調虧灌溉對賀蘭山東麓赤霞珠葡萄主干莖流規律及品質的影響

摘要： 為探究水分供應對赤霞珠葡萄主干莖流規律及果實品質的影響，明確水分運輸特征，篩選寧夏賀蘭山東麓適宜的水分供應模式，以5 a生釀酒葡萄赤霞珠（Cabernet Sauvignon） 為試驗材料，設置3 900 m3/hm2（T1）、4 500 m3/hm2（T2）、5 100 m3/hm2（T3）、5 700 m3/hm2（CK）4個水分灌溉水平，開展調虧灌溉對賀蘭山東麓葡萄產區赤霞珠葡萄主干莖流規律及漿果品質影響的研究。結果表明：赤霞珠葡萄主干莖流速率、單株莖流量總體呈現晝高夜低的變化趨勢。晴天莖流較陰天啟動時間早、響應迅速、峰值高、高流速持續時間長。無論在晴天還是陰天均存在夜間莖流，且白天莖流速率高的處理夜間莖流速率亦高。調虧灌溉T1處理比對照（CK）節水31.58%，不僅能促進赤霞珠葡萄主干莖流速率、單株莖流量及單日蒸騰量，而且葡萄漿果的可溶性糖、可滴定酸、總酚、單寧和總花色苷含量分別提高了2.68%、6.81%、27.94%、20.92%和3.03%。因此，綜合分析認為，T1調虧灌溉措施，不僅能實現大幅節水，而且能顯著提高赤霞珠葡萄漿果品質。

關鍵詞： 調虧灌溉；賀蘭山東麓；葡萄；主干莖流；品質

中圖分類號： S663.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）03-0798-09

Effects of regulated deficit irrigation on stem flow and quality of Cabernet Sauvignon grape in eastern foot of Helan Mountain

HU Hong-yuan1，2，3， WANG Jing1，2，3， LI Hong-ying1，2，3， QI Huan-jun4， LEI Xiao-ting4

（1.Key Laboratory of Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions， China Meteorological Administration， Yinchuan 750002， China;2.Ningxia Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Reduction， Yinchuan 750002， China;3.Ningxia Meteorological Science Institute， Yinchuan 750002， China;4.Agricultural Resources and Environment Institute， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， China）

Abstract： In order to explore the influence of water supply on the stem flow and fruit quality of Cabernet Sauvignon grape， clarify the characteristics of water transport， and screen the suitable water supply mode in the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia， an experiment with four water irrigation schemes of 3 900 m3/hm2（T1）， 4 500 m3/hm2（T2）， 5 100 m3/hm2（T3） and 5 700 m3/hm2（CK） was conducted with five-year-old wine grape Cabernet Sauvignon as experimental material. The effects of regulated deficit irrigation on stem flow and berry quality of Cabernet Sauvignon grape in the eastern foot of Helan Mountain were discussed. The results showed that the main stem flow rate and stem flow per plant of Cabernet Sauvignon grape generally showed a trend of high day and low night. The stem flow in sunny days started earlier than that in cloudy days， with rapid response， high peak value and long duration. There was nighttime sap flow in both sunny and cloudy days， and the treatment with high daytime stem flow rate had high nighttime stem flow rate. The regulated deficit irrigation" T1 treatment saved water by 31.58% compared with the control， which" not only promoted the stem flow rate， stem flow per plant and daily transpiration of Cabernet Sauvignon grape， but also increased the contents of soluble sugar， titratable acid， total phenol， tannin and total anthocyanin by 2.68%， 6.81%， 27.94%， 20.92% and 3.03%， respectively. Therefore， T1 regulated deficit irrigation scheme could not only achieve significant water saving， but also significantly improve the quality of Cabernet Sauvignon grape berries.

Key words： regulated deficit irrigation;Helan Mountain’s east foothill;grape;stem flow;quality

寧夏賀蘭山東麓具有種植優質釀酒葡萄得天獨厚的氣候資源優勢。2021年，寧夏獲批全國首個葡萄及葡萄酒產業開放發展綜合試驗區，標志著寧夏賀蘭山東麓葡萄酒產業進入國家戰略[1]。寧夏深居內陸，降水資源匱乏，加之釀酒葡萄種植規模不斷擴大，對水分的需水量持續加大，導致轄區用水壓力進一步增加。近年來，賀蘭山東麓葡萄產區大力推行高效節水灌溉技術，雖然傳統的漫灌方式仍然存在，但在“控水提質”方面取得了前所未有的成效。然而，部分種植園區存在對“控水提質”的過分解讀，一味追求小粒松散、控制副梢的葡萄栽培管理方式，導致漿果出現皺縮、早衰、紅果等現象，既降低了產量，又影響了品質。究其根本是園區管理人員對釀酒葡萄生理需水規律尚缺乏科學認識，生產中葡萄園水分管理大多根據傳統栽培經驗，這不僅降低了水分利用效率，還嚴重影響了葡萄漿果的產量和品質。因此，探索葡萄水分需求規律，對實現高效節水灌溉具有重要的指導意義。

