不同管理措施對土壤水分狀況及釀酒葡萄品質的影響

張一單，王建國，黃曉龍，宋于洋

(1.石河子大學 農學院，新疆石河子 832000；2.新疆張裕巴寶男爵酒莊有限公司，新疆石河子 832000)

近年來中國葡萄酒產業發展迅速，新疆因其獨特的氣候條件，已成為國內釀酒葡萄主要栽培區[1]。新疆幅員遼闊、氣候類型繁多、形成不同的子產區，其中新疆北部產區是釀酒葡萄種植最多的地區[2]。經調查發現，目前該產區仍大部分沿用傳統鮮食葡萄栽培方式管理釀酒葡萄。這種不適合的栽培技術制約了北疆釀酒葡萄產業的發展。研究發現，影響葡萄品質及土壤水分狀況的農藝措施主要有搭建遮陽網、行間種草、交替灌溉等[3-5]。針對這一情況，有必要探究并應用適宜北疆地區釀酒葡萄生產的農藝管理措施，以提高新疆北部釀酒葡萄園土壤水分利用效率及葡萄原料質量。

釀酒葡萄物候期的水分狀況影響植株營養生長、葉幕層微氣候及果實代謝產量，從而進一步影響釀酒葡萄的果實品質。因此，可以通過不同土壤管理措施適度調節葡萄生長的水分狀況，以達到改善果實品質的目的。影響土壤水分狀況的因素很多，它不僅與氣象條件有關，還與土壤類型、植被覆蓋狀況等多種因素有關。這些因素與土壤水分之間形成土壤-植被-大氣連續體的動態變化[6]。土壤水分狀況有兩種表述方法，即含水量和水勢，分別表征土壤水分的數量和能量，其中土壤水勢是判斷土壤水分保持和供給的重要指標[7]。不少研究表明葉片水勢與土壤水勢密切相關，Zhu等[8]研究發現蘋果在干旱脅迫下，反應最迅速的是葉片水勢下降。葉片水勢是植物組織水分狀況的直接表現，反映植物生理活動受環境水分條件制約的程度[9]。在以往的研究中，國內學者著重研究植物不同部位葉片水勢變化特征及葉片水勢日變化特征，或反映植物的抗旱機理，而對葉片水勢與土壤水勢的關系研究較少。另外，通過葉片水勢的變化反映植物體內水分及土壤水分的變化，從而在生產中進行適時灌溉[10]。基于此，本研究通過探討不同土壤管理措施對土壤含水量的影響，進一步研究土壤水勢與葉片水勢的關系。

為解決北疆產區釀酒葡萄糖高酸低，酒精度較高、芳香物質含量不足及葡萄園地水分利用效率低等問題，本試驗以‘西拉’葡萄為對象，研究生草、遮蔭、交替灌溉、清耕4種土壤管理措施對不同土層土壤含水量、葡萄園微氣候及葡萄果實的影響，并探討土壤水勢與葉片水勢的關系。以期為改善釀酒葡萄品質、提高葡萄酒質量提供理論依據，并為北疆產區的釀酒葡萄栽培管理方式提供參考。同時，期待制定合理的灌溉措施，服務于北疆釀酒葡萄生態節水生產。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于石河子市張裕酒莊葡萄種植園(東經 86°05′12″，北緯 44°25′49″)，該地區位于天山北麓中段，準噶爾盆地南部，屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱，無霜期為168～171 d，活動積溫(≥10 ℃)為3 570～ 3 729 ℃，北部地區氣溫低，南部高。年降水量為125.0～207.7 mm，每年降雨較少，光照充足，晝夜溫差大，年日照時數為2 721～2 818 h[11]。

1.2 試驗材料

供試葡萄品種為‘西拉’，是北疆釀酒葡萄主要栽培品種之一。葡萄種植方向為南北行向，株行距為1 m × 3 m。在園內選擇長勢良好、生長一致且具有代表性的植株進行試驗研究。果園有良好的灌溉條件，灌溉方式為滴灌，行間生草栽培種植草種為苜蓿；遮蔭采用遮光率為70%的黑色遮陽網。

1.3 試驗方法

試驗于2019-05-10開始，記錄5月25日- 10月1日葡萄的3 個生育時期：開花坐果期5月2 6日- 6月15日、漿果轉色期7月25日 - 8月15日和采收前期9月10日 - 10月1日。

