朱 潔，劉學(xué)軍，陸立國，顧靖超，武慧芳(寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

0 引 言

寧夏賀蘭山東麓，長期從事葡萄種植，以往多采用地面灌溉方式、重施化肥，水資源浪費(fèi)、水肥利用效率低，葡萄品質(zhì)不穩(wěn)定。近年來，賀蘭山東麓葡萄種植區(qū)獲得國家地理標(biāo)志委員會“葡萄酒國家地理標(biāo)志產(chǎn)品”保護(hù)區(qū)認(rèn)證，寧夏回族自治區(qū)政府將滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用作為該地區(qū)提高水肥利用效率和保障葡萄品質(zhì)的主要途徑。初步研究與實(shí)踐表明，在干旱地區(qū)采用滴灌技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)水50%以上，產(chǎn)量和品質(zhì)也有不同程度提高。同時，滴灌時隨水施肥可使氮肥利用率達(dá)90%以上[1-3]；在荒漠地區(qū)使用滴灌比溝灌能夠減少用水量50%以上，可提高葡萄坐花坐果率，產(chǎn)量提高17%，葡萄果實(shí)糖度提高1.9%[4]；在沙礫石土壤地區(qū)采用滴灌水肥一體化[5]，有助于降低灌溉定額，可使節(jié)水率達(dá)45.9%，增產(chǎn)率達(dá)11.7%。鑒于此，開展寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄系統(tǒng)的滴灌水肥一體化制度試驗(yàn)研究，分析灌溉定額、施肥量對葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)的綜合影響效應(yīng)，提出礫石土壤條件下葡萄滴灌水肥一體化制度，為當(dāng)?shù)蒯劸破咸训喂嗵峁┛茖W(xué)的理論依據(jù)，對推動釀酒葡萄種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的提高也具有重要意義。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏賀蘭山東麓志輝源石酒莊萬畝生態(tài)園區(qū)。光照充足，年日照率65%以上，太陽總輻射量6 100 MJ/m2，年平均氣溫8.9 ℃，4-9月活動積溫3 289 ℃，年均降雨量200 mm，年均蒸發(fā)量1 470 mm，全年日照時數(shù)在2 851～3 106 h，無霜期176 d。試驗(yàn)區(qū)地形平緩，地面坡度約為1%，平均海拔高度為1 160 m。土壤為礫石土，>2 mm粒徑含量占39.82%，其土壤理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)區(qū)土壤除速效鉀含量豐富外，其余各類養(yǎng)分含量均屬于低肥力水平，尤其是速效氮含量低。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 The basic soil physical and chemical properties

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用當(dāng)?shù)刂髟葬劸破咸哑贩N之一的5年生赤霞珠，葡萄架型為“廠”型，株行距為1.5 m×4 m。葡萄于4月上旬出土，9月底生育期結(jié)束，10月上旬采收，11月上旬冬灌埋枝過冬，物候期詳見表2。

試驗(yàn)區(qū)面積約3.33 hm2。灌水器選擇內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距50 cm，滴頭流量2.59 L/h。采用控制因素(灌溉定額、施肥量)分組設(shè)計(jì)，設(shè)置16個不同灌溉定額處理。生育期內(nèi)灌水13次，灌溉定額2 400～3 600 m3/hm2，試驗(yàn)設(shè)計(jì)詳見表3。

表2 “赤霞珠”葡萄物候期Tab.2 Phenological phase of “Cabernet Sauvignon”

試驗(yàn)選用寧夏開發(fā)的葡萄滴灌專用水溶肥，未施用底肥，生育期共施肥7次，共施肥5 244.75 kg，其中氮肥2 097.9 kg，磷肥1 748.25 kg，鉀肥1 398.6 kg，隨水施肥、實(shí)現(xiàn)水肥一體化灌溉。處理T1～T12次施肥量90 kg/hm2，處理T13～T14次施肥量75 kg/hm2，處理T15～T16次施肥量60 kg/hm2。施肥時間為：萌芽期第一水、開花期第一水、初果期第一水及第三水、果實(shí)膨大期第一水及第三水、著色期灌水。根據(jù)葡萄各生育期對各類營養(yǎng)元素的需求差異，萌芽期施肥以氮肥(N∶P2O5∶K2O-3.8∶1.0∶1.25)為主，開花期在補(bǔ)充氮、鉀及微量元素的同時，施用充足的磷肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.25∶1.0)。果實(shí)膨大期以鉀肥為主、配合施磷肥，果實(shí)成熟期，以磷、鉀肥(N∶P2O5∶K2O-1.0∶1.0∶3.2)為主。在生長期根據(jù)葡萄長勢適量噴施葉面鎂肥。試驗(yàn)期內(nèi)除灌水施肥外，適時開展除草、剪枝、綁蔓等田間農(nóng)藝農(nóng)事管理。