調虧灌溉作為新的灌溉方式，不僅可以提高農作物水分利用效率，還可以控制農作物營養器官生長，達到節水增產、改善果實品質的目標［2-3］。近年來，該技術廣泛應用于小麥、玉米[4]、牧草[5]及果樹[6-7]等農作物的生產實踐。莖流是在蒸騰拉力的作用下，植物體內汁液向上的流動。根系吸收的水分，絕大部分通過主干莖流輸送到植物冠層，用于蒸騰消耗。因此，莖流量可作為一項生理指標來衡量植物生長過程中的耗水量[8]。相比快速稱質量法、葉室法、傷流法及盆栽試驗法等植物蒸騰量測定方法，莖流儀根據熱平衡原理，對植株體內汁液流速進行實時監測，能精確地反映植株體內水分狀況，具有操作簡單、快速準確、連續動態及破壞小等優點，被廣泛應用于植物水分平衡研究[9]。目前，在調虧灌溉[10-11]和灌溉制度[12-14]對釀酒葡萄產量和品質影響，不同灌溉水平和栽培方案對葡萄主干液流特征[15-17]等方面已有初步研究。但在調虧灌溉條件下，氣象要素對釀酒葡萄主干莖流及品質的影響等方面研究尚不深入。

本研究利用植物莖流儀，通過對不同調虧灌溉方案下賀蘭山東麓赤霞珠葡萄晴天和陰天主干莖流速率和莖流量日變化的分析，明確影響赤霞珠葡萄日蒸騰量的關鍵氣象因子，確定不同調虧灌溉方案對葡萄品質的影響，旨在為賀蘭山東麓葡萄產區精準灌溉方案的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗基地

試驗于2020年在寧夏賀蘭山東麓金山試驗區觀蘭酒莊進行。試驗點全年平均氣溫12.1 ℃，降水量141.9 mm。生長期內主要氣象要素變化特征見圖1。供試品種為5 a生赤霞珠葡萄，標準“廠”字整形，南北行向，每行種植60株，株行距0.6 m×3.5 m。冬季為中、短梢配合修剪。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區組試驗設計，隨機選取4行分別進行灌水量3 900 m3/hm2（T1）、4 500 m3/hm2（T2）、5 100 m3/hm2（T3）、5 700 m3/hm2（CK）處理。與CK相比， T1、T2、T3處理的灌溉調虧率分別為31.58%、21.05%、10.53%。待赤霞珠葡萄萌芽后，在不同發育期進行調虧灌溉處理，直至采收結束，具體調虧灌溉方案見表1。其他田間管理措施保持與常規管理一致。自赤霞珠葡萄轉色（8月6日）后，采集主干莖流數據，采收期在果穗上、中、下隨機取100粒果實，3次重復，冷藏帶回實驗室進行品質指標檢測。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 主干莖流測定及蒸騰量估算 采用 SFMI探針式樹干莖流儀（ICT Internation Pty Ltd公司產品， 澳大利亞）連續監測不同處理赤霞珠釀酒葡萄主干莖流。每處理選取樹體健康，長勢良好，有代表性的主干粗度約40 mm的植株安裝莖流儀。首先用刮刀去除樣樹樹干外部死皮，然后用細砂紙打磨光滑，并用游標卡尺準確測量安裝傳感器處直徑。莖流儀安裝高度距地面40 cm的樹干陰面，并用反射性泡沫鋁膜進行包裹。監測時段為轉色期至收獲期（2020年8月6日至2020年10月1日），數據讀取時間間隔為30 min。主干莖流速率（cm/h）由莖流儀直接測定，單株莖流量（cm3/h）為莖流速率與主干橫截面積的乘積，日蒸騰量（mm）為單株莖流量日均值（cm3/h，1株）×植株密度（株，1 m2）×24（h/d）×1 000-1，總蒸騰量（mm）為逐日蒸騰量之和。

1.3.2 氣象要素監測 采用江蘇省無線電科學研究所有限公司研制的農田小氣象站（型號DZZ 4-1）進行試驗地氣象要素監測。監測要素包括光合有效輻射、降水量、氣溫、露點溫度、相對濕度、風速、水汽壓等，采集時間間隔為5 min。逐日氣象要素值根據監測的數據平均得到。

