弥雾调控技术下微气候因子对葡萄品质的影响

蔡军社，刘洪波，白世践，白云岗，张江辉，郑 明，丁 平

(1.新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200；2.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049)

0 引 言

【研究意义】新疆在我国葡萄种植面积和产量第一，2018年种植面积和产量为14.29×104hm2、293.45×104t，分别占全国的19.7%和21.5%[1]，新疆吐哈盆地是我国葡萄生产基地，2018年种植面积和产量分别为4.7×104hm2、154.9×104t，分别占全疆葡萄种植面积和产量的32.9%和52.8%[2]。在葡萄果实生长关键物候期6～8月，吐哈地区因时常发生35～40℃的高温天气，甚至45℃以上的极端高温天气，对葡萄产量与品质形成影响较大[3]，采用弥雾调控技术，研究微气候变化对葡萄果实品质的影响及其相互关系，分析合理的弥雾调控技术参数，对采用高效节水技术促进葡萄优质高产有重要意义。【前人研究进展】气象因素影响葡萄植株生长、果实品质形成及最终产量[4-7]，适宜气候条件不仅可促进植株生长，还可提高果实品质与产量[8-10]，利用不同栽培模式[11]、叶幕结构[12]、自然生草[13]、行内覆盖[14]、温室[15]等方式改善葡萄园内微气候，通过温度、湿度、光照等微气候因子的调控提高葡萄植株果实生长与品质。【本研究切入点】葡萄的相关研究主要集中在高效节水技术和农艺与园艺措施，而对于葡萄果实生品质与微气候因子的相互关系研究较少。研究弥雾调控下微气候主要因子的变化规律，分析微气候因子对葡萄果实品质指标的影响及其响应关系。【拟解决的关键问题】在滴灌基础上设置不同的弥雾调控时长，分析不同弥雾调控处理对葡萄园微气候因子和葡萄果实品质的影响，研究微气候因子与品质的相互关系，确定出合理弥雾调控方式，为科学制定高效节水技术提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地点位于新疆葡萄瓜果研究所中心试验基地，N42.91°，E90.30°；海拔419 m。年降雨量25.3 mm，年蒸发量2 751 mm，≥10℃以上积温4 522.6～5 548.9℃ ,全年日照时数2 900～3 100 h ,平均日较差为14.3～15.9℃,最大可达17～26.6℃ ,无霜期192～224 d。土壤质地主要为砾石沙壤土。葡萄品种为无核白，1981年定植，树龄38 a，大沟定植，东西走向，沟长54 m，沟宽1.0～1.2 m，沟深0.5 m左右；株距约1.2～1.5 m，行距3.5 m；栽培方式为小棚架栽培，棚架前端高1.5 m，后端高0.8 m。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2019年进行，共设3个弥雾时长调控处理，各弥雾调控技术处理均是在常规滴灌的基础上通过与微喷叠加，组成微喷弥雾调控灌水技术处理。3个处理分别为每天喷水1 h(WP1)、每天喷水2 h(WP2)和每天喷水3 h(WP3)，对照处理(CK)采用常规滴灌，不喷水，共计4个处理，每个处理重复2次，每个试验小区面积约0.03 hm2。微喷弥雾灌溉装置采用喷射直径200 cm、流量40 L/h，喷头间距2 m，架下和地上的喷头高度为离地面50 cm，架上喷头的高度离棚架中心位置50 cm。微喷在葡萄果实膨大期(6月4日～7月28日)15:00～17:00开启，各处理灌溉定额均为9 150 m3/hm2。

1.2.2 指标测定

温度、湿度：采用EasyLog-usb-2型温湿度传感器自动采集，传感器放置在百叶箱内，避免受喷水影响，百叶箱用木支架固定在棚架下，按离地面高度50、55、60、65、70 cm处放置，各处理放置3组，在各处理的前部、中部和后部的3个位置上。传感器设置为每30 min记数1次。

