鄭明，張江輝，白云崗，劉洪波，丁平

(新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

葡萄在中國具有廣泛的種植歷史，尤其在吐魯番地區(qū)，是當(dāng)?shù)刂饕?jīng)濟(jì)收入來源，有著舉足輕重的地位.吐魯番地區(qū)處于極端干旱地區(qū)，葡萄在果粒膨大期易受干熱風(fēng)的影響，葉片光合作用受阻導(dǎo)致植物“午休”時(shí)間較長，有機(jī)質(zhì)累積時(shí)間變短，對葡萄品質(zhì)和產(chǎn)量造成不利影響[1]，因此在當(dāng)?shù)亻_展緩解葡萄“午休”現(xiàn)象的試驗(yàn)對提高葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)具有深遠(yuǎn)的意義.有研究顯示作物在中午會出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，主要與溫度過高有關(guān)[2].丁友芳等[3]研究認(rèn)為葛根凈光合速率與葉溫、環(huán)境溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).金莉等[4]研究表明：引起葡萄“午休”的主要因素為空氣濕度和溫度，對葡萄進(jìn)行降溫增濕措施可能會減輕其“午休”.張衡等[5]研究顯示對葡萄進(jìn)行彌霧微噴可以達(dá)到增濕降溫的效果，在棚架下50 cm處布設(shè)噴頭降溫增濕效果最為明顯.在作物“午休”研究方面已有許多成果，但分析微噴時(shí)長對葡萄光合特性、果粒發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響的報(bào)道鮮見.

目前，對灌溉制度試驗(yàn)多采用產(chǎn)量與其他指標(biāo)來直觀判斷最優(yōu)處理，但在不同指標(biāo)上可能會存在不同評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)需要一種客觀的方法來篩選.最優(yōu)處理熵值法是通過統(tǒng)一評價(jià)指標(biāo)在不同對象中的差異性程度確定權(quán)重系數(shù)，以此來避免主觀因素，又稱客觀賦權(quán)法.目前熵值法已成功應(yīng)用在各學(xué)科領(lǐng)域[6]，但在篩選最優(yōu)處理的方面的應(yīng)用較少，因此研究使用熵值法篩選最優(yōu)處理果粒體積的正常發(fā)育直接影響產(chǎn)量與品質(zhì)，每日對果粒體積進(jìn)行測定會對果粒正常發(fā)育產(chǎn)生一定的物理損傷，進(jìn)而影響果粒體積數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需采取合理方法對果粒體積進(jìn)行預(yù)測.曲線方程可以描述曲線變化情況，方程導(dǎo)數(shù)可以得到該函數(shù)的斜率(曲線增長速率)，可以將其推廣應(yīng)用在研究葡萄果粒體積生長規(guī)律，預(yù)測果粒體積增長速率較快的時(shí)期，保證果粒體積正常生長.

試驗(yàn)基于前人研究成果，于2018年在棚架下50 cm處布設(shè)彌霧微灌噴頭，設(shè)置微噴0 h/d(CK),1 h/d(WP1),2 h/d(WP2)與3 h/d(WP3)這4個(gè)處理，監(jiān)測不同處理的光合特性、果實(shí)體積以及產(chǎn)量和品質(zhì)等指標(biāo)，運(yùn)用求果粒體積生長函數(shù)導(dǎo)數(shù)的方法得到果粒體積增長速率函數(shù)，計(jì)算并比較不同處理下葡萄果粒增長速率及最大增長速率，并且使用熵值法客觀評價(jià)不同處理下葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的優(yōu)劣性，旨在從不同處理之間篩選出最優(yōu)處理，為提高葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年4—9月在新疆鄯善縣的新疆葡萄瓜果開發(fā)研究中心試驗(yàn)基地(90.30° E，42.91° N，海拔419 m)進(jìn)行，該地年降雨量為25.3 mm，年蒸發(fā)量為2 751 mm，10 ℃以上有效積溫為4 522.6～5 548.9 ℃，全年日照時(shí)間為2 900～3 100 h，無霜期長為192～224 d.土壤質(zhì)地主要為礫石沙壤土.供試材料為38a“無核白”葡萄樹，大溝定植，東西走向，溝寬1.0～1.2 m，溝深0.5 m左右；株距約1.2～1.5 m，行距3.5 m；栽培方式為小棚架栽培，棚架前端高1.5 m，后端高0.8 m.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田灌溉方式采用滴灌，滴灌帶布置方式為一溝三管，即在葡萄主根兩側(cè)30 cm處各放置1條滴灌帶，在主根部位放置1條滴灌帶，滴頭流量3.2 L/h，滴頭間距30 cm，灌溉定額9 150 m3/hm2.試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)彌霧微噴時(shí)長調(diào)控處理，各微噴灌水技術(shù)處理均在常規(guī)滴灌的基礎(chǔ)上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理.3個(gè)處理分別為微噴1 h/d(WP1),2 h/d(WP2),3 h/d(WP3)，對照處理(CK)采用常規(guī)滴灌，不微噴，共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置2個(gè)重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積約0.03 hm2.微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑200 cm，流量40 L/h，噴頭間距2 m，噴頭位置為藤架下50 cm處.微噴在葡萄果粒膨大初期(5月29日—7月4日)12:00開啟.

