水分脅迫對河西荒漠綠洲區(qū)釀酒葡萄水分利用及產(chǎn)量的跨年度影響

汪精海， 張 芮， 李 廣， 戴文淵

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

近年來，隨著人們生活水平的不斷提升，對于葡萄酒的需求逐年穩(wěn)步提升，而釀酒葡萄種植作為葡萄酒產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性支柱，其健康發(fā)展對于釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要[1-2]。甘肅省河西地區(qū)晝夜溫差大，是種植釀酒葡萄的“黃金地帶”(北緯30°—50°)[3]，然而該地區(qū)屬于干旱荒漠綠洲區(qū)，其釀酒葡萄主產(chǎn)區(qū)武威市涼州區(qū)多年平均降雨量僅為160 mm，而年均蒸發(fā)量是降水量的15.8倍，水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀制約了區(qū)域葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。因此，在該類區(qū)域上進行高效節(jié)水灌溉技術(shù)(滴灌等)和不同灌水水平條件下釀酒葡萄耗水規(guī)律、產(chǎn)量和水分利用效率研究，對于制定科學(xué)合理的節(jié)水高效灌溉制度(模式)和實現(xiàn)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要科學(xué)意義。國內(nèi)外學(xué)者對釀酒葡萄耗水規(guī)律及產(chǎn)量研究方面已有大量報道，鄭睿等[4]研究表明土壤含水率是影響葡萄植株液流的最主要環(huán)境因素，灌水前后葡萄液流差別很大，對葡萄日耗水強度(DWC)影響顯著；其他學(xué)者也證實不同水分處理對釀酒葡萄DWC影響很大，且DWC與生育期總體規(guī)律表現(xiàn)為果實膨大期DWC> 著色成熟期DWC>開花期DWC>新梢生長期DWC>萌芽期DWC[1-3，5-6]。但也有研究表明不同生育期水分脅迫會導(dǎo)致葡萄日耗水強度最大時段出現(xiàn)的時期不一致，轉(zhuǎn)色前水分虧缺的灌溉處理的DWC最大時段為果實著色成熟期，而其他生育期脅迫處理的DWC最大時段為果實膨大期[7]。在產(chǎn)量研究方面，水分脅迫并不一定會導(dǎo)致產(chǎn)量下降，在早期適時、適度的水分虧缺能夠使作物有一定的增產(chǎn)效果[7-8]，同時提高水分利用效率[9-10]。孔維萍等[11]研究表明萌芽期適度虧水有利于提高延后栽培葡萄產(chǎn)量和水分利用效率，Permanhani M等[12]和許健等[13]表明適度虧水能提高葡萄水分利用效率。房玉林等[14-15]，惠竹梅等[16]在花后30 d至成熟期結(jié)束對釀酒葡萄進行調(diào)虧灌溉，對葡萄的粒徑及產(chǎn)量沒有顯著性影響。蘇學(xué)德等[17]進行不同灌水處理對葡萄(克瑞森)產(chǎn)量等影響的研究，表明隨灌溉水量的增加，葡萄產(chǎn)量會有所增加；張芮等[18-19]研究表明，在果實膨大期對設(shè)施延后栽培葡萄進行水分脅迫，會顯著降低葡萄產(chǎn)量及水分利用效率。

綜上所述，不同時段進行水分虧缺灌溉對葡萄耗水和產(chǎn)量的影響是不同的[20]，已有研究結(jié)論也并不完全一致，產(chǎn)生差異的原因是所設(shè)置的水分脅迫程度和脅迫時間不一致，且其研究成果大部分都是一個年度水分脅迫試驗的結(jié)果，缺少跨年度的持續(xù)跟蹤研究，不能全面反映釀酒葡萄水分消耗和對產(chǎn)量的影響規(guī)律。而葡萄是多年生的木本植物，對其持續(xù)進行水分脅迫，對產(chǎn)量及耗水規(guī)律的影響會產(chǎn)生疊加效應(yīng)，而這正是目前研究的重點和難點問題。因此，本文從2015—2016年間連續(xù)2 a對釀酒葡萄梅鹿輒進行滴灌灌溉技術(shù)條件下不同生育期水分脅迫處理，研究其對釀酒葡萄的日耗水強度、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以期揭示水分脅迫對釀酒葡萄耗水規(guī)律及產(chǎn)量的跨年度持續(xù)影響效應(yīng)，為河西荒漠綠洲區(qū)的釀酒葡萄節(jié)水高效灌溉制度和滴灌灌溉模式的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015—2016年在甘肅省河西走廊東中部武威市涼州區(qū)威龍葡萄2號基地(102°51′E， 37°512′N，海拔1 581 m)開展。該試驗區(qū)屬典型的大陸性干旱氣候，多年平均降水量僅為164.4 mm，日照充足，年平均日照時間3 000 h以上，晝夜溫差大。供試土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，土壤肥力均勻，地下水位埋深較深，為25～30 m。