試驗共設4個處理。清耕：不間作任何農作物或綠肥牧草作物；生草栽培：以苜蓿為草種行間生草，生長高度20～30 cm；遮蔭：采用遮光率為70%的黑色遮陽網。交替灌溉：采用單行雙管滴灌的方式，于樹體兩側鋪設滴灌帶供水，滴灌帶布置在距葡萄根部兩側50 cm處，在每一條滴灌帶前加裝閥門和水表計測和控制灌水量[12]。對一半根域進行灌水，下一周期對另一半根域進行灌水，交替進行，交替周期為20 d，不同發育時期灌溉量相同，為60 m3，且每個周期各處理灌溉量相同，交替灌溉灌水量為對照灌水量的一半[13]。

土壤含水量測定：采用土壤溫濕度記錄儀，以每10 cm為一個土層厚度，測定深度共70 cm。每間隔1 h觀測1次，以每日土壤含水量的平均值作為當日觀測值。

水勢測定：每間隔3 d 采用水勢儀測定水勢。各處理選擇生長一致新梢中部成熟的6片葉測葉片水勢，取平均值作為當天此處理的葉片水勢值。分別在滴灌帶下10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、70 cm土層處用土壤水勢測定儀測該點水勢，與葉片水勢的測定同步進行[14]。

葡萄采收后對不同處理的葡萄果實品質指標進行測定，主要品質指標包括總糖、總酸、單寧、多酚物質。還原糖含量采用斐林試劑滴定法測定，以葡萄糖計；總酸含量采用NaOH滴定法測定，以酒石酸計；pH用pH計測定；酚類物質含量：分離成熟葡萄果皮，液氮研磨后冷凍干燥機凍干，經鹽酸甲醇溶液提取，用于測定總酚、總單寧；葡萄酒則直接測定；總酚含量的測定采用福林-肖卡法；總單寧含量的測定采用甲基纖維素法[15-16]。

1.4 儀器與設備

土壤溫濕度測定使用石家莊雷神電子儀器有限責任公司生產的土壤溫濕度記錄儀，型號為：Micro Life 5032P-RH(測得的土壤溫度為攝氏溫度，土壤濕度為體積百分數)，另外還有手持式數顯糖度儀、便攜式植物水勢壓力室(QT-WP080A)、土壤水勢測定儀(TRS-II)。

1.5 數據統計

使用 SPSS Statistics 21 、Origin 2017及Excel 2010軟件對不同管理方式下葡萄園地的不同深度土壤含水量進行描述性統計分析，并對氣象因子等進行相關分析。用Origin繪制不同管理方式下葡萄園地土壤水分垂直分布特征及土壤含水量與土層深度的關系。

2 結果與分析

2.1 土壤含水量垂直分布規律

2.1.1 不同管理方式下不同時期土層的水分含量變化 土壤剖面上的垂直分布特征是土壤水分在剖面上動態變化的主要表現[17]。3個生長發育期內不同處理的釀酒葡萄在 10～70 cm 7個土層中的土壤水分動態變化如圖1所示。由圖1-a、圖 1-b、圖 1-c的動態變化分析可知，不同土壤管理方式下土壤含水量變化規律相對一致，膨大期土壤含水量與其他時期相比較低，由于膨大期植株需水量大且夏季氣溫較高蒸發量大；采收期植株基本停止生長，秋季氣溫降低蒸發量減小，因此土壤含水量變化最少。在一個灌水周期內，4種處理植株耗水量及蒸發量的大小為：清耕>遮蔭>生草>交替灌溉。以開花結果期為例，生草、遮蔭與清耕相比土壤含水量變化少1.8 %、2.3%。

由圖1-d可見，0～70 cm 土層土壤水分變化在垂直方向上大致呈“S”型分布，其中0～30 cm 土層內的水分隨著土壤表層的蒸發、植物根系的吸收和在重力與水勢的作用下向下層運動，變幅最大。30～40 cm土層水分消耗的速度僅次于 0～30 cm，這是釀酒葡萄根系分布最密集的區域；50～70 cm 土層的土壤含水量相對比較穩定，水分變化較少。

2.1.2 變異系數法分層 根據前人對土壤水分垂直變化層次的劃分標準：土壤水分變異系數 30%以上為速變層，20%～30%為活躍層，10%～20%為次活躍層，0～10%為相對穩定層，對葡萄園地不同土壤管理方式下0～70 cm 7個土層土壤水分的垂直變化進行分層[18]。

