賀蘭山東麓葡萄果實品質及其與環境因子的相關性分析

許澤華，牛銳敏，沈甜，黃小晶，徐美隆，陳衛平

（寧夏農林科學院園藝研究所，寧夏銀川 750002）

賀蘭山東麓光熱充足，干燥少雨，晝夜溫差大，已成為我國葡萄酒最佳產區之一，近年來很多產品在國內外評比中獲得了大獎[1-3]。葡萄酒的品質主要取決于品種特性，以及土壤和氣象等風土條件，各地風土條件的差異與葡萄果實中糖、酸、總酚、單寧均有密切關系[4-5]。其中，氣候條件是釀酒葡萄品質最主要的影響因子之一，特別是成熟期的氣象指標對葡萄品質有決定性影響[6-9]；同時，地形地貌、土壤質地及養分狀況等對優質葡萄生產均有顯著影響[10-11]。優良的葡萄品種，在適宜的氣候、土壤條件下生長，并配合科學的田間管理，生產出品質良好的葡萄原料是生產高質量葡萄酒的前提[12-15]。氣象條件和土壤質地等自然條件是很難改變的，對優質葡萄和葡萄酒的生產起到了決定性作用[16-19]。

針對賀蘭山東麓產區土壤狀況與葡萄品質相關性的研究較多，但將氣象和土壤條件綜合起來探索葡萄及葡萄酒品質的相關性研究較少。本文針對賀蘭山東麓5個種植區釀酒葡萄‘美樂’和‘赤霞珠’品質及葡萄酒風格差異較大的問題，通過連續兩年對其所在區域氣象資料收集、土壤理化指標檢測以及葡萄品質的比較，運用相關性分析明確了不同種植區葡萄品質與環境因子的相關關系，找出了品質差異化的主要影響因子，以期為該區域葡萄產業的良好發展提供建議，同時為葡萄品種與酒種區域化提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

寧夏為典型的中溫帶干旱氣候，年均降水量較低，保持在200 mm左右；光照能源較為充足，日照時數2880 h；全年平均氣溫9.5 ℃，4—10月≥10 ℃的有效積溫為3300 ℃以上，晝夜溫差大，為10～15 ℃。試驗地點分別位于寧夏賀蘭山東麓的金沙林場葡萄園（金沙）、玉泉營產區葡萄園（玉泉營南大灘和東大灘）、青銅峽產區葡萄園（御馬葡萄酒廠）、賀蘭山沿山產區金山葡萄園（觀蘭酒莊）、蘆花臺產區葡萄園（園林場）。

1.2 試驗材料

供試材料為15年生健壯‘赤霞珠’和‘美樂’葡萄品種，采用水平“廠”形整形，南北行向，株行距為0.8～1.0 m×3.0 m，短梢修剪為主。每個試驗點管理方式基本一致。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤理化指標的測定和氣象數據收集

2018年9月，對所選小區進行“S”形布點采集土樣，采樣深度為0～60 cm，分別取0～20、20～40、40～60 cm土層土壤，采集5點，四分法進行留樣，帶回實驗室立即自然風干，除雜過篩，送樣分析土壤pH、全鹽、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀。基本理化指標的測定方法：土壤pH、電導率、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀分別按照《森林土壤pH值的測定》（LY/T1239—1999）、《森林土壤水溶性鹽分分析》（LY/T1251—1999）、《森林土壤氮的測定》（LY/T1228—2015）、《森林土壤磷的測定》（LY/T1232—2015）和《森林土壤鉀的測定》（LY/T1234—2015）等林業標準進行測定；有機質按照農業標準《土壤有機質的測定》（NY/T1121.6—2006）進行測定。所用主要儀器有FE20型pH計、DDS-307型電導率儀、2300全自動定氮儀、722S可見分光光度計、410火焰光度計。