1.3.3 品質指標測定 可溶性固形物含量測定采用折光儀法；還原糖含量測定采用菲林試劑滴定法；總酸含量測定采用 NaOH滴定法；單寧含量測定采用福林丹尼斯法；花色苷含量測定采用鹽酸-甲醇提取比色法；總酚含量測定采用福林酚法[18]。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理及作圖，采用SPSS10.0進行統計分析，不同處理之間多重比較采用Duncan’s新復極差法。

2 結果與分析

2.1 調虧灌溉對轉色期赤霞珠葡萄主干莖流規律的影響

2.1.1 赤霞珠葡萄主干莖流速率日變化規律 圖2為赤霞珠葡萄轉色期典型陰天（8月17日）和晴天（8月18日）主干莖流速率的日變化規律。由圖可知，不同調虧灌溉方案下，晴天日出后赤霞珠葡萄主干莖流速率迅速提升，至8：00左右達到高位，18：00左右開始回落，而陰天主干莖流速率變化平緩且維持在相對較低水平。不論是晴天還是陰天均存在夜間莖流，白天莖流高的處理夜間莖流亦高。無論晴天還是陰天，T1處理莖流速率總體都最高，T3處理最低。與對照相比，晴天T1處理莖流速率峰值增加8.60%，T2和T3處理分別減少25.77%和17.88%；陰天T1處理莖流速率峰值比對照增加43.47%，T2和T3處理分別比對照減少15.84%和37.98%。

赤霞珠葡萄采收期典型陰天（9月30日）和晴天（10月1日）主干莖流速率日變化如圖3所示。與轉色期相似，不同調虧灌溉條件下，晴天日出后赤霞珠葡萄主干莖流速率提升迅速，9：00左右達到高位，至17：00左右，主干莖流速率快速回落，總體呈晝高夜低的變化。而陰天只在正午前后進入短暫的高位，且峰值比晴天低。采收期夜間莖流速率波動平緩，且白天莖流速率高的處理夜間莖流速率亦高。T1處理莖流速率在晴天和陰天均表現最大，T3處理最小。相比CK，晴天T1處理的莖流速率峰值增加了48.14%，而T2和T3處理分別減少21.35%和29.22%；陰天T1處理的莖流速率峰值增加了42.81%，T2、T3處理分別減少24.62%和36.75%。

2.1.2 赤霞珠葡萄單株莖流量日變化規律 無論陰天（8月17日）還是晴天（8月18日），轉色期赤霞珠葡萄單株莖流量日變化特征與莖流速率的日變化基本一致（圖4）。晴天日出后單株莖流量迅速提升，白天維持較高的莖流量，傍晚前后單株莖流量迅速回落。而陰天單株莖流量日變化平緩，且維持在較低水平。T1處理單株莖流量在晴天、陰天氣條件下總體均表現最多，T3處理最少。相比CK，晴天T1、T2、T3處理單株莖流量峰值分別減少18.30%、8.07%、40.10%；陰天T1處理單株莖流量峰值增加27.30%，T2處理增加2.31%，而T3處理減少45.65%。

同樣，采收期赤霞珠葡萄單株莖流量日變化亦表現為晝高夜低的特征（圖5）。晴天（10月1日）單株莖流量較陰天（9月30日）快速增加出現的時間早、峰值高、持續時間長，陰天單株莖流量變化幅度相對較小，僅在中午出現峰值，且維持時間短。T1處理單株莖流量在晴天和陰天總體均表現最多，T3處理最少。相比CK，晴天T1處理單株莖流量峰值增加31.44%，T2、T3處理分別減少4.39%、37.97%；陰天T1處理單株莖流量峰值增加26.71%，T2、 T3處理分別減少8.36%、44.57%。

2.1.3 赤霞珠葡萄蒸騰量變化規律 赤霞珠葡萄轉色期至成熟期日蒸騰量總體呈現波動且緩慢下降趨勢（圖6）。總體來看，CK的日蒸騰量最高，T1、T2處理次之，T3處理最低。在受到一定時間干旱脅迫出現降水過程或灌溉時T1處理的日蒸騰量會短暫高于CK。3個調虧灌溉處理中，轉色期至成熟期T1處理日蒸騰量波動最大，其峰值亦最高，T3處理最小。轉色期至成熟期日蒸騰量峰值T1處理比CK增加2.05%，而T2、T3處理分別比CK減少17.96%和46.40%。轉色期至成熟期CK總蒸騰量最高，其次依次為T1、T2、T3處理； T1、T2、T3處理總蒸騰量分別比CK減少7.74%、13.24%和53.59%（圖7）。