從表1可以看出，地表至地下 70 cm深度范圍內，葡萄園地生草處理的7個土層自上而下可依次劃分為速變層、活躍層、次活躍層、穩定層 4 個層次，而遮蔭、清耕、交替灌溉的土壤層劃分為速變層、活躍層、次活躍層 3 個層次。4 種處理不同土層的變異系數除40 cm 土層外均隨土層深度的增加而減小。清耕處理的土壤表層高溫水分蒸發量大，損失較多，導致表層10 cm 處變異系數較大，達66.9%，40 cm土層變異系數有明顯增加，說明本試驗中的葡萄根系普遍分布在 40 cm 左右，50～70 cm 土層土壤含水量變化緩慢，變異系數較小。另外，高溫造成水分大量蒸發，除生草處理70 cm處變異系數 9.6%為穩定層外，其他土層土壤水分變化較大。生草、遮蔭與清耕相比均有效減少了表層水分流失，增加植物對水分的利用。交替灌溉表層土壤較其他處理干燥，棵間土壤蒸發的阻力大，蒸發量少，故而交替灌溉與其他處理相比變異系數較小。

表1 土壤水分剖面垂直分層Table 1 Vertical stratified results of soil water profile

2.2 氣象因子對土壤含水量的影響

土壤含水量受多種氣象因子的綜合調控，氣象因子不僅影響土壤水分的有效性，還影響土壤水分的保持[19]。本試驗對降水量(x1)、空氣溫度(x2)、相對濕度(x3)3種氣象因子與10 cm土層土壤含水量進行相關性分析。將土壤含水量(y)作為因變量，3個氣象因子(x1～x3)作為自變量，做相關分析，進一步量化土壤含水量與各氣象因子之間的關系[20]。

如表2所示，對葡萄園地4種處理10 cm土層土壤含水量與各氣象因子進行相關性分析，3種氣象因子與10 cm土層土壤含水量均達顯著水平，且降水量、空氣濕度與土壤含水量呈正相關；空氣溫度與土壤含水量呈負相關。表明隨著降水量和空氣濕度的增加，土壤含水量呈現增加趨勢，而隨溫度的升高土壤含水量降低。生草處理由于地表有覆蓋物，加強了光的反射，降低了土表的溫度，減少了水分的蒸發，從而緩解了土壤表層水分對氣象因子的響應。遮陽網減少了輻射，阻斷了土壤蒸發的水分散發到空氣中，但提高了遮陽網內的空氣溫度及濕度，反而減弱了大氣溫濕度對土表的影響，且遮陽網不僅攔截了光照還阻擋了一定的風，故而較其他處理而言，氣象因子對遮陰的影響較小。交替灌溉處理由于土壤表層較其他處理更干燥，蒸發量更少，故而交替灌溉在一定程度上削弱了氣象因子的 影響。

表2 不同管理方式土壤含水量與氣象因子的相關性分析Table 2 Correlation analysis of soil moisture and meteorological factors indifferent managements

2.3 葉片水勢與土壤水勢的相關分析

水勢是反映植物水分虧缺或水分狀況的一個直接指標，可用來確定植物受干旱脅迫的程度[21]。有研究發現氣孔導度能更好地反映土壤水分狀況，而氣孔導度與葉片水勢相關聯，這也表明葉片水勢與土壤水分狀況存在一定的聯系[22]。因新疆氣候條件高溫干旱，葡萄園地土壤水分較長時間處于虧缺狀態，故而有必要對土壤水勢與葉片水勢的關系進行探究。

如表3所示，葉片水勢(y)與土壤水勢(x)呈線性關系:y=ax-b。線性方程中的斜率a 表示葉片水勢對土壤水勢變化的響應程度，a 值越大表示葉片水勢受土壤水勢變化影響越大，響應越強烈；反之，越小表示土壤水勢變化對葉片水勢的影響越小。研究結果顯示土壤水勢與植株葉片水勢變化呈正相關，且葉片水勢的變化較土壤水勢具有滯后性。因試驗所測數據為灌水后第 3 天，葉片水勢通過根系的調節作用與土壤水勢相互作用，減弱葉片水勢變化的滯后。清耕條件下，植物葉片水勢與土壤水勢相關性最高(R2= 0.879)，說明在本試驗條件下葉片水勢與土壤水勢具有一定的線性關系，葉片水勢可以反映土壤水勢，從而進行適時灌溉。遮蔭處理a=0.019，遮蔭影響葡萄生長微氣候，降溫增濕，使氣孔導度增大，對葉片水勢負反饋調節，葉片水勢受到大氣水分的影響，葉片水分減少水勢增大。與遮蔭處理相反，生草處理a=0.013，在大氣水分影響不大的情況下突出了葉片水勢對土壤水分的響應。交替灌溉斜率最小(a=0.009)，釀酒葡萄進行交替灌溉能夠保持植株水勢，降低葉片氣孔開度，提高水分利用效率，因此交替灌溉下土壤水勢對葉片水勢影響最小。

