灌溉量和滴灌方式對釀酒葡萄品質的影響及綜合評價

牛小霞，馬忠明，陳娟，邊金霞

（1.甘肅省農業科學院經濟作物與啤酒原料研究所，蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院，蘭州 730070）

我國灌溉水有效利用系數低于節水先進國家[1]河西灌區是我國缺水最嚴重的地區之一，“不灌不植”是其顯著特點，沒有灌溉就沒有河西農業的發展。甘肅河西走廊是釀酒葡萄的優質產區，生產的葡萄穗大粒飽、著色好、香氣濃郁，釀造的葡萄酒以果香濃郁、酒體完美而著稱。2018年釀酒葡萄種植面積超過2萬hm2，占全國釀酒葡萄種植總面積的13.0%以上[2]。水分對釀酒葡萄的生長發育、果實品質有著十分顯著的影響，尤其是在葡萄生長的關鍵期，保障水分供給對釀酒葡萄的生長發育，果實的高產優質至關重要。在減少農業用水的同時保證農產品的產量與品質對農業可持續發展有重要意義[3]。目前，河西走廊葡萄種植園已大面積推廣使用了滴灌技術和水肥一體化技術[4]。但不合理的灌溉量和灌溉方式，不僅浪費水資源，使釀酒葡萄的產量和品質下降。房玉林研究表明，釀酒葡萄灌水量過高或過低均對光合作用不利，灌水量過低降低葡萄產量，但灌水量過高降低釀酒葡萄品質[5]。朱潔[6]等認為隨著灌溉定額的增加葡萄產量呈先增后降趨勢。采用不同滴灌方式對根系的數量影響較大，在雙管滴灌、單管滴灌和膜下滴灌方式下，根系數量較溝灌方式下分別提高了40.6%、22.1%和7.2%，采用雙管滴灌和膜下滴灌方式，有利于提高肥料和水分的利用率[7]。王銳等研究表明，單管滴灌方式有利于葡萄園機械化管理，最佳水分管理方式是增加單次灌溉時間，每次灌水量達到450 m3/hm2[8]。杜太生等研究了3種滴灌模式對葡萄果實品質的影響，其中根系分區交替灌溉顯著提高了漿果維生素C、可溶性固形物含量，降低了總酸含量[9]。國內在滴灌條件下，灌溉量、灌溉制度、滴灌方式等對釀酒葡萄生長影響等進行了較多研究[10-12]，但灌水量和滴灌方式結合18種釀酒葡萄品質特性的研究未見報道。因此，本文通過田間試驗，以9年生“赤霞珠”釀酒葡萄為研究對象，研究不同灌溉量和滴灌管方式對釀酒葡萄品質的影響，以期篩選出河西灌區釀酒葡萄滴灌條件下適宜的灌水量與滴灌方式，為生產高品質釀酒葡萄的高效節水灌溉提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2020年4-10月在甘肅省武威市民勤縣大壩鄉城西村大漠明珠特色林果專業合作社(38°37′N，103°30′E，海拔1 340 m)進行。試驗地屬溫帶大陸性干旱氣候，年均降水量≤110 mm，7-9月的降水占全年降水的60%，年蒸發量2 644 mm，日照時數＞3 010 h，＞10 ℃積溫3 147.8 ℃。0～20 cm土層，土壤容重為1.53 g/cm3、田間持水量為33.7%～36.2%(土壤體積含水量)、有機質含量7.95 g/kg、全氮含量0.56 g/kg、速效磷含量175 mg/kg及速效鉀含量156 mg/kg。

1.2 試驗設計

以釀酒葡萄赤霞珠為試驗材料，單壁籬架栽培，株距為0.7 m，行距為3.0 m，南北走向。試驗采用裂區設計，以灌水量為主區[2 400 m3/hm2(A1)、3 600 m3/hm2(A2)、4 800 m3/hm2(A3)]；3種滴灌方式為副區[1行1管(B1)、1行2管(B2)及根系分區交替灌溉(B3)]，共9個處理，3個重復，試驗小區面積130 m2，滴頭間距0.5 m，具體灌水量、滴灌布局、灌水定額及灌水時間見表1和表2。灌水、施肥采取少量多次原則。施肥時將肥料完全溶解于施肥罐中，施肥前30 min滴水，停水前30 min結束施肥。田間管理與當地葡萄園管理一致。