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 光合數(shù)據(jù)測定

在葡萄樹果粒發(fā)育期內(nèi)選擇3個(gè)典型晴天，在葡萄藤頂、藤中和藤底位置各選擇1片樹葉.從早上8:00到晚上20:00使用便攜式光合測定系統(tǒng)CIRAS-3(PP SYSTEMS, USA)每間隔2 h測定被選定樣樹葉片的光合數(shù)據(jù)，1 d共計(jì)測定7組數(shù)據(jù)，同一時(shí)間測定3片樹葉光合數(shù)據(jù)的平均值作為此時(shí)刻光合數(shù)據(jù).在果粒膨大期選取7個(gè)晴天日，在12:30測定葉片光合數(shù)據(jù)，將7 d光合數(shù)據(jù)求均值得到果粒膨大期的光合數(shù)據(jù).

1.3.2 果實(shí)體積測定

每個(gè)處理分別從葡萄藤頂，藤中和藤底各選擇一串長勢均勻適中的果穗，共計(jì)3穗，在選中的果穗的上部，中部和下部各選擇1粒體積適中的果粒，1個(gè)處理共計(jì)9粒果粒，從6月28日至8月14日期間，每間隔7 d左右，使用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測量果粒的縱徑和橫徑，將9粒果?？v徑和橫徑求均值，得到這一處理的葡萄果?？v徑和橫徑.由果粒縱徑和橫徑計(jì)算果粒體積，計(jì)算公式為

(1)

式中：V為葡萄果粒體積，cm3；π取值3.14；b為果粒橫直徑，cm；c為果?？v直徑，cm.

在數(shù)學(xué)方法上對函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)可得該函數(shù)每一點(diǎn)的斜率(增長速率)，基于此理論，對各處理的果粒體積與日序的擬合方程進(jìn)行求導(dǎo)，得到對應(yīng)處理體積增長速率(潛力)，函數(shù)求導(dǎo)方程為

V=F(x)，

(2)

a=V′=F′(x)，

(3)

式中：V為果粒體積，cm3；x為日序，d；F(x)為果粒體積與日序的擬合方程；a為果粒體積增長速率，cm3/d，為符合果粒體積發(fā)育規(guī)律，當(dāng)a為負(fù)值時(shí)，將a修正為0；V′為V的導(dǎo)數(shù)；F′(x)為F(x)的導(dǎo)數(shù).

1.3.3 產(chǎn)量測定

在收獲葡萄時(shí)，在同一個(gè)處理隨機(jī)摘取20穂完整的果穗進(jìn)行稱重，求均值得到單穗質(zhì)量，同時(shí)統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理果穗數(shù)，總產(chǎn)量由平均單穗質(zhì)量乘以穂數(shù)(果實(shí)腐爛和果實(shí)完整總穗數(shù))計(jì)算得出.