1.2 供試材料

選用試驗區(qū)當(dāng)?shù)刂髟葬劸破咸哑贩N梅鹿輒(Merlot)，樹齡5～6 a，南北行向，行距3.2 m，株距1.0 m，葡萄架式選擇單臂籬架，沿葡萄行每隔7.5 m豎立水泥支柱，其上拉3道鍍鋅鐵絲，葡萄架的高度約為1.6 m。

1.3 試驗設(shè)計

采用單因素完全隨機試驗設(shè)計，將釀酒葡萄的生育時期劃分為：萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期這5個時期[8-9]。2個試驗?zāi)甓壬谄鹬谷掌诩敖邓蜌鉁厍闆r如表1所示。每個生育期設(shè)2種水分脅迫水平，即土壤含水量下限為田間持水量的65%(輕度脅迫)和55%(中度脅迫)，以土壤含水量下限為田間持水量的75%為對照(充分供水)，所有水分脅迫處理只進行單生育期脅迫，即脅迫期之前或脅迫期結(jié)束后恢復(fù)正常供水(充分供水)；共設(shè)11個處理(表1)，每個處理3 次重復(fù)，共33個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積為15.0 m×9.6 m，定植葡萄45株(3行葡萄)。土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，0—100 cm土層內(nèi)的平均田間持水率和凋萎系數(shù)分別為36%(體積百分比)和12.6%，干容重1.35 g/cm3，土壤孔隙度為45%。試驗區(qū)灌水采用滴灌技術(shù)，一行兩管控制模式，滴頭流量2.5 L/h，滴頭間距25 cm。灌水定額為270 m3/hm2，當(dāng)試驗小區(qū)土壤含水量達到設(shè)定的土壤水分下限時，即進行灌水，用水表嚴(yán)格控制水量。

表1 釀酒葡萄生育期劃分及其試驗起止時間

1.4 測定項目和測定方法

(1) 土壤含水率測定。 采用RYGCM3000S型節(jié)灌數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(土壤水分傳感器)進行定點土壤水分監(jiān)測，同時采用土鉆取土烘干法進行土壤含水率測定和校對。3個重復(fù)中每個小區(qū)都隨機選擇2個測定點，測定點位于葡萄定植行軸線外10 cm，并與相鄰2株葡萄等距位置；測定深度為100 cm，每隔20 cm為1層，最后計算平均值。在釀酒葡萄整個生育期內(nèi)，每隔7 d測定1次，萌芽期前、生育期節(jié)點、灌水前后及葡萄采收后加測。

(2) 日耗水強度(DWC)計算。 用水量平衡公式[21]計算得葡萄各生育期耗水量，再用某一生育期耗水量除以該生育階段持續(xù)的天數(shù)，計算得日耗水強度[20]；

(3) 葡萄產(chǎn)量的測定 葡萄成熟采摘季節(jié)，按各小區(qū)單獨收獲，用電子秤稱量各小區(qū)所有葡萄樹果穗的質(zhì)量，最后將其換算為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

(4) 水分利用效率(WUE)。計算 用葡萄產(chǎn)量(kg/hm2)除以全生育期總耗水量(m3/hm2)來計算。

1.5 田間管理

試驗期間除人工補給灌水外，各處理的修剪、鋤草、噴藥等田間管理措施均保持一致；2015—2016年各處理的施肥量和施肥時間也相同，即每年度在釀酒葡萄萌芽期施尿素400 kg/hm2，果實膨大期尿素700 kg/hm2，復(fù)合肥1150 kg/hm2，果實采收后施鈣鎂磷肥1 750 kg/hm2。

1.6 數(shù)據(jù)分析處理

采用Excel 2008軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對釀酒葡萄日耗水強度的影響

從圖1可以看出，2015年(第1個試驗?zāi)?葡萄萌芽期各處理日耗水強度(DWC)與全年其他生育期相較而言最低，該時期日耗水強度值在0.13～0.33 mm/d之間；另外，處理T6(萌芽期中度脅迫)的DWC(0.13 mm/d)