表3 葉片水勢與土壤水勢的關系Table 3 Relationship between leaf water potential and soil water potential

2.4 不同土壤管理方式下釀酒葡萄的品質及產量

葡萄果實中糖分、有機酸、單寧、多酚類物質是釀酒葡萄重要的品質因子。對4種管理方式下成熟期的葡萄進行品質分析。不同土壤管理方式下植株水分吸收、植株生長狀況不同，對4種管理方式下成熟期的葡萄進行產量分析。

由表4可知，生草管理方式下釀酒葡萄品質與清耕條件下有顯著性差異，生草使釀酒葡萄果實還原糖含量降低，酸含量增加，單寧、酚含量升高。遮蔭條件下4個指標均與清耕有顯著性差異，果實糖低酸高、總酚和單寧含量增加。交替灌溉條件下還原糖和酸與清耕相比有顯著差異，果實糖低酸高，總酚和單寧含量增加但不顯著。綜上所述，遮蔭對釀酒葡萄果實品質的影響最為顯著，有降糖增酸、增加單寧及酚含量的作用。

由表5可知，遮蔭處理平均產量最大，交替灌溉處理最小。各處理平均產量情況為：生草>清耕，差異不顯著；遮蔭>清耕，差異不顯著；交替灌溉<清耕，差異顯著；交替灌溉處理減產14.007%。水分虧缺抑制生長，交替灌溉會導致釀酒葡萄產量顯著下降。

表5 不同管理方式下釀酒葡萄的果實產量Table 5 Fruit yield of wine grape under different management methods

3 討 論

3.1 不同土壤管理措施對土壤含水量及水勢的影響

在高溫干旱地區，水分狀況是葡萄產量品質形成的重要因素。因此合理且適宜的水分管理措施能夠控制植株生長、提高葡萄果實品質。本研究結果表明，葡萄園土壤水分垂直分布規律在 10～70 cm土層土壤含水量呈先增后減的趨勢，變異系數隨土層深度增加逐漸減小，這和王瑜等[23]的研究結果一致。這主要是由于表層土壤水分蒸發量大，而深層土壤水分蒸發量較小。土壤水分受多種因素影響，前人研究發現溫度、濕度、降水、日蒸發量、風速等氣象因素均對土壤水分有影響[24]。本研究結果表明濕度及降水量與土壤含水量呈正相關；溫度與土壤含水量呈負 相關。

葉片水勢不僅受到土壤水分的影響還受到氣象因子的影響。有研究表明，在植物水分供應充足的條件下，葉片水勢的變化受環境影響較大，但當土壤水分受到一定限制時，作物根系在土壤中吸收的水分便不能滿足其蒸騰的需要，此時葉片水勢與土壤含水率有著密切的關系[25]。這一情況表明當土壤水分虧缺時，葉片水勢的變化受到土壤水分的影響更大，但依然受氣象因素影響。研究發現，當葡萄的土壤水勢下降時，葉片水勢會隨著土壤水勢的下降而降低，葉片水勢與土壤水勢呈線性正相關關系[26]。植物葉片水勢變化通過根系的調節作用與土壤水勢相聯系，本研究結果表明，在灌水后的一小段時間內，土壤水勢明顯增加，葉片水勢沒有明顯變化，葉片水勢有一定的滯后效應。且有研究發現，當外界條件變化引起蒸騰速率改變時，即便是土壤水勢沒有改變，葉片水勢也會隨之發生變化[27]。故而土壤水勢與葉片水勢之間的關系還需進一步研究。