1.3.4 果粒品質(zhì)測定

每個(gè)處理隨機(jī)選取3串健康無病蟲害的果穗，使用手持式折光儀測定可溶性固形物含量；采用 NaOH滴定法測定可滴定酸含量，以酒石酸含量計(jì)；采用鉬藍(lán)比色法測定維生素C含量；葡萄果皮總酚采用福林—肖卡法測定，結(jié)果用沒食子酸表示；單寧采用福林—丹尼斯法測定.從每個(gè)處理3串果穗選取3粒果粒，使用手持式糖度計(jì)測定每個(gè)果粒糖度，每個(gè)處理的9粒果粒糖度的均值為該處理的糖度.從每個(gè)處理中隨機(jī)取9粒果粒，使用手持式硬度計(jì)與拉力計(jì)測定果粒硬度與果柄拉力.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算及繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 果粒膨大期葡萄葉片光合日變化

將葡萄果粒發(fā)育期內(nèi)3個(gè)典型晴天的同一時(shí)刻光合數(shù)據(jù)求均值，得到光合數(shù)據(jù)日變化，結(jié)果如圖1所示.分析不同微噴時(shí)長對葡萄葉片細(xì)胞間CO2濃度ρCO2的影響，結(jié)果如圖1a所示，處理WP1，WP2，WP3與CK葉片胞間CO2濃度日變化規(guī)律基本一致，均呈現(xiàn)先減小后增大變化特征，其中葉片胞間CO2濃度在14:00達(dá)到最小值.不同處理葡萄葉片蒸騰速率Tr結(jié)果如圖1b所示，處理WP1，WP2，WP3與CK的葉片蒸騰速率均呈現(xiàn)“M”型變化規(guī)律，均在14:00出現(xiàn)下降現(xiàn)象，但處理WP1，WP2與WP3蒸騰速率卻明顯高于處理CK，而其他時(shí)間段卻低于處理CK，原因可能為處理WP1，WP2與WP3在12:00時(shí)進(jìn)行微噴，使得葡萄藤架下土壤濕潤，降低了藤下空氣溫度，導(dǎo)致處理WP1，WP2和WP3的葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度關(guān)閉程度小于CK.而其他時(shí)間段處理WP1，WP2和WP3藤架下空氣濕度高于CK，使水汽壓差相比處理CK較小，間接抑制了葉片蒸騰作用.

不同處理葡萄葉片的凈光合速率變化規(guī)律如圖1c所示，處理WP1，WP2，WP3與CK的凈光合速率均呈現(xiàn)“M”型變化規(guī)律，且處理WP1，WP2與WP3的凈光合速率Pn高于CK.處理WP1，WP2，WP3，CK的凈光合速率均在14:00有所下降，分別為19.09，16.01，16.42與14.23 μmol/(m2·s)，分別為12:00時(shí)凈光合速率均值的87%，81%，86%與81%，各處理中WP1凈光合速率下降程度最低，說明處理WP1對抑制葉片“午休”效果最好，且對凈光合速率的提升更加明顯.分析不同處理葡萄葉片氣孔導(dǎo)度Gs，結(jié)果如圖1d所示，處理WP1，WP2，WP3與CK的葉片氣孔導(dǎo)度在8:00—12:00均呈現(xiàn)上升變化規(guī)律，在12:00—14:00呈現(xiàn)下降變化，說明處理WP1，WP2與WP3不能消除葉片“午休”，在14:00時(shí)，處理WP1，WP2與WP3的氣孔導(dǎo)度大于CK，說明微噴處理對葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度關(guān)閉程度具有一定抑制作用.14:00—20:00間4個(gè)處理處于下降變化，在此時(shí)間段，CK處理曲線與處理WP1，WP2和WP3曲線相交，說明微噴措施具有一定的時(shí)效性.

圖1 不同處理葡萄葉片光合特性日變化Fig.1 Diurnal variation of photosynthetic characteristics of grape leaves in four treatments

2.2 果粒膨大期葡萄葉片光合特性變化規(guī)律

在果粒膨大期選取7個(gè)晴天日，在12:30測定葉片光合數(shù)據(jù)，將7 d光合數(shù)據(jù)求均值得到果粒膨大期的光合數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示.

表1 果粒發(fā)育期不同處理葡萄的光合特性Tab.1 Photosynthetic characteristics of grape in four treatments during fruit development

處理WP1，WP2，WP3和CK之間的葡萄葉片細(xì)胞間CO2濃度呈現(xiàn)大小依次為CK，WP3，WP2，WP1.而在凈光合速率方面，處理WP1，WP2及WP3比CK提升8.38%，6.65%和3.86%；處理WP1，WP2及WP3的蒸騰速率均為處理CK的97%；在氣孔導(dǎo)度方面，處理WP1，WP2及WP3也均大于CK處理，原因可能是微噴處理相比CK處理的空氣相對濕度較高，抑制了氣孔導(dǎo)度的關(guān)閉程度，但減小了冠層內(nèi)空氣飽和水汽壓差，間接抑制了葉片的蒸騰.從結(jié)果可以看出，每日微噴可以提升葡萄果粒發(fā)育期的凈光合速率，且微噴處理中處理WP1的凈光合速率最大，因此處理WP1在光合特性方面最優(yōu).