1.3 試驗(yàn)觀測內(nèi)容及方法

試驗(yàn)觀測內(nèi)容主要有灌溉水量、土壤含水率、土壤水勢張力、葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)。各試驗(yàn)區(qū)灌水量以水表計(jì)量；土壤含水率在灌水前2 h及灌水結(jié)束后2 h觀測，每個小區(qū)中段布設(shè)一根Trime管，灌水前后分別監(jiān)測土壤剖面0～80 cm土層(0～20、20～40、40～60、60～80 cm)水分變化，同時在Trime管附近采用土鉆取土，利用烘干法測定含水率進(jìn)行率定；在各試驗(yàn)小區(qū)中段埋設(shè)土壤負(fù)壓計(jì)，測定土壤水勢張力；各試驗(yàn)小區(qū)果實(shí)全部采收、測產(chǎn)采取實(shí)測各小區(qū)葡萄產(chǎn)量的方式；葡萄品質(zhì)委托西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院在葡萄品質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，包括可溶性固形物、pH值、酸度等指標(biāo)，具體測定方法詳見表4。

表4 釀酒葡萄品質(zhì)指標(biāo)測定方法Tab.4 Wine grape quality index measuring method

為了衡量葡萄不同品質(zhì)指標(biāo)受其影響程度，在本試驗(yàn)中采用變異系數(shù)Cv衡量[6,7]，同時采用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行顯著相關(guān)性分析。

(1)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額對土壤含水率的影響

葡萄根系一般分布于20～60 cm土層。為準(zhǔn)確研究葡萄種植區(qū)土壤持水能力，以葡萄根系層為主要研究對象，采用TDR土壤水分測定儀測定各層土壤含水率，60%田間持水量(θc)為參考，并匯總生育期20～60 cm層土壤含水率變化表，如表5、表6所示。

由表5、表6看出，在整個生育期內(nèi)，不同處理下土層含水率變幅總體上呈現(xiàn)一定的規(guī)律，土壤含水率均圍繞60%θc值發(fā)生變化，灌溉前后20～60 cm層土壤含水率多在4%～15%范圍內(nèi)波動，平均含水率為9.96%，20～40 cm土層含水率值均高于40～60 cm土層。由表5中看出處理T1～T8含水率多在60%θc值上下波動，T3土壤含水率最低，處理T9～T16灌前含水率明顯高于60%θc值，處理T11生育期灌溉定額為3 600 m3/hm2，灌水后的土壤含水率也達(dá)到最大，20～40 cm層平均含水率為10.8%，略高于80%θc值，且處理T1～T8層含水率多低于處理T9～T16；表6為40～60 cm土層土壤含水率變化，其均在60%θc值上下浮動，由于土壤差異性導(dǎo)致水分滲透速率不同，底層土壤含水率變化差異性明顯，且處理T9～T16在果實(shí)膨大期土壤含水率已達(dá)到90%θc值，水分積累明顯，易造成土中氧分不足，降低作物根系吸收效果。

表5 試驗(yàn)小區(qū)T1～T16土壤含水率變化表(20～40 cm) %Tab.5 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (20～40 cm)

表6 試驗(yàn)小區(qū)T1～T16土壤含水率變化表(40～60 cm) %Tab.6 Test soil moisture variation of community T1～T16 table (40～60 cm)

從葡萄整個生育期看出，在萌芽期及開花期，土壤平均含水率高于85%θc值，初果期及果實(shí)膨大期土壤平均含水率已達(dá)到90%θc值以上，著色期由于人為控制灌溉水量，各處理含水率均有明顯下降，含水率明顯低于60%θc值。而階段灌水定額不同均影響水分實(shí)際利用效率，繪制各階段不同灌水定額灌溉前后土壤含水率變化圖，分析不同灌水處理下土壤水分貯存比變化。其中處理T8、T11果實(shí)膨大期灌溉前后含水率變化如圖1所示。

計(jì)算225和300 m3/hm2兩種灌水定額對應(yīng)的土壤水分貯存比分別為94%和59.6%，由此看出，300 m3/hm2灌水定額下大部分水量無法有效貯存在土壤中供作物生長需要，由于礫石土保水性差，貯水能力弱，部分水分滲漏到根系層以下，且隨著灌水定額的增大土壤水分貯存比并沒有增大，因此本階段易采用225 m3/hm2灌水定額。

同時，采用耗水強(qiáng)度作為反映作物不同生育期內(nèi)灌溉、施肥、氣象等對作物生長發(fā)育綜合影響的指標(biāo)，不同處理下葡萄各生育期耗水強(qiáng)度變化如圖2所示。