表1 各灌水處理下灌水量及灌水布局(2019-2021)Tab.1 Irrigation volume and drip irrigation layout for each irrigation treatment during the experimental period (2019-2021)

表2 各處理灌水定額與灌水時間Tab.2 Irrigation time and irrigation quota for each irrigation treatment during the experimental period (2019-2021)

1.3 測定指標及方法

在釀酒葡萄成熟期，不同處理中隨機選擇10棵長勢一致的釀酒葡萄樹，在每串果穗上按上、中、下隨機選取10粒果實，對果實縱橫徑進行測量并稱質量，取其平均值，得到單粒的縱橫徑及種子數量等。之后隨機選取10粒，用于測定單寧、花青素、黃酮、總糖及總酸。種子的外觀品質和單寧含量參照文獻[6]的方法；花青素含量參照文獻[13]的方法；黃酮含量參照文獻[14]的方法；總糖和總酸含量參照文獻[15]的方法。

1.4 數據處理及分析

綜合評價參照文獻[16, 17]處理。利用統計軟件DPS 7.0對試驗數據進行方差分析，采用Excel 2010對試驗數據進AHP層次分析法、熵權法及組合賦權法的TOPSIS模型賦權的計算。

2 結果與分析

2.1 灌溉量及滴灌方式對釀酒葡萄外觀品質的影響

由表3可知，橫徑、縱徑和單粒重隨灌溉量的增加呈先增后降趨勢，橫徑和單粒重在灌水量為A2處理下，顯著高于A1和A3；縱徑在A2處理下顯著高于A3處理，與A1處理差異不顯著。果皮厚度在A1B2處理最高，其他處理間差異不顯著。果皮質量在A2B2處理最高，A3B1處理最低，其他處理間差異不顯著。種子數量在處理A2B3最多，種子質量在處理A2B2最高，皮果比在處理A1B1高于其他處理，其他不同處理間差異不顯著；果形指數在處理A3B3高于其他處理，不同處理間差異不顯著。灌溉量與滴溉方式作為單因子或者灌溉量和滴溉方式互作對釀酒葡萄外觀品質影響達到顯著水平，表現為灌溉量＞滴灌方式＞灌溉量和灌溉方式。

表3 不同灌溉量及滴灌方式對釀酒葡萄外觀品質的影響Tab.3 Effects of different irrigation amount and drip irrigation modes on wine grape fruit appearance quality

2.2 灌溉量及滴灌方式對釀酒葡萄內在品質的影響

由表4可知，不同處理對釀酒葡萄果實不同部位品質的影響不同。單寧在種子中的含量高于果肉和果皮，在種子中處理A2B2、A2B3單寧含量最高，果肉中處理A2B1和A2B3含量最高，果皮中處理A2B2含量最高。果皮中花色苷含量在處理A2B1、A2B2最高，果肉花色苷含量在處理A2B1最高，種子中處理A2B3和A3B1值比較高?；ㄇ嗨卦诠ぶ泻孔罡?，其次在種子中，果肉中含量最低；種子和果皮中處理A2B1、A2B2、A2B3花青素含量比較高，處理A1B1和A1B2最低，在果肉中不同處理含量差異不顯著。總酚在種子中含量最高，其次在果皮中，果肉中含量最低；種子中處理A2B2、A2B3含量最高，果肉中處理A2B2、A3B2和A3B3含量最高，在果皮中不同處理含量差異不顯著。黃酮在種子中含量最高，其次在果皮中，果肉中含量最低；種子中處理A2B2含量最高，果肉中處理A2B1含量最高，在果皮中處理A2B3含量最高。果實中單寧、花色苷、花青素、總酚、黃酮含量隨灌溉量的增加呈先增加后減小趨勢。灌溉量與灌溉方式作為單因子或者灌溉量和灌溉方式互作對釀酒葡萄果實品質影響達到顯著水平，表現為灌溉量＞灌溉方式＞灌溉量和灌溉方式。

表4 灌溉量及滴灌方式對釀酒葡萄果實不同部位品質的影響Tab.4 Effects of different irrigation amount and drip irrigation modes on wine grape fruit different parts quality