2.3 微噴時(shí)長對果粒體積及果粒增長速率的影響

試驗(yàn)于2018年6月28日—8月14日對葡萄果粒體積進(jìn)行測定，為擬合葡萄果粒發(fā)育規(guī)律回歸方程，文中將日期改為日序，即規(guī)定果粒發(fā)育期第1天(5月28日)為日序第1天，以此類推.不同處理葡萄果粒體積變化規(guī)律和擬合方程結(jié)果如圖2.

圖2 不同處理葡萄果粒體積變化規(guī)律Fig.2 Variation of grape fruit grain volume in four treatments

處理WP1，WP2，WP3和CK在第78天(8月14日)體積分別為3.25，3.05，2.98和3.00 cm3，處理WP1，WP2與WP3果粒體積分別為處理CK果粒體積1.08，1.02與0.99倍，處理WP1與WP2對果粒體積發(fā)育具有促進(jìn)作用，處理WP3對果粒體積發(fā)育有一定的抑制作用.對處理WP1，WP2，WP3以及CK的果粒體積增長規(guī)律與日序分別進(jìn)行擬合，4個(gè)處理的擬合方程的R2分別為0.984 2，0.978 1，0.982 6和0.977 9，各處理的擬合方程的擬合度較高，說明各處理的擬合方程均能模擬各處理果粒體積發(fā)育規(guī)律.

對各處理果粒體積發(fā)育擬合方程進(jìn)行求導(dǎo)，得到各處理果粒體積增長速率a，結(jié)果如表2，各處理的果粒體積增長速率方程F′(x)為開口向下的二次函數(shù)，存在最大值，計(jì)算各處理的果粒體積最大增長速率及對應(yīng)日序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各處理最大增長速率均在7月15日(日序?yàn)榈?8天)，在數(shù)值保留2位小數(shù)的前提下，各處理最大增長速率與7月16日的增長速率相同.各處理中，處理WP1在各時(shí)間段的增長速率最大，各處理增長速率大小依次為WP1，WP2，WP3，CK，說明微噴處理能提升果粒體積增長速率與成熟果粒體積，同時(shí)處理WP1與WP2可以延長果粒發(fā)育周期，微噴處理中以WP1為最優(yōu).

表2 不同處理葡萄果實(shí)體積增長速率Tab.2 Growth rate of grape fruit grain volume in four treatments

2.4 微噴時(shí)長對葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

在果實(shí)成熟期收獲時(shí)，對葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果由表3可知，各處理產(chǎn)量(Y)由大到小依次為WP1，WP2，CK，WP3，相比處理CK，WP1，WP2及WP3的產(chǎn)量提升6.52%，1.89%和-6.04%.在含糖量方面，處理WP1的葡萄含糖量(S)最高，WP2次之，CK為最低.葡萄果粒硬度(H)和果柄拉力(F)可以反映葡萄的耐儲存性，硬度和果柄拉力越大，葡萄可儲存時(shí)間越長.處理WP1，WP2與WP3的硬度和果柄拉力均大于CK處理，說明微噴措施可以提高葡萄的耐儲存性，耐存儲性時(shí)長順序由大到小依次為WP1，WP2，WP3，CK.處理WP1，WP2與WP3在可溶性固形物(SS)，VC含量，總酸(TA)，多酚(P)和單寧含量(T)方面均高于CK，其中處理WP1提升值最高，相比CK分別提高1.91%，0.06 mg/100g，0.23%，0.45 mg/g和0.07 mg/g，因此從直觀角度判斷處理WP1為最優(yōu).但處理WP1的果粒總酸含量較高會影響果實(shí)的口感，從而降低果實(shí)品質(zhì)，此外WP1的果實(shí)硬度也并非最大，其耐儲存時(shí)長也會低于WP2，此時(shí)直觀判斷的處理WP1并不一定為最優(yōu)，因此可采用熵值法對各處理品質(zhì)進(jìn)行打分，從客觀角度篩選更優(yōu)處理.