與前兩個生育期脅迫規(guī)律相同，在開花期水分脅迫的2個處理(T3和T8)的DWC值也都小于該階段其他處理，且2015年開花期脅迫處理T8(DWC=1.57 mm/d)和T3(1.68 mm/d)顯著低于CK(2.37 mm/d)；2016年T8(DWC=1.80 mm/d)和T3(1.83 mm/d)也顯著低于CK(2.38 mm/d)，說明開花期水分脅迫也能顯著降低葡萄日耗水強度。

進入果實膨大期日耗水強度達到最大，2個試驗?zāi)甓雀魈幚鞤WC在2.27～4.42 mm/d之間，比開花期明顯提高。2015—2016年T9(果實膨大期中度脅迫)的DWC

圖1 2015試驗?zāi)赆劸破咸迅魈幚砣蘸乃畯姸?/p>

圖2 2016試驗?zāi)赆劸破咸迅魈幚砣蘸乃畯姸?/p>

從單生育期水分脅迫結(jié)束后復(fù)水效果分析，2015年萌芽期水分脅迫處理T1和T6在新梢生長期恢復(fù)充分供水后，其耗水強度由脅迫期的0.18 mm/d和0.13mm/d依次迅速恢復(fù)至2.22 mm/d和2.21mm/d(圖1)，略高于CK(2.20 mm/d)；新梢生長期脅迫處理T2和T7在開花期復(fù)水后，其耗水強度也升至2.31 mm/d和2.35 mm/d，與CK(2.37 mm/d)基本持平。同樣，開花期脅迫處理T3和T8在下一生育期(果實膨大期)復(fù)水后，其耗水強度也由脅迫期的1.68 mm/d和1.57 mm/d迅速增加至4.10 mm/d和3.86 mm/d，與CK(3.99 mm/d)持平(圖1)。與之不同的是，果實膨大期中度脅迫處理T10在著色成熟期恢復(fù)正常供水后，其耗水強度依舊顯著低于CK處理(圖1)；2016年，T10和T4處理在下一生育期復(fù)水后耗水強度依舊不高，也顯著低于CK(圖2)。

從水分脅迫跨年度影響效果分析，在葡萄萌芽時期，2015年只有水分脅迫處理T6和T1的DWC顯著低于CK，其他非脅迫處理與CK之間差異不顯著(圖1)；但2016年(第2年定點試驗)除了T6和T1的DWC顯著低于CK外，T7，T8，T9，T10等中度水分脅迫處理的DWC也均顯著低于CK(P<0.05)。另外，2016年新梢生長期除該時段水分脅迫處理(T2，T7)耗水強度顯著降低外，T9處理也顯著低于CK；開花期T7，T9，T10等處理耗水強度也都顯著低于CK(圖2)，這與上一年有所不同。

2.2 水分脅迫對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，2015年果實膨大期輕度脅迫處理(T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的產(chǎn)量顯著低于CK，尤其是果實膨大期脅迫處理產(chǎn)量下降非常明顯，其輕度(T4)和中度脅迫(T9)產(chǎn)量僅為8 820 kg/hm2和7 461 kg/hm2，比CK依次減產(chǎn)39%，49%(p<0.05)；其他生育期輕度脅迫處理(T1，T2，T3，T5)產(chǎn)量與CK之間不存在顯著性差異。2016年中度水分脅迫處理(T7，T8，T9，T10)的產(chǎn)量依舊顯著低于CK；另外，輕度脅迫T4產(chǎn)量也僅有11 175 kg/hm2，比CK減產(chǎn)24%(p<0.05)；與2015年相同，萌芽期輕度脅迫(T1)產(chǎn)量也達到最高，為15 306 kg/hm2，略高于CK，另外其他輕度脅迫處理(T2，T3，T5)比CK有小幅減產(chǎn)，但差異不顯著。

2.3 水分脅迫對釀酒葡萄水分利用效率的影響

從表2可以看出，2015—2016年T1處理水分利用效率均達到最大值，依次為2.77 kg/m3和2.96 kg/m3，比CK依次提高5.9 %和9.5 %；另外T5處理在2個試驗?zāi)晁掷眯室惨来芜_到2.62 kg/m3和2.79 kg/m3，略高于CK。

2個年度試驗結(jié)果不同的是2015年輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均顯著低于CK(P<0.05)，而2016年只有T8和T10處理的水分利用效率顯著低于CK。