土壤管理措施對葡萄園內微氣候有重要影響，生草是一種現代化可持續發展的先進果園土壤管理模式，可以改善土壤結構；提高土壤蓄水能力；減少光對地面的直射，調控地表溫濕度[28]。遮陽網能夠遮光、降溫、增濕；交替灌溉能夠利用植物氣孔對干旱的調節功能，調控氣孔行為，降低蒸騰速率，減少植物體水分散失，并保持穩定的光合速率；亦能夠刺激植株根系，提高吸水能力，增加植株對水分的吸收[29]。Barideh等[30]研究指出，和常規灌溉相比，交替灌溉可以節約32%的水量。本研究發現遮蔭、生草處理對葡萄產量沒有顯著性影響，但交替灌溉處理下果實產量顯著降低。故而北疆地區生草、遮蔭、交替灌溉均能不同程度減少土壤水分流失，增加土壤水分利用效率，但交替灌溉使釀酒葡萄產量減少14%。

3.2 不同土壤管理措施對釀酒葡萄品質的影響

新疆是中國釀酒葡萄的重要栽培區，但夏季高溫干旱使得釀酒葡萄成熟過快、含糖量高、成熟期短、酸度較低、香氣欠缺、優質單寧不足等問題，從而導致優質葡萄酒難有較大突破[31]。劉敏等[32]研究顯示，遮陽網對葡萄果實具有延遲成熟、降糖增酸、提高總酚和總單寧含量的作用。遮陽網具有降溫作用，減小晝夜溫差，降低糖的合成，抑制糖的累積；遮陽網減緩空氣流速，減少遮陽網內水分向大氣擴散，從而提高葉幕相對濕度。空氣相對濕度可直接影響到葉片氣孔的開合程度，相對濕度越大，氣孔打開程度越高，適宜的濕度有利于CO2的吸收，間接增強葉片的呼吸作用，消耗一定量糖[33]。遮陽網通過減弱光照度，降低葉片光合作用效率，從而減少碳水化合物合成，果實光合作用形成的產物被呼吸及其他作用消耗所以糖含量降低[34]。有研究表明，在葡萄果實發育進入轉色期以后大量的糖轉運到葡萄漿果果皮細胞[35]。使用遮陽網可以延長葡萄的轉色時間，果皮細胞內的糖被消耗，降低果實含糖量，且延長轉色時間可以增加總酚和單寧物質含量。

國外研究認為草與葡萄競爭水分，造成輕度的水分脅迫有利于葡萄品質的提高[36]。本研究發現生草有效地降低果實中的還原糖含量，增加酸、單寧、酚含量。生草對釀酒葡萄總酸含量沒有顯著性影響，但生草有助于葡萄果實中單寧和酚的積累。高溫導致葡萄酚類物質合成不足，交替灌溉控水減少果穗果粒數量，增加單顆光照面積，有助于果皮變色且糖含量、單寧、酚含量有所增加，改善葡萄酒顏色不足的現狀。4種土壤管理方式中遮蔭對釀酒葡萄品質影響最為顯著，降糖增酸明顯，改善釀酒葡萄果實品質。故而遮蔭對提高新疆北部產區的釀酒葡萄品質具有重要 意義。

本研究對新疆葡萄園常用的幾種土壤管理方式進行對比分析發現，將遮陽網應用在釀酒葡萄栽培中，可以改善葡萄微氣候，增濕，降溫，同時減少光照延長成熟時間，提高果實品質，降糖增酸，增加芳香類物質，故而可以在北疆地區一定程度上推行遮蔭方式來改善高溫干旱對釀酒葡萄的影響，從而提高葡萄酒品質。遮陽網具有多種遮光率、顏色，本試驗僅對遮光率70%的黑色遮陽網進行研究，國外學者研究發現不同顏色遮陽網對葡萄果實內花青素、醇等積累有一定影響[37]。果園內可種植多種草種，不同草種生長特性、需水特性不同，僅苜蓿一種草種無法以一概全，故而下一步可以對不同顏色、不同遮光率的遮陽網及不同生草種類進行研究，為遮陽網及生草在釀酒葡萄栽培管理的應用提供堅實的理論基礎。

4 結 論

生草、遮蔭、交替灌溉均能夠減少土壤水分流失；提高水分利用率，但高溫使土壤水分大量蒸發，各土層土壤水分變異系數較大。不同土壤管理方式不僅能夠減少水分蒸發還能夠提高釀酒葡萄果實品質，進而提高葡萄酒品質，但交替灌溉使釀酒葡萄減產14%左右。研究發現在以上幾種栽培管理方式中遮蔭對釀酒葡萄生長微氣候、果實品質及產量有較大影響，因此可以在北疆地區推廣遮蔭栽培，對北疆葡萄酒產業發展具有重要意義。