氣象數據整理分析：氣象數據通過寧夏氣象局2018和2019年的數據庫收集獲得，并通過計算得出平均溫度、年有效積溫、平均濕度、降水量、日照時數等。

1.3.2 果實品質的測定

‘美樂’‘赤霞珠’分別于9月20日和10月2日采收，設置3個重復，每小區隨機采100粒果，分析果實理化指標。還原糖測定采用斐林試劑滴定法（以葡萄糖計）[20]；可滴定酸測定采用NaOH滴定法（以酒石酸計）[21]；果皮總酚測定采用福林-肖卡法（以沒食子酸計）[22]；單寧測定采用福林-丹尼斯法（以單寧酸計）[23]；花色苷測定采用pH示差法（以二甲基花翠素-3-葡萄糖苷計）[24]。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2013和SPSS 22.0進行統計分析；使用Origin 9.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 5個種植區土壤性狀分析

由表1可以看出：5個種植區土壤pH均大于8，屬于堿性土壤；而金沙林場pH在各層次均高于8.5，屬于強堿性土壤，且隨著土層加深表現為逐漸增加趨勢；觀蘭酒莊、玉泉營0～20 cm及園林場40～60 cm鹽分超過1 g·kg-1，有輕度鹽化現象；金沙林場有機質水平不超過1 g·kg-1，屬于極度貧瘠狀態，園林場種植區有機質相對較高，0～20 cm有機質含量達到11.9 g·kg-1，處于四級水平；速效氮含量均處于5級缺乏水平或以下，園林場3個土層間變化不大，其他種植區均存在隨土層加深逐漸驟減的趨勢；速效磷含量豐富，各種植區0～20 cm及20～40 cm含量超過20 mg·kg-1，處于2級水平以上，達到豐富及極豐富水平；速效鉀含量在觀蘭酒莊與玉泉營表現為相對缺乏狀態，而20 cm以下表現為5級缺乏水平，速效鉀含量變異較大。所有采樣點的土壤容重以園林場和御馬基地較高，不利于植株根系生長和下扎；觀蘭酒莊和玉泉營的土壤容重低于1.5 g·cm-3，屬適度狀態。

土壤質地是土壤穩定的自然屬性之一，園林場種植區土壤質地屬于砂質粘壤土；金沙林場種植區質地屬于粗砂土類型；玉泉營屬于砂質壤土；御馬種植區屬于壤質粘土；觀蘭酒莊土壤質地屬于粗骨灰鈣土粗砂土類型。

2.2 5個種植區氣象數據的分析

從表2數據來看，2019年降水量整體較低，御馬和金沙的降水量不足200 mm，御馬基地僅117.3 mm；2018年降水量明顯比2019年高，普遍在300～650 mm，觀蘭酒莊在7—8月份有幾次暴雨強降水，所以降水量達到了651.3 mm。平均相對濕度也是2018年比2019年高，都在50%～65%，御馬和金沙林場的相對濕度較低，觀蘭酒莊在賀蘭山下，相對濕度較大。3—10月份的平均溫度都在17 ℃左右，相差不明顯，玉泉營和金沙林場的平均溫度最高，其次是園林場，御馬和觀蘭酒莊較低。不同種植區兩年的有效積溫在3500～3900 ℃，御馬和金沙林場有效積溫較高，其次是園林場和玉泉營，觀蘭酒莊最低。由此可以看出，有效積溫年際之間的差異明顯，各個地區不同年份也有所變化。不同種植區3—10月份的日照時數都在2100 h左右，從兩年的數據比較看御馬和金沙林場日照時數最長，其次是玉泉營和園林場，觀蘭酒莊最低。

表2 種植區葡萄生長季（3—10月）的氣象數據比較Table 2 Comparison of meteorological data of grape growing seasons (March to October) in five regions

2.3 5個種植區兩品種果實品質的比較

由表3和表4得出，5個種植區‘美樂’和‘赤霞珠’葡萄的果實理化指標有顯著差異。對于‘美樂’，園林場和觀蘭酒莊的果實穗質量和粒質量顯著高于其它種植區，觀蘭酒莊的可溶性固形物和還原糖最高，其次是御馬和金沙林場，園林場和玉泉營的較低；園林場和玉泉營的可滴定酸較高，其次是御馬酒莊；園林場和玉泉營的葡萄總酚、花色苷、單寧含量均較低，御馬酒莊的糖酸比適中，總酚、花色苷、單寧含量最高，品質最優。對于‘赤霞珠’葡萄來說，觀蘭酒莊的穗質量顯著高于其它種植區，御馬和玉泉營的葡萄粒質量顯著高于其它種植區；‘赤霞珠’葡萄的可溶性固形物、還原糖、可滴定酸在5個種植區之間的差異與‘美樂’葡萄的表現較為相似；玉泉營葡萄的總酚、花色苷和單寧含量均較低，而御馬基地和金沙林場葡萄的總酚和單寧則較高。總體而言，御馬酒莊的‘美樂’和‘赤霞珠’葡萄糖酸適中，總酚、花色苷、單寧含量較高，品質較優，其次是金沙林場和觀蘭酒莊，玉泉營和園林場較差。