葡萄品质：每个处理选取3个大小均一，长势良好的葡萄蔓，分别在每个葡萄蔓顶部、中部、下部选取3个枝条，在每个枝条上按上、中、下3个部位选取3串葡萄，在选取的葡萄串上按上、中、下选取3颗葡萄。鲜果硬度采用GY-4型水果硬度计测定；果柄拉力采用数显式推拉力计测定；可溶性固形物质量分数采用手持式折光仪测定；总酸质量分数采用NaOH滴定法测定，以酒石酸计；维生素采用钼蓝比色法测定；固酸比为可溶性固形物质量分数与总酸质量分数的比值；采用福林-肖卡法测定总酚，用没食子酸表示；单宁采用福林-丹尼斯法测定。

1.3 数据处理

采用WPS 2019进行数据处理与分析，利用Origin 2018软件进行图表绘制，应用SPSS 22.0软件进行相关与回归分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄果实生长品质指标变化

研究表明，各处理中葡萄品质指标虽有异，但大致规律一致，其中，在可溶性固形物含量上，各处理均随着果实生长而增加，在坐果期时各处理间差异较小，随果实生长差异也逐渐增大，其中CK处理在果实膨大期至成熟期均处理最低水平，果实成熟期时WP1、WP2和WP3与CK处理的可溶性固形物含量分别为21.5%、21.1%、19.5%和19.1%。葡萄果实总糖随着果实生长而不断升高，各处理间总糖变化虽有差异但变化规律一致，果实成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的总糖含量分别为19.1%、18.2%、17.9%和17.5%。葡萄果实总酸的变化规律与前两者相反，总酸随着果实生长而逐渐降低，在成熟期前总酸降了明显，各处理间差异也逐渐变大，进入到成熟期后下降速度减缓，各处理间差异也随之减小，果实成熟期时WP1、WP2和WP3与CK处理的总酸含量分别为4.0、5.1、5.9和6.4 g/L，CK处理的总酸含量明显高于其它3个微喷处理。在葡萄果实VC含量上，VC含量的变化规律与可溶性固形物含量和总糖含量的变化规律一致，各处理VC含量均随着果实生长而增加，但处理间差异明显，如WP1在果实膨大期前期VC含量低于其它3个处理，但在膨大期后期至成熟期，VC含量增大明显，截止成熟期时，均高于其它3个处理，成熟期WP1、WP2和WP3与CK处理的VC含量分别为2.8、2.5、2.5、2.1 μg/g。在果粒重量上，葡萄坐果期持续时间较短，为坐果后0～7 d，之后进入果实膨大期快速生长期，为8～61 d，随后62～85 d为果实成熟期，即为缓慢生长期。在快速生长期，WP1、WP2、WP3和CK处理果粒均重日增长分别为0.031、0.031、0.031、0.027 g/d。在缓慢生长期葡萄果粒均重日增长分别为0.027、0.027、0.024、0.027 g/d，果粒均重高出CK处理0.26、0.18、0.26 g。在弥雾微喷处理中，WP1处理的葡萄果实品质明显优于对照处理，且有助于果实生长。图1

图1 不同处理葡萄果实品质指标变化Fig.1 Changes in grape fruit quality indexes under different treatments

2.2 葡萄果实生长期微气候因子变化

研究表明，葡萄果实生长期，温度呈现出波动变化，但总体呈缓慢上升趋势，且各处理变化规律一致。整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度为26.0、27.0、27.5、28.5℃，其中白天平均温度分别为29.7、31.0、29.6、32.5℃，晚上平均温度分别为22.4、23.0、23.1、24.5℃，由于该地区特殊的气候条件，白天平均温度与晚上平均温度相差较大，WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度差分别为7.3、8.0、6.5、8.1℃。弥雾微喷处理在白天平均温度和晚上平均温度上均低于对照处理，其中白天平均温度低1.5～3.0℃，夜晚平均温度低1.3～2.1℃，平均温度差低0.1～1.6℃，平均温度低1.5～2.5℃。图2