圖1 果實(shí)膨大期灌溉前后土壤含水率變化分析圖Fig.1 Fruit enlargement of irrigation before and after the change in soil moisture analysis chart

圖2 不同處理下葡萄生育期各階段耗水強(qiáng)度變化動態(tài)Fig.2 Under different processing stages in the grape growing season water consumption ratechanges

由圖2可以看出，土壤水分變化均可調(diào)節(jié)葡萄的耗水強(qiáng)度，不同處理下葡萄耗水強(qiáng)度在整個生育期內(nèi)呈現(xiàn)“低-高-低”拋物線走勢，且均表現(xiàn)為果實(shí)膨大期的耗水強(qiáng)度最大，其平均耗水強(qiáng)度達(dá)到4 mm/d，初果期達(dá)到3 mm/d，占整個生育期平均耗水的50%，說明葡萄在此期間耗水最強(qiáng)，灌水量為最高。萌芽期為1.6～2.0 mm/d，耗水強(qiáng)度小，隨著進(jìn)入初果期，新稍果穗生長發(fā)育，耗水強(qiáng)度增大，后期進(jìn)入著色期，葡萄進(jìn)行糖分積累，耗水強(qiáng)度降低，處于1.8～3.1 mm/d之間。

2.2 不同灌水及施肥對產(chǎn)量的影響

干旱區(qū)礫石土壤栽培釀酒葡萄，灌溉定額和施肥量共同決定著葡萄的產(chǎn)量。采用作物水分生產(chǎn)效率指標(biāo)綜合反映灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平及灌溉管理水平，可直接地顯示灌溉對作物產(chǎn)出效果，不同處理下的葡萄產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率見表7。

表7 不同處理下葡萄的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率表Tab.7 Grape yield and water use efficiency under different treatment table

由表7看出不同灌溉定額條件下的作物產(chǎn)量存在明顯差異，T7產(chǎn)量最高，達(dá)3 451.5 kg/hm2，且水分生產(chǎn)效率最大，處理T1灌溉定額3 000 m3/hm2，產(chǎn)量僅為1 610.7 kg/hm2，處理T11灌溉定額4 200 m3/hm2最大，產(chǎn)量2 295.2 kg/hm2。對應(yīng)不同處理下葡萄的水分生產(chǎn)效率在0.27%～1.01%之間波動，水分生產(chǎn)效率差別較大。對比T8、T9，灌溉定額增加150 m3/hm2，水分生產(chǎn)效率減小16.3%，產(chǎn)量降低11.7%，并未因?yàn)楣喔榷~的增加而達(dá)到最好的水分利用狀態(tài)，且適宜葡萄灌溉定額較接近3 800 m3/hm2。對于不同灌溉定額，對比處理T1、T10，T1水分生產(chǎn)效率略高于T10，T1較T10，灌溉定額減小，對產(chǎn)量沒有明顯影響，但能提高水分生產(chǎn)效率，由此看出灌溉定額與產(chǎn)量并不總是成正比關(guān)系[8,9]。對于不同施肥量，對比處理T8、T13，施肥量增大，產(chǎn)量明顯提高，在一定施肥用量范圍內(nèi)，施肥量越高產(chǎn)量越高。

2.3 不同灌水及施肥對品質(zhì)的影響

土壤條件、氣象條件和灌溉定額是影響釀酒葡萄的蒸騰、物質(zhì)合成、運(yùn)輸?shù)闹饕蛩兀咸哑焚|(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)除自身品種決定外，外界因素對其影響也起著重要作用。試驗(yàn)中葡萄品種均為赤霞珠，影響葡萄品質(zhì)的主要因子為灌溉定額、施肥量，計(jì)算釀酒葡萄樣本各品質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)，結(jié)果如表8所示。

表8 釀酒葡萄品質(zhì)各要素變異系數(shù)Tab.8 Cv of wine grape's quality

由表8可以看出，不同灌溉定額對單寧影響顯著，果皮多酚次之，可溶性固形物及pH受灌溉定額影響不顯著；不同施肥量對可溶性固形物影響較明顯，且不同施肥量對葡萄各品質(zhì)指標(biāo)影響小于灌溉定額對其影響。采用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析得：不同施肥量對葡萄品質(zhì)各因素影響中，施肥量與單寧在0.05水平(雙側(cè))顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.58)，不同灌溉定額對葡萄品質(zhì)各因素影響中，灌溉定額與單寧、花色苷在0.05水平(雙側(cè))顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.546、-0.608)。因此，應(yīng)優(yōu)先考慮灌溉定額不同對葡萄品質(zhì)的影響。葡萄品質(zhì)測定結(jié)果見表9所示。