還原糖在A2B3處理下最高，在A1B1處理下最低，其他處理間差異不顯著；總糖含量隨灌溉量的增加而降低，不同處理間差異不顯著；總酸隨灌溉量的增加而增加，不同滴灌方式對這3個品質性狀影響不顯著。糖酸比在處理A2B3時值最高，其他處理間差異不顯著，見表5。

2.3 釀酒葡萄品質的TOPSIS法綜合評價

2.3.1 釀酒葡萄單一營養品質指標權重的確定

（1）釀酒葡萄果實品質評價指標的劃分。釀酒葡萄綜合品質(S)包含外觀品質(T1)、內在品質(T2)和風味品質(T3) 3個準則層，第三層指標層(U)為具體評價指標，T1主要包括橫徑、縱徑、果皮厚、單粒重、果皮質量、種子數量、種子質量、皮果比、果形指數；T2主要包括單寧、花色苷、花青素、總酚、黃酮、總酸、還原糖、植物總糖；T3為糖酸比（圖1）。

圖1 釀酒葡萄果實品質評價指標分層Fig.1 The index stratification of wine grape fruit quality evaluation

（2）AHP層次分析法確定釀酒葡萄單一品質指標權重?；趯哟畏治龇ù_定主觀權重結果如表6所示，具體計算步驟見文獻[18, 19]。λmax為最大特征值，釀酒葡萄一級指標權重的最大值為內在品質指標(0.443 4)，其次為風味品質(0.387 4)，外觀品質最小(0.169 2)；各項二級指標中權重值最大的糖酸比（0.387 0）；其次為單寧（0.116 5）；果形指數最?。?.009 3）。

表6 AHP層次分析法計算權重的結果Tab.6 Results of AHP analytic hierarchy process

（3）CRITIC-熵權法確定釀酒葡萄單一營養品質指標權重。通過熵權法計算的各指標權重見表7。具體方法見文獻[20, 21]。結果顯示糖酸比的權重值最大，為0.130 8，其次是糖酸比、果形指數和總酚。CRITIC-熵權法得到各指標權重排序依次為糖酸比＞花色苷＞黃酮＞花青素＞單寧＞總酚＞果形指數＞總糖＞皮果比＞縱徑＞單粒重＞總酸＞果皮厚度＞橫徑＞種子質量＞還原糖＞種子數量＞果皮質量。

表7 CRITIC-熵權法確定的釀酒葡萄單一品質指標權重Tab.7 Weights of single wine grape quality indicator based on entropy method

（4）基于博弈論的組合賦權法確定釀酒葡萄單一營養品質指標權重。AHP層次分析法得到的權重易受主觀影響，為了提高權重賦權值的可靠性和科學性，兩種權重結果基于博弈論的組合賦權法重新計算指標權重。從表8可以看出，糖酸比＞單寧＞花色苷＞總酚＞花青素＞黃酮＞總糖＞縱徑＞總酸＞單粒重＞還原糖＞橫徑＞果形指數＞種子質量＞皮果比＞果皮厚度＞果皮質量＞種子數量。

表8 基于博弈論的組合賦權法確定的釀酒葡萄單一品質指標權重Tab.8 Weights of single wine grape quality indicator from combination approach based on game theory

2.3.2 基于TOPSIS法評價釀酒葡萄綜合營養品質

基于TOPSIS法，對數據進行無量綱化，計算主客觀組合權重得到加權評價矩陣，然后確定正理想樣本和負理想樣本集合：Z+=[0.005 7，0.013 4，0.002 6，0.007 2，0.005 3，0.003 2，0.005 8，0.002 2，0.003 3，0.026 8，0.010 0，0.017 2，0.024 9，0.017 1，0.000 4，0.009 7，0.020 4，0.080 3]；Z-=[0.002 8，0.004 7，0.002 3，0.003 2，0.003 3，0.001 4，0.002 3，0.000 3，0.000 4，0.020 2，0.007 4，0.000 7，0.000 6，0.000 4，0.013 0，0.000 1，0.002 2，0.066 6]。