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP31;(D)CK

葡萄果实生长期湿度呈现出波动变化，且各处理变化规律一致。整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均湿度为44.9%、46.8%、46.7%、39.8%，其中白天平均湿度分别为41.7%、42.9%、43.6%、36.0%，晚上平均湿度分别为48.4%、50.7%、49.8%、43.7%，平均湿度差分别为7.0%、6.2%、7.7%、7.7%。弥雾微喷处理在白天平均湿度和晚上平均湿度上均高于对照处理，其中白天平均湿度高5.7%～7.6%，夜晚平均湿度高4.7%～7.0%，平均湿度高5.0%～7.0%。在平均湿度差上，仅WP2比对照高0.1%，WP1和WP3比CK低0.7%～1.5%。图3

2.3 微气候因子与葡萄果实品质指标的关系

2.3.1 葡萄果实品质与微气候因子的关系

研究表明，葡萄果实品质指标可溶性固形物、总糖、总酸、VC含量及果粒重与微气候因子晚上平均温度、白天平均气温、平均温度差、平均温度、平均湿度差和白天平均湿度及平均湿度相关关系不显著，而仅与晚上平均湿度相关关系显著。其中溶性固形物、总糖和VC含量与除平均湿度差外的其它气候因子均呈正相关，总酸含量仅与平均湿度差呈正相关，与其它气候因子均呈负相关关系，果粒重与各气候因子均呈正相关。葡萄果实品质与气候因子中晚上平均湿度相关关系最好，而与温度因子关系不显著，其中，WP1品质指标中除总酸外其它指标均达显著水平，其次是CK处理，WP2和WP3中仅果粒重与晚上平均湿度相关关系显著。WP1处理的葡萄果实品质指标与微气候因子的相关性最好，微气候因子中对葡萄果实品质指标影响最大的是晚上平均湿度。表1

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP31;(D)CK

2.3.2 关键微气候因子与葡萄果实品质的关系

研究表明，葡萄果实在生长发育过程中的各品质指标和果粒重均是随着晚上平均湿度的升高而增加，之后随着湿度的升高而减小。WP1处理中果粒重随着湿度增加而增大，之后随着湿度增加而减小，可溶性固形物和总糖随着湿度增加呈增大趋势，夜晚平均湿度值分别为46.5%、46.6%、46.6%时可溶性固形物、总糖、果粒重最大。WP2夜晚平均湿度最大值分别为51.9%、53.6%、54.9%；WP3夜晚平均湿度最大值分别为46.8%、47.4%、45.9%；CK夜晚平均湿度最大值分别为41.0%、42.4%、41.1%。WP1葡萄果实品质指标中总酸、VC含量与夜晚平均湿度的拟合公式为Y= -0.897X2+ 79.811X- 1 722.7(R2= 0.79)、Y= 0.150 2X2- 14.339X+ 342.52(R2= 0.84)，最大夜晚平均湿度为52.1%、47.7%；WP2总酸、VC含量与夜晚平均湿度的拟合公式为Y= 15.426X2- 1 599.8X+ 41 492(R2= 0.92)、Y= -0.661 1X2+ 68.502X- 1 772.8(R2= 0.88)，最大夜晚平均湿度为51.8%、53.5%；WP3总酸、VC含量与夜晚平均湿度的拟合公式为Y= -1.04X2+ 96.856X- 2 204.5(R2= 0.51)、Y= 0.062 7X2- 6.003 8X+ 143.88(R2= 0.48)，最大夜晚平均湿度为53.5%、47.9%；CK总酸、VC含量与夜晚平均湿度的拟合公式为Y= 0.080 3X2- 12.668X+ 443.34(R2= 0.91)、Y= 0.005 7X2- 0.347 2X+ 4.718 5(R2= 0.92)，最大夜晚平均湿度为52.4%、40.4%，得到葡萄品质指标可溶性固形物、总糖、总酸、VC含量和果粒重的夜晚平均湿度范围分别为41.0%～51.9%、42.4%～53.6%、51.8%～53.5%、40.4%～53.5%、41.1%～54.9%，在整个葡萄果实生长期，微喷处理夜晚平均湿度值为48.4%～50.7%，对照处理夜晚平均湿度值为39.8%～49.7%，在整个葡萄果实生长期，微喷处理比对照处理在夜晚平均湿度上提高了1.0%～8.5%，微喷处理提高了葡萄园气候因子中的夜晚平均湿度，同时提高了葡萄果实品质。图4