表9 釀酒葡萄品質(zhì)指標(biāo)檢測表Tab.9 Wine grape quality index detection table

葡萄可溶性固形物含量的高低直接影響葡萄酒的品質(zhì)，處理T1中可溶性固形物含量最高，對比處理T1～T12，隨著灌溉定額的變化，葡萄可溶性固形物含量變化不大，處于20.5%～24.5%之間波動，減小灌溉定額可在一定范圍內(nèi)增加可溶性固形物含量；處理T4、T6、T7、T11中果實(shí)滴定酸含量高，這是由于土壤積溫不夠，果實(shí)成熟度欠缺；果皮多酚及單寧含量隨灌溉定額增大變幅明顯，pH值及花色苷變幅較??；對比T6、T13、T15，考慮施肥量對葡萄品質(zhì)影響，滴定酸含量隨施肥量增加而增加，單寧含量隨施肥量增加而減小，其他各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)變化不顯著。

根據(jù)西北農(nóng)業(yè)大學(xué)相關(guān)研究結(jié)論，對釀酒葡萄各項(xiàng)檢測指標(biāo)給出了具體等次劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表10。

表10 釀酒葡萄品質(zhì)評價指標(biāo)Tab.10 Wine grape quality evaluation table

根據(jù)不同指標(biāo)所屬等次，將志輝葡萄種植基地各處理下釀酒葡萄品質(zhì)進(jìn)行等級劃分及評價，評價結(jié)果詳見表11。

由表11可以看出，不同灌水條件下葡萄各品質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)不同等級分類，單寧、花色苷、多酚等級出現(xiàn)Ⅱ、Ⅲ級，為主要影響綜合等級指標(biāo)。處理T6、T7、T9～T12灌溉定額大，單寧級別為Ⅲ級，花色苷含量也多出現(xiàn)Ⅱ級指標(biāo)，品質(zhì)較差，為提高葡萄品質(zhì)后期須進(jìn)行灌水定額調(diào)整。

2.4 志輝試驗(yàn)區(qū)葡萄灌溉試驗(yàn)方案優(yōu)選推薦

通過試驗(yàn)結(jié)果及理論分析得出，最優(yōu)的產(chǎn)量處理為T7，即灌溉定額為3 825 m3/hm2，此時水分生產(chǎn)效率為最大。但為使葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)都達(dá)到最優(yōu)化，結(jié)合各水分處理下葡萄根部土壤水分貯存比、含水量等指標(biāo)，處理T4較為適宜，最終調(diào)整生育期灌水定額，推薦方案如表12所示。

表11 釀酒葡萄品質(zhì)評價結(jié)果表Tab.11 Wine grape quality evaluation results of Table

表12 釀酒葡萄種植優(yōu)選方案表 m3/hm2Tab.12 Wine grape planting optimization

3 結(jié) 語

基于礫石土壤釀酒葡萄滴灌水肥一體化研究，針對不同灌溉定額、不同施肥量處理下土壤含水率變化趨勢及葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)的變化特征綜合分析，研究提出了釀酒葡萄滴灌水肥一體化優(yōu)選方案，主要結(jié)論如下。

(1)葡萄灌水后，土壤含水率多達(dá)到80%θc值，但礫石土保水性差，土壤水分蓄存比低，導(dǎo)致水分利用率低，綜合考慮葡萄的水分管理，在萌芽期及開花期，土壤濕度較高，可適量降低灌水定額，促進(jìn)新梢生長，使開花和坐果正常；在初果期和果實(shí)膨大期，作物耗水明顯，結(jié)合土壤水分貯存比，灌水定額控制在225 m3/hm2；著色期為提高果實(shí)成熟度，進(jìn)行適當(dāng)控水處理。

(2)產(chǎn)量與灌溉定額不成正相關(guān)關(guān)系，灌溉定額為3 825 m3/hm2時，產(chǎn)量最大，但超過范圍上限時，產(chǎn)量出現(xiàn)下降；增加施肥量在一定范圍內(nèi)可提升葡萄產(chǎn)量。

(3)采用變異系數(shù)衡量灌溉定額及施肥量對葡萄品質(zhì)的影響，不同施肥量、灌溉定額對單寧影響顯著，其他指標(biāo)受其影響不顯著，且灌溉定額對品質(zhì)影響明顯大于施肥量影響。

(4)在一定灌溉定額區(qū)間內(nèi)，減少灌溉定額增加可溶性固形物含量，減小施肥量可顯著降低滴定酸含量，同時明顯增加單寧含量，有利于改善葡萄品質(zhì)。

(5)基于田間試驗(yàn)及理論分析，推薦礫石土壤釀酒葡萄種植的優(yōu)選灌溉方案：全年灌水13次，灌溉定額為3 600 m3/hm2，生育期灌溉定額3 000 m3/hm2。

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