2.2 調虧灌溉下赤霞珠葡萄單日蒸騰量及氣象要素的相關性

赤霞珠葡萄轉色期（8月6日）至采收期（10月1日）不同處理單日蒸騰量與該時段主要氣象要素相關性分析結果（表2）表明：赤霞珠葡萄日蒸騰量與光合有效輻射、平均氣溫、最高氣溫均存在極顯著正相關關系，與降水量、平均相對濕度均存在極顯著負相關關系，與日均露點溫度存在顯著負相關關系。各氣象要素之間亦表現出較好的相關性。其中，平均氣溫與光合有效輻射，最高氣溫與光合有效輻射及平均氣溫，平均相對濕度與降水量，日均露點溫度與平均相對濕度，最大風速與平均氣溫和最高氣溫，日均水汽壓與平均相對濕度和日均露點溫度存在極顯著正相關關系。日均露點溫度與降水量、平均氣溫，最大風速與降水量，日均水汽壓與降水量、平均氣溫及最高氣溫均存在顯著正相關關系。降水量與光合有效輻射，平均相對濕度與光合有效輻射、平均氣溫、最高氣溫均存在極顯著負相關關系。日均露點溫度與光合有效輻射，日均水汽壓與光合有效輻射存在顯著負相關關系。

2.3 調虧灌溉對赤霞珠葡萄漿果品質的影響

不同調虧灌溉處理對赤霞珠葡萄品質指標存在明顯影響（表3）。T1處理的可溶性糖含量和可滴定酸含量顯著高于其他處理。 CK的糖酸比最高，其次為T2處理，但兩者差異不顯著；T1、T3處理的糖酸比顯著低于CK和T2處理。不同調虧灌溉處理（T1、T2、T3），總酚含量及單寧含量都顯著高于CK；雖然T1處理的總酚含量及單寧含量比T2和T3處理高，但處理間差異不顯著。T1處理總花色苷含量最高，T2處理最低，兩者差異達顯著水平，但T3處理和CK與T1、T2的差異都未達到顯著水平。T1、T3處理和CK的pH值基本一致，都顯著低于T2處理。

3 討論

莖流速率作為重要的植物耗水指標，表征單位時間內植物莖中液體上升的距離，反映了植物瞬時耗水情況[19]。處于脅迫中的植物能通過優化氣孔開度、調節主干莖流速率、改變蒸騰效率等方式進行自我保護[20-21] 。葡萄莖流的變化受植株自身狀況、氣象條件、灌溉方式及土壤水分狀況等因素制約[22]。本研究結果表明在調虧灌溉處理條件下，赤霞珠葡萄在轉色期至成熟期主干莖流速率、單株蒸騰量總體均呈現晝高夜低變化趨勢。采收期莖流速率、單株莖流量總體均低于轉色期，且響應時間推后、變化幅度減小、峰值持續時間縮短，這種趨勢在陰天表現更為突出。可能與陰天太陽輻射強度小、氣溫低、濕度大、后期葉片老化導致植株蒸騰速率下降有關，這與夏桂敏[23]等學者研究結果相同。對赤霞珠葡萄主干單日蒸騰量與氣象要素相關性分析結果也表明，單日蒸騰量與光合有效輻射、平均氣溫、最高氣溫呈極顯著正相關關系，與降水量、平均相對濕度呈極顯著負相關關系，與日均露點溫度呈顯著負相關關系。說明采收期莖流速率的下降除了可能與后期植株衰老有關外，與后期氣溫降低也密切相關，這與白巖[24]、李璐[25]等研究結果相同。