表3 5個種植區‘美樂’葡萄果實的理化指標Table 3 Physicochemical indexes of 'Merlot' in five regions

表4 5個種植區‘赤霞珠’果實的理化指標Table 4 Physicochemical parameters of 'Cabernet Sauvignon' in five regions

2.4 葡萄品質與環境因子的相關性分析

將代表葡萄果實品質的理化指標（x1-穗質量；x2-粒質量；x3-可溶性固形物；x4-還原糖；x5-可滴定酸；x6-總酚；x7-花色苷；x8-單寧）和土壤指標（y1-pH；y2-全鹽；y3-有機質；y4-速效氮；y5-速效磷；y6-速效鉀；y7-容重；y8-含水量；y9-孔隙度；y10-飽和含水量；y11-田間持水量）及3—10月的氣象指標（z1-降水量；z2-均溫；z3-最低溫；z4-相對濕度；z5-有效積溫；z6-日照時數）進行相關性分析，結果見表5、表6。

表6 ‘赤霞珠’葡萄品質與土壤、氣候因子的相關性Table 6 Correlation between 'Cabernet Sauvignon' grape quality and soil and climate factors

由表5和表6相關性分析可知，‘美樂’葡萄的可溶性固形物與相對濕度、月均最低溫度呈顯著負相關，與3—10月平均溫度、有效積溫、日照時數及土壤有機質含量顯著正相關，說明月均最低溫降低、日照時數增加、土壤有機質含量提高同樣有利于‘美樂’葡萄糖分的積累；‘赤霞珠’葡萄生長季節（3—10月）平均溫度與穗質量呈顯著正相關，有效積溫和粒質量呈現顯著正相關，說明平均溫度提升有利于‘赤霞珠’葡萄果粒的膨大及干物質的積累。兩個品種果實總酚、花色苷、單寧與土壤pH呈負相關，與有效積溫、日照時數、土壤有機質、速效鉀呈顯著正相關；可滴定酸與土壤含水量、速效氮、全鹽含量呈顯著正相關，說明降低土壤pH、增加日照時數、提高土壤有機質及速效鉀含量同樣有利于風味物質的形成和積累。

2.5 環境因子對果實品質影響的主成分分析

分別對5個種植區‘美樂’和‘赤霞珠’葡萄的土壤、氣候因子進行主成分分析，各提取2個主成分。由載荷圖（圖1左）可知，土壤因子、氣候因子的主成分1和主成分2分別為46.59%和31.93%，累計方差貢獻率為78.52%。由得分圖（圖1右）可知，5個種植區可以實現比較好的產區分布，且不同土壤因子、氣候因子對不同地區葡萄的貢獻有所不同。

由圖1可知，園林場、御馬種植區位于第一象限，土壤速效磷、速效氮、容重及含水量在這兩個種植區的貢獻較其他產區顯著；金沙產區位于第二象限，土壤pH、速效鉀及均溫、最低溫、有效積溫、日照時數對該種植區的貢獻較其他產區顯著；玉泉營種植區位于第三象限，降水量對該產區的貢獻較其他產區顯著；觀蘭種植區位于第四象限，土壤全鹽、田間持水量及空氣相對濕度對該種植區的貢獻較其他產區顯著。

2.6 不同種植區葡萄果實品質的綜合評價

分別對5個種植區的‘美樂’和‘赤霞珠’葡萄品質進行主成分分析，分別提取2個主成分。由荷載圖（圖2）可知，葡萄品質的主成分1和主成分2分別為43.47%和31.07%，累計方差貢獻率為74.54%；由得分圖可知，5個區域的‘美樂’‘赤霞珠’葡萄可以實現比較好的產區分布。