表3 不同處理葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的對比分析Tab.3 Comparative analysis of grape yield and quality in four treatments

采用熵值法對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行量綱一化轉(zhuǎn)換，其中總酸為負(fù)向指標(biāo)，即總酸數(shù)值越大，葡萄口味越差，因此設(shè)定總酸修正為正向指標(biāo)，將總酸數(shù)值改為(1-總酸數(shù)值)，然后將其進(jìn)行量綱一化轉(zhuǎn)換，不同處理葡萄品質(zhì)數(shù)據(jù)最終得分的結(jié)果如表4.

表4 不同處理葡萄品質(zhì)數(shù)據(jù)量綱一化預(yù)處理及各處理最終得分Tab.4 Dimensionless pretreatment of grape quality data in four treatments and final score of each treatment

糖度、硬度果柄拉力、可溶性固形物、VC含量等指標(biāo)差異性較小，因此以上這些指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)相對較小，而總酸，多酚含量，單寧含量各處理之間的差異性較大，因此這些指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)差別較大，由權(quán)重系數(shù)與量綱一的數(shù)據(jù)計(jì)算，得到處理WP1，WP2，WP3及CK得分分別為0.274 9，0.273 0，0.218 8和0.233 3， 處理WP1得分最高，基本相等，說明微噴1 h/d有利于提高葡萄品質(zhì)，處理WP3得分低于CK，說明微噴3 h/d會降低葡萄品質(zhì).

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)對照處理的凈光合速率在14:00時(shí)會有所下降，即出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，但微噴處理凈光合速率與氣孔導(dǎo)度下降趨勢較緩，原因?yàn)槊咳赵?2:00進(jìn)行微噴措施可以降溫增濕，前人研究認(rèn)為空氣濕度是氣孔導(dǎo)度的主要調(diào)控途徑[7]，說明微噴處理可以緩解葡萄“午休”現(xiàn)象，但處理WP3的凈光合速率卻低于處理WP1與WP2，這也說明較高的濕度會抑制葡萄的光合特性，這與朱雨晴等[8]研究結(jié)論一致.由試驗(yàn)結(jié)果判斷處理WP1在光合特性為最優(yōu)，這與劉洪波等[9]研究葉綠素結(jié)論基本一致.

研究擬合不同處理下日序與葡萄果粒體積回歸方程，擬合程度較高，但處理WP1與WP2的擬合方程在8月6日之后函數(shù)出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象，而處理WP3與CK處的擬合方程在8月3日之后函數(shù)出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象，即果粒體積出現(xiàn)變小現(xiàn)象，果粒體積增長速率的負(fù)增長不符合果粒體積發(fā)育的客觀規(guī)律，但根據(jù)果粒體積增長規(guī)律的客觀數(shù)據(jù)分析，葡萄果粒體積在8月份基本不再變化，因此擬合方程可以描述果粒體積發(fā)育規(guī)律，但需要將負(fù)值修正為0，即認(rèn)為出現(xiàn)負(fù)值的階段為果粒不再發(fā)育時(shí)期.根據(jù)熵值法綜合評價(jià)結(jié)果，處理WP1品質(zhì)最優(yōu)，即微噴1 h/d對果實(shí)品質(zhì)提升效果最優(yōu)，這與張衡等[5]研究結(jié)論基本一致.

4 結(jié) 論

1) 微噴處理可以提高葡萄葉片凈光合速率，減緩葉片“午休”現(xiàn)象.在日變化尺度及果粒膨大期尺度，微噴處理中WP1凈光合速率提高和胞間CO2濃度降低效果最為明顯，且微噴時(shí)長較短，可以有效節(jié)約水資源.

2) 各處理果粒體積增長速率最快日期為7月15日，處理WP1，WP2，WP3及CK最大增長速率分別為0.074，0.064，0.064及0.063 cm3/d.各處理增長速率由大到小依次為WP1，WP2，WP3，CK.微噴處理可以提高果粒增長速率，且處理WP1為最優(yōu).

3) 在各處理中，處理WP1，WP2及WP3相比CK的產(chǎn)量提升6.52%，1.89%和-6.04%.微噴3 h/d會相應(yīng)降低葡萄產(chǎn)量，而微噴1 h/d對產(chǎn)量提高較為明顯，但在品質(zhì)方面，處理WP1在硬度方面低于WP2，總酸含量高于其他3個(gè)處理，使用熵值法對各處理進(jìn)行評價(jià)，處理WP1為最優(yōu).