本研究中T1處理灌水量最少，在不同天氣條件和發育階段莖流速率、單株莖流量總體均維持在較高水平，T2、T3處理莖流速率均低于CK。單株蒸騰量除T1處理后期出現增加外，其他處理均低于CK。9月下旬出現了20 cm左右的降水，導致T1處理單日蒸騰量驟然增加，其他處理單日蒸騰量呈波動趨勢，但總體均低于CK，表明T1處理條件下，赤霞珠葡萄植株長時間處于水分虧缺狀態，一旦得到外界水分補充，能快速觸發水分運輸機制，增加植株蒸騰量。晴天條件下不同處理赤霞珠葡萄主干莖流特征均未出現明顯的“午休”現象，即午間并未出現蒸騰抑制現象，說明不同調虧灌溉處理并未影響赤霞珠葡萄正常的蒸騰作用，這與石美娟[26]等研究結果相同。相關性分析結果也表明，日蒸騰量與光合有效輻射、平均氣溫呈極顯著正相關關系，與降水量、平均相對濕度呈極顯著負相關關系。在不同調虧灌溉處理中，T1處理灌溉量最少，導致植株時常處于水分虧缺狀態，此時主干通過提高水分運輸速率來增加水分供應量，這可能是赤霞珠葡萄在水分虧缺條件下的自我調節機制。其他灌溉處理條件下，赤霞珠葡萄主干水分運輸效率相對較低，說明在這些灌溉處理條件下，赤霞珠葡萄植株自身并未達到水分虧缺閾值，外界脅迫未能觸發自身生理調節機制來抵御逆境脅迫，不能實現充分節水。這與南慶偉[27]、劉幫等[28]的研究結果相同。試驗中T1、T2、T3處理及CK的灌溉量呈依次遞增的趨勢，但總蒸騰量呈CK、T1處理、T2處理、T3處理由高到低的變化趨勢，這表明，CK有充足水分供應，植株未處于水分脅迫條件，因此蒸騰量最大。試驗處理前不同處理間植株生長均一，試驗后期T3處理葉面積指數偏少，葉色暗黃，結果中總蒸騰量異常偏小，與其他處理不呈梯度變化，可能是安裝莖流儀探針時植株木質部受損，阻礙了水分運輸有關。T1處理總蒸騰量略高于T2處理，可能與T1處理植株處于脅迫條件的時間長、程度高有關，即T1處理更能促進水分轉運效率，提高水分利用效率，具體原因尚有待于進一步研究。夜間莖流不僅能有效調節植株水分平衡，而且有利于驅動根系吸收的營養物質向冠層運輸[29-30]。本試驗中夜間莖流速率變化趨勢平緩，但都大于零，且晴天高于陰天，轉色期總體高于采收期。說明在不同時期不同調虧灌溉處理下，白天的莖流不能充分滿足植株的需要。此外，本研究結果還表明不同發育階段植株的蒸騰消耗也存在差異，這與馬長明等[31]研究結果相同。

轉色后，赤霞珠葡萄開始第二次膨大，對水分的需求量僅次于第一次膨大期。膨大期漿果對水分需求大，適當水分調虧不僅有利于促進營養生長、提高水分利用效率，而且還能顯著提高漿果品質[14]。漿果成熟期進行調虧灌溉處理，不僅能有效調控葡萄營養生長，提高水分利用效率，而且還能有效促進果實干物質積累，提高葡萄品質[32]。本研究結果表明，CK灌溉量最多，總蒸騰量最大，耗水多，節水效率低。不同調虧灌溉處理下，總蒸騰量減少，但調虧灌溉處理并未引起植株水分運輸障礙。綜合試驗結果表明，與正常灌溉（CK）相比，T1調虧灌溉處理不僅能顯著提高赤霞珠葡萄漿果的可溶性糖含量、總酚含量、單寧含量，同時還能促進色素積累。這可能與T1調虧灌溉處理引起同化物在營養器官與生殖器官間的重新分配及補償效應有關[33]。

4 結論

赤霞珠葡萄主干莖流速率、單株莖流量總體呈現晝高夜低的變化趨勢。其中，晴天日出后莖流量迅速提升，直至日落前后回落，而陰天莖流量提升慢，峰值低，峰值持續時間短。晴天和陰天均存在夜間莖流現象，且白天莖流速率高的處理夜間莖流速率亦高。

T1調虧灌溉處理，全生育期累計灌水3 900 m3/hm2，比對照節水31.58%，該灌溉處理不僅能促進赤霞珠葡萄主干莖流速率、單株莖流量及日蒸騰量，而且能顯著提高漿果可溶性糖、總酚及單寧含量，促進漿果色素積累。采用該調虧灌溉處理，不僅能實現大幅節水，而且能顯著提高赤霞珠葡萄漿果品質。

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（責任編輯：石春林）

收稿日期：2022-06-14

基金項目：寧夏回族自治區自然科學基金項目（2020AAC03466）; 寧夏回族自治區農業科技自主創新基金項目（NGSB-2021-4）；國家自然科學基金項目（42165013）;中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室指令性項目（CAMP-202105）；中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室青年培養項目（CAMT-202104）

作者簡介：胡宏遠（1989-），男，甘肅天水人，碩士，助理工程師，主要從事釀酒葡萄栽培生理與氣象研究。（E-mail）306685092 @qq.com

通訊作者：王 靜，（E-mail）wj1987.011@163.com