表2 2015-2016 年不同生育期水分脅迫對葡萄產(chǎn)量及水分利用效率的影響

注：采用LSD法，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在p<0.05 上差異顯著,“±數(shù)字”為標(biāo)準(zhǔn)差； T1—T5為輕度水分協(xié)迫處理； T6—T10為中度水分協(xié)迫處理。

3 討 論

日耗水強度反映了作物在不同生育期內(nèi)受灌溉、氣象、農(nóng)藝措施等各方面因素的綜合影響。2015—2016年2個試驗?zāi)甓染砻鳎妊科谌蘸乃畯姸茸畹?該期水分脅迫處理DWC在0.13～0.79 mm/d范圍，非脅迫處理在0.28～1.23 mm/d之間)，這與萌芽期釀酒葡萄剛剛出土不久，氣溫較低，蒸騰作用及光合作用都比較弱有關(guān)；果實膨大期日耗水強度最大(該期水分脅迫處理DWC在2.67～2.84 mm/d，非脅迫處理高達3.86～4.39 mm/d)，該生育期是葡萄生殖生長最為迅速、氣溫相對最高的時期(表1)，也是葡萄需水臨界期；其余生育期日耗水強度變化規(guī)律表現(xiàn)為著色成熟期>開花期>新梢生長期，這與孔維萍等[1]、鄧浩亮等[2]、王永平等[5]、曾辰等[22]在釀酒葡萄耗水規(guī)律等方面的研究結(jié)論一致。

在釀酒葡萄萌芽期、新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期這5個生育期進行水分脅迫，都會明顯降低脅迫時期葡萄的日耗水強度，并且表現(xiàn)出水分脅迫越嚴(yán)重，日耗水量的下降越明顯的規(guī)律(圖1和圖2)。這與紀(jì)學(xué)偉等[23-24]的研究結(jié)果保持一致。另外，在前3個短生育期(萌芽期、新梢生長期、開花期)脅迫復(fù)水后，釀酒葡萄耗水強度都會迅速恢復(fù)；如2015年新梢生長期脅迫處理T2和T7處理在開花期復(fù)水后，其耗水強度由脅迫期的1.40 mm/d和1.53 mm/d依次恢復(fù)至2.31 mm/d和2.35mm/d，與CK(2.37 mm/d)基本持平(圖1)；2016年開花期脅迫處理T3和T8在果實膨大期復(fù)水后，其耗水強度也由脅迫期的1.83 mm/d和1.80 mm/d迅速增加至4.42 mm/d和4.30mm/d，與CK(4.38 mm/d)持平(圖2)。但果實膨大期(生育期長達85 d左右，屬于長生育期)中度脅迫處理T10在著色成熟期恢復(fù)正常供水后，其耗水強度(2015年為3.34 mm/d)依舊顯著低于CK(3.75 mm/d)(圖1)；2016年，T10和T4處理在著色成熟期復(fù)水后耗水強度也僅為2.47 mm/d和1.98 mm/d，仍顯著低于CK(3.00 mm/d)(圖2)。其主要原因是土壤水分脅迫會影響葡萄的光合蒸騰生理及水分代謝機能，中、短時期的輕度和中度干旱脅迫恢復(fù)供水后葡萄光合熒光參數(shù)、蒸騰速率能基本恢復(fù)到正常供水狀態(tài)[25]；另一方面，葡萄萌芽期、新梢生長期、開花期屬于營養(yǎng)生長的旺盛時期，脅迫復(fù)水后耗水強度可迅速恢復(fù)，甚至超過正常供水處理；而果實膨大期水分脅迫后，至著色成熟期恢復(fù)充分供水，葡萄耗水強度并沒有恢復(fù)，其原因是著色成熟期復(fù)水后葡萄將進入落葉期，葉面積不再增加(甚至脅迫處理底部葉片較早出現(xiàn)枯萎，減少了有效葉面積指數(shù))，因而耗水強度并未出現(xiàn)“復(fù)水恢復(fù)增長”效應(yīng)，說明水分脅迫對葡萄耗水強度的影響與葡萄的生長期也緊密相關(guān)，即輕度和中度水分脅迫對釀酒葡萄各生育期耗水都有不同程度的抑制作用，且葡萄營養(yǎng)生長期的這種抑制作用在復(fù)水后會自動消除；但在葡萄生育后期脅迫復(fù)水后其抑制作用難以完全恢復(fù)。張芮[21]在2014—2016年所開展的設(shè)施延遲栽培葡萄耗水規(guī)律研究中也表明果實膨大期是鮮食葡萄的需水臨界期，該生育階段虧水顯著降低設(shè)施鮮食葡萄耗水強度，且這種影響具有明顯的后續(xù)效應(yīng)，在著色成熟期復(fù)水后其耗水強度并未恢復(fù)到正常水平，這與本研究中釀酒葡萄的耗水規(guī)律基本一致。

