滴灌條件下(除W1水平)，隨著施肥量的增加，還原糖質量分數呈先增加后減少的趨勢。與可溶性固形物質量分數變化趨勢相比較得出：在本試驗中，還原糖質量分數與可溶性固形物有相同的變化趨勢。

所有處理中果實糖酸比均為20以上，最高的為W3F2處理(32.09±1.47)，W4F3次之(31.70±1.55)，且二者差異不顯著；最小的為W1F4(20.80±1.57)，與其他處理存在極顯著差異，這是因為該處理可滴定酸質量分數過高。糖酸比太高和太低不易釀造出好的葡萄酒，合適的糖酸比應為32.00左右[35]。由此可以得出，糖酸比最好的處理為W3F2、W3F3和W4F3，考慮節水節肥等因素，W4F3處理最優。

2.5 不同水肥處理對葡萄果皮酚類物質的影響

酚類物質作為葡萄果實的次生代謝物質，其含量和比例對葡萄酒感官品質，尤其對葡萄酒的顏色、收斂性、澄清度和穩定性有重要影響，同時還具有保健功能，能降低人類慢性病和冠心病的概率。由表9可以看出，滴灌水肥條件下，滴灌量、施肥量以及二者之間的交互作用對總酚、單寧、花色苷3個指標存在極顯著影響(P<0.01)。當滴灌量(施肥量)不變的情況下，隨著施肥量(滴灌量)的減少，總酚、單寧、花色苷3個指標均呈先升高后降低的趨勢，說明適當地減少滴灌量或施肥量都可以提高釀酒葡萄果皮中酚類物質的質量分數。其中總酚和單寧質量分數最大為W3F3處理，分別為(4.25±0.18) mg·g-1和(3.07±0.02) mg·g-1，W3F2次之，且二者差異不顯著；最小均是W4F4處理?？偦ㄉ召|量分數變幅為(1.39±0.03) mg·g-1～(2.23±0.11) mg·g-1，最小是W4F4，最大是W3F2，與W2F3和W3F3差異不顯著，質量分數均為2.10 mg·g-1以上。

表8 不同水肥處理對釀酒葡萄果實品質的影響及方差分析Table 8 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on quality of wine grape

3 討論與結論

葡萄的生長過程分為前期以枝葉生長為主的營養生長期和后期以果粒生長為主的生殖生長期。在營養生長期采用適宜的灌溉施肥制度，促進新梢生長，提高光合效率，使營養生長達到滿足最大產量而又不過多消耗光合產物以及過多蒸騰耗水的最佳灌溉施肥制度和模式[36]。前人研究發現過高的灌溉量并不能顯著提高釀酒葡萄產量，但其產量與品質受到合理肥水灌溉的影響[37]。本研究發現，水肥聯合條件下，W3F3處理(滴灌量2 700 m3·hm-2，施肥量N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2)更有利于釀酒葡萄新梢的生長。此處理條件下，新梢生長旺盛，從而提高光合作用效率，促進植株營養生長，為下一步葡萄生殖生長提供更多的養分與水分。而當施肥量一定時，新梢生長量最小均出現在W4，這是因為滴灌量少，導致土壤含水量低，根系活力低，限制新梢生長，說明水分是限制新梢生長的關鍵因素。顯著性分析表明，水肥聯合條件下，滴灌量對釀酒葡萄植株新梢生長影響極顯著，施肥量對其影響顯著性不一致；而水肥交互作用對其無顯著性影響。

表9 不同水肥處理對釀酒葡萄果皮酚類物質的影響及方差分析Table 9 Effect and variance analysis of different irrigation and fertilization treatments on phenols of wine grape skin

這是因為在葡萄新梢生長期，新梢生長所需營養可能主要來源于樹體儲藏的營養物質，同時水分能及時發揮作用，而肥料發揮作用相對滯后，與周罕覓等[38]在蘋果上的研究結果相似。隨著葡萄植株的不斷生長發育，葡萄新梢基徑逐漸增加，生長量卻逐漸降低，這是因為植株的生長逐漸從營養生長轉變為生殖生長為主，并且施肥對葡萄新梢基徑生長量無顯著性影響。這與何岸镕等[21]在葡萄上的研究結果一致。在新梢生長時期，保證合理灌溉可以促進新梢生長，從而提高光合效率。

水肥在葡萄整個生育期的生命活動中具有重要作用，同時也是影響作物產量和品質最重要的兩個因素[39]。合理降低肥水施用量可以提高葡萄品質，但同時顯著影響其產量與經濟價值；而增加肥水施用量可以提高葡萄產量，但會降低肥水使用效率[12,40]。因此，合理的肥水管理對不同階段葡萄的生長發育及其品質具有重要作用。滴灌水肥配合能有效提高葡萄產量和品質，灌溉量過大或施肥量過高，都不利于葡萄產量和品質的提高[23]。在設施滴灌施肥條件下，‘紅地球’葡萄相同滴灌水平下，可溶性固形物含量、花色苷和糖酸比均隨施肥量的增加先增加后減小，同一施肥水平下，可滴定酸和花色苷含量隨水分虧缺程度的加強先增大后減小；適量施肥和適度缺水可增加花色苷含量，提高糖酸比[15]。本研究發現，滴灌施肥條件下，水、肥調控對釀酒葡萄果實品質(可溶性固形物、可滴定酸、還原糖和糖酸比)、果皮酚類物質(總酚、單寧和花色苷)影響顯著；在一定范圍內，釀酒葡萄品質隨水肥用量的增加，呈先升高后降低的趨勢，合理的水肥有利于釀酒葡萄品質的改善，水、肥過多或過少都會造成釀酒葡萄品質下降。

總酚、單寧和花色苷是葡萄中重要的酚類物質，對果實色澤、風味以及葡萄酒的色澤、澄清度、口感和營養價值等有重要作用[41]。本研究發現，在滴灌量為2 700 m3·hm-2、施肥量160-120-210 kg·hm-2水平下，總酚(4.25±0.18) mg·g-1、單寧(3.07±0.02) mg·g-1、花色苷(2.12±0.24) mg·g-1，顯著高于張娟等[42]研究結果。原因可能是酚類物質受氣候條件(溫度、光照和降水)、土壤條件、栽培條件及激素水平等因素的影響大[43-45]。同時，晝夜溫差大有利于含糖量的提高，有利于葡萄漿果更好著色[46]，水分虧缺會增加葡萄單寧和花色苷含量[47-48]。本研究立地條件晝夜溫差大，同時該結果也是在水分虧缺條件下得到的。

本研究結果表明，滴灌施肥條件下，水、肥調控對釀酒葡萄新梢生長、果實形態指標及品質、酚類物質影響顯著，而對果皮色澤參數無顯著性影響；在一定范圍內，釀酒葡萄生長及品質隨水肥用量的增加，呈先升高后降低的趨勢，合理的水肥管理有利于釀酒葡萄新梢生長及品質改善，水肥過多或者過少都會導致釀酒葡萄品質下降。由此可見，滴灌量2 700 m3·hm-2、施肥量N-P2O5-K2O=160-120-210 kg·hm-2處理能促進釀酒葡萄新梢生長，單粒質量、果實縱橫徑表現較突出，同時能明顯提高果實可溶性固形物、還原糖及果皮中酚類物質的質量分數，是基于本試驗條件下釀酒葡萄生長、品質方面的較適宜水肥組合。