圖2 葡萄品質指標的主成分分析因子載荷圖（左）和得分圖（右）Figure 2 Principal component analysis factor loading diagram (left) and score graph (right) for quality index

由圖2可知，觀蘭、御馬產區的‘赤霞珠’均位于第一象限，可溶性固形物、總酚、單寧對這兩個產區的‘赤霞珠’貢獻較其他產區顯著；御馬、觀蘭、金沙產區的‘美樂’位于第二象限，穗質量、粒質量、還原糖、花色苷對這3個產區的‘美樂’貢獻較其他產區顯著；金沙、玉泉營、園林場地區的‘赤霞珠’位于第四象限，可滴定酸對這3個產區的‘赤霞珠’貢獻較其他產區顯著。

主成分F1和F2從不同方面反映了不同地區‘美樂’‘赤霞珠’葡萄的品質，用F1和F2的方差貢獻率做權重數，計算每個處理總成分Q的得分函數，以對不同地區‘美樂’‘赤霞珠’葡萄的品質進行綜合評價。按照不同處理綜合得分值的大小，得出不同地區‘美樂’‘赤霞珠’葡萄品質排名（表7）。綜合得分越高，排名越靠前，葡萄綜合品質就越好。通過對葡萄樣品基本理化指標、多酚指標的研究可知，‘美樂’‘赤霞珠’兩品種在5個種植地表現出相同的結果，均在御馬采樣點的品質最好，優于其它種植地，而園林場的品質最差。

表7 葡萄品質綜合評價Table 7 Comprehensive evaluation of grape berry

3 討論與結論

葡萄品質很大程度上決定了葡萄酒品質，且品質高低與氣象條件關系密切[25-26]。馬力文等[27]運用釀酒葡萄品質氣象評價模型，評價了葡萄品質形成的氣象評級和氣象指標的相關性，認為葡萄品質的優良與平均溫度、有效積溫、日照時數、降水量等關系密切，氣候變率也會導致葡萄風味年際間差異明顯。葡萄的成熟早晚和品質的優良與土壤的類型關系密切，灰鈣土產的葡萄成熟期適中，香氣較好，酸度偏低，單寧和酚類等風味物質較為適宜，品質最優；風沙土葡萄成熟期較早，糖酸適宜，果皮顏色物質含量較高，可促進葡萄酒色度和芳香物質的形成，品質居中；灌淤土葡萄果實酸度最高，但葡萄品質各項指標均最低[28-30]。綜合而言，粗砂粒和細砂粒輕壤土對提高葡萄品質有利，而土壤顆粒越黏重對葡萄品質越不利，灰鈣土所產葡萄果皮總花色苷、總酚和單寧含量顯著高于灌淤土。

本研究認為，幾種典型土壤的葡萄品質優劣順序為淡灰鈣土＞灰鈣土＞風沙土＞灌淤土。果實品質比較表明，園林場和玉泉營的葡萄糖酸適中，但風味物質顯著低于其它3個地方，金沙林場和觀蘭酒莊品質居中，御馬的葡萄糖酸適中，總酚、花色苷、單寧含量顯著高于其他地區，品質最優。相關性分析表明，可溶性固形物、還原糖與土壤有機質呈正相關；總酚、花色苷、單寧與土壤pH呈負相關，與土壤有機質、速效鉀呈正相關；可滴定酸與全鹽、速效氮含量正相關，結果與前人研究結論較為一致[31-34]。主成分分析表明，不同種植區受土壤因子和氣象因子影響，其葡萄品質差異顯著。在生長季影響釀酒葡萄品質差異的氣象影響因子為：日照時數、有效積溫、3—10月平均溫度、月均最低溫度；土壤因子為：有機質、速效氮、速效鉀、土壤pH、全鹽、土壤含水量。由于賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區均為灌區，土壤富磷，所以降水量和速效磷等不是影響葡萄品質的主要因子。在賀蘭山東麓要縮小葡萄品質差異，進一步提高葡萄品質的關鍵技術措施是增加土壤有機質和速效氮，降低土壤pH及全鹽含量，以及通過微氣候調節來提高平均溫度和有效積溫。