盡管2 a連續(xù)定點試驗均表明水分脅迫都會降低葡萄在脅迫期的耗水強度，但從跨年度分析，第2試驗?zāi)?2016年)萌芽期T7，T8，T9，T10處理和新梢生長期T9處理及開花期T7，T9，T10等中度水分脅迫處理耗水強度也都顯著低于相應(yīng)時期CK值(圖2)，說明上一年度新梢生長期、開花期、果實膨大期、著色成熟期等單個生育期中度水分脅迫都會影響次年度釀酒葡萄生育前期的耗水強度。

2 a的試驗結(jié)果表明，萌芽期輕度水分脅迫(T1)可提高釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率(表2)，但該生育期中度水分脅迫(T6)對釀酒葡萄產(chǎn)量和水分利用效率的影響不顯著，其研究結(jié)果與胡宏遠[26]的研究成果一致；Williams等[27]和Conesa等[28-29]研究也表明輕度水分脅迫(60%～80%ETc)對葡萄產(chǎn)量、果穗重量和水分利用效率有利。另外，果實膨大期輕度脅迫(T4)和中度水分脅迫(T8)顯著降低葡萄產(chǎn)量，這與馬奇梅[6]、劉靜霞等[30]等研究結(jié)果保持一致。著色成熟期輕度脅迫處理(T5)在不顯著降低產(chǎn)量前提下，能達到較高的水分利用效率，這與Marinho等[31]、和Serman等[32]研究結(jié)果一致。

從水分脅迫對葡萄產(chǎn)量和水分利用效率跨年度影響分析，2015年開花期、果實膨大期輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的產(chǎn)量都顯著低于CK，而2016年度開花期輕度脅迫(T4)和萌芽期中度脅迫(T6)對葡萄減產(chǎn)的影響不顯著(表2)。另外，2015年輕度水分脅迫處理(T3，T4)和所有中度水分脅迫處理(T6，T7，T8，T9，T10)的水分利用效率均顯著低于CK，而2016年只有T8和T10處理顯著低于CK，表明釀酒葡萄經(jīng)歷上一年(2015年)水分脅迫后，對其產(chǎn)生了明顯的抗逆調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，在第2年進行輕度脅迫或短期的中度脅迫時其抗水分脅迫適應(yīng)性增強，對葡萄產(chǎn)量和水分利用效率的影響逐漸削弱。

4 結(jié) 論

葡萄耗水強度與生育進程緊密相關(guān)。釀酒葡萄在萌芽期日耗水強度最低，新梢生長期—開花期逐步升高，到果實膨大期達到了峰值，2015—2016年日耗水強度達到了2.53～3.67 mm/d之間，是釀酒葡萄需水臨界期。同時，在釀酒葡萄的所有生育階段進行水分脅迫，都會降低葡萄日耗水強度，且脅迫程度越重、脅迫時間越長對耗水強度的影響越顯著。

水分脅迫會對產(chǎn)量造成較大影響，應(yīng)引起高度重視。萌芽期輕度水分脅迫能夠提升釀酒葡萄的產(chǎn)量，同時也有利于提高水分利用效率；但果實膨大期輕度和中度水分脅迫會顯著降低葡萄產(chǎn)量，在生產(chǎn)實踐中該期應(yīng)保持充分供水；著色成熟期輕度水分脅迫可在不降低產(chǎn)量的前提下小幅提高水分利用效率。因此，考慮產(chǎn)量和水分利用效率等綜合因素，河西荒漠綠洲區(qū)最佳的灌水模式是萌芽期輕度水分脅迫(土壤含水量下限為田間持水率FC的65%)，其他生育期充分供水(土壤含水量下限為75% FC)；較合理的模式是著色成熟期輕度水分脅迫(土壤含水量下限為65% FC)，其余生育期充分供水(土壤含水量下限為75% FC)，上述2種模式均采用滴灌(2管1行)技術(shù)，灌水定額270 m3/hm2。

釀酒葡萄屬于多年生植物，上一年度中度水分脅迫都會影響第二年生育前期(萌芽期—開花期)的耗水強度；同時，釀酒葡萄對水分脅迫具有一定的自我調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，水分脅迫對產(chǎn)量和水分利用效率產(chǎn)生的不利影響都會隨著脅迫年度的推進而有所減弱。