計算各樣本指標距離理想樣本和負理想樣本的遠近值Di+、Di-和各樣本到理想樣本的相對接近度Hi。不同滴灌量和滴管方式下，果實品質越接近于理想值，即Hi越大，表明釀酒葡萄果實綜合品質越好。由表9可以看出，處理A2B2與理想樣本的相對接近度最高為0.731 6，其次是處理A2B1、A2B3、A1B2、A3B1、A3B2、A1B3、A1B1，其中A3B3的相對接近度最低。說明灌溉量2 700 m3/hm2，一行兩管灌溉組合下釀酒葡萄果實綜合品質最佳，其次是灌溉量2 700 m3/hm2，交替灌溉處理組合。

表9 基于 TOPSIS 法確定的釀酒葡萄品質指標及其排序Tab.9 Wine grape comprehensive quality index and its rank based on TOPSIS

3 討 論

滴灌量和滴灌方式對作物的生長發育、品質起著重要作用，滴灌量和滴灌方式交互在一定范圍內可以促進作物的生長，減少滴灌量。適宜的滴灌量顯著影響釀酒葡萄的外觀品質，該試驗研究表明，釀酒葡萄橫徑、縱徑和單粒重在滴灌量2 700 m3/hm2時高于1 800 m3/hm2和3 600 m3/hm2，外觀品質較好。這與楊慧慧[22]、唐瑞[23]等研究結果一致。釀酒葡萄品質受滴灌量的影響較為顯著，適宜的滴灌量可以提高葡萄果實品質，該試驗研究表明，滴灌量在2 700m3/hm2時，釀酒葡萄的內在品質優于滴灌量為1 800 m3/hm2和3 600 m3/hm2時，這與蘇雪德[24]等研究結果一致。但王東[25]等通過不同灌溉量對釀酒葡萄生長和品質的影響表明，滴灌量為3 750 m3/hm2時葡萄果實品質最好，這與本研究結果不太一致，王東等人研究的釀酒葡萄樹齡為6 a生，而本試驗研究的釀酒葡萄樹齡為9 a生，可能滴灌量的多少跟釀酒葡萄的樹齡有關。

滴灌方式處理能有效防止土壤中水分的蒸發，使水分快速到達根系，很大程度上提高了水分利用率。本研究測定了3種不同滴灌方式對釀酒葡萄的18種品質特性的影響，結果表明，不同滴灌方式對釀酒葡萄的18種品質性狀影響不顯著。蔣富昌[26]等研究表明，滴灌帶布置方式對棉花籽棉產量及灌溉水利用效率無顯著性差異。這與本研究結果一致。杜太生等[27]研究了常規滴灌、固定部分根區滴灌和根系分區交替滴灌模式對葡萄品質的影響顯著。這與本研究結果不太一致，可能本研究試驗中，兩根毛管之間距離太小，后期試驗應加大兩根毛管之間的距離。

綜合營養品質評價指標的構建可為提高釀酒葡萄品質提供科學依據，在合理有效地利用水肥資源的同時，提高農業管理水平[17-22]。Topsis評價法已應用在果實營養品質評價、施肥節水效益綜合評價等方面。本研究利用Topsis法對滴灌方式和灌溉定額9個處理下釀酒葡萄的外觀品質(橫徑、縱徑、果皮厚、單粒重、果皮質量、種子數量、種子質量、皮果比和果形指數)和內在品質(單寧、花色苷、花青素、總酚、黃酮、還原糖、總酸、植物總糖、糖酸比)進行了綜合評價，結果表明處理A2B2(2 700 m3/hm2，一行兩管)組合下釀酒葡萄果實綜合品質最佳，其次是灌水量2 700 m3/hm2，交替灌溉組合。李燦研究表明，滴管一行兩管布設對蘋果的綜合品質最好[17]。

4 結 論

3種灌溉量對釀酒葡萄的外觀品質和內在品質影響顯著，滴灌管布置方式對釀酒葡萄的外觀品質和內在品質影響不顯著。本研究通過主客觀賦權的TOPSIS模型對河西走廊釀酒葡萄赤霞珠品質進行綜合評價，確定了在當地試驗條件下，處理A2B2(2 700 m3/hm2，一行兩管)組合下釀酒葡萄果實綜合品質最好。