表1 葡萄果实品质指标及果粒重与微气候因子的相关性Table 1 Correlation analysis of grape fruit quality index, fruit weight and microclimate factors

2.4 葡萄果实形态及糖度与微气候因子的回归分析

研究表明，各处理中除总酸外其它均在0.9以上，且方差分析F值均达显著水平，WP3中品质指标和果粒重与晚上平均湿度和平均湿度关系显著，WP1、WP2和CK处理中品质指标和果粒重与晚上平均湿度、白天平均湿度和平均湿度关系显著，晚上平均湿度、平均湿度是影响该地区葡萄果实品质的关键气候因子，WP1处理中品质指标与晚上平均湿度、白天平均湿度和平均湿度相关性最好，湿度是影响葡萄果实品质的关键气候因子，葡萄果实品质与关键气候因子呈显著相关关系，可以用白天平均湿度、夜晚平均湿度和平均湿度对该地区葡萄果实品质进行分析和预测。表2

注：(A)WP1; (B)WP2;(C)WP3;(D)CK

表2 葡萄果实品质指标及果粒重与微气候因子的回归分析Table 2 Regression analysis of grape fruit quality index, fruit weight and microclimate factors

3 讨 论

研究表明，整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理平均温度分别为26.0、27.0、27.5、28.5℃，平均湿度分别为44.9%、46.8%、46.7%、39.8%，弥雾调控处理与对照处理相比，在温度上，白天平均温度低1.5～3.0℃，夜晚平均温度低1.3～2.1℃，平均温度差低0.1～1.6℃，平均温度低1.5～2.5℃。在湿度上，白天平均湿度高5.7%～7.6%，夜晚平均湿度高4.7%～7.0%，平均湿度高5.0%～7.0%。该结果与段卫朋[16]和刘思等[14]的研究结论一致，此外，采用避雨栽培等也可起到降温的作用，如郭靖[17]研究发现，不同避雨栽培设施内的温度均低于露地，窄棚、宽棚和连栋避雨棚的日均温分别比露地下降2.16%、5.43%和12.9%。王紫寒等[18]分析认为，避雨栽培能降低棚下光照强度，雨天遮光率最大可达47.8%，晴天时为30%左右，并可使棚下温度低于露地温度1～2℃。而魏晓峰等[19]结果表明，避雨栽培可显著削弱叶幕层光照强度、日平均净光合速率和叶绿素含量，分别降低了68.71%、12.1%、低5.57%。同时，避雨栽培下，叶幕层日平均温度提高1.68℃，日平均湿度降低10.98%。与利用弥雾调控技术和避雨棚降低葡萄园温度不同，温室则可提高设施内微气候温度，如杨杰等[20]分析表明，温棚比避雨棚的有效积温高186.3℃，并可促进葡萄提早成熟。采用不同栽培模式、灌水技术和园艺措施[21-22]等均能起到改善葡萄园微气候的作用，以适宜不同地区和不同葡萄品种的生长环境。

研究表明，栽培模式、园艺措施等改善了葡萄园微气候，且对葡萄植株和果实生长产生了影响，如不同海拔山地与平地相比，因微气候差异，在植株生长量、单株产量和果实糖酸比的表现上，平地优于山地，而在单宁含量上山地高于平地[23]。采用避雨栽培明显提高了葡萄外观品质，使葡萄果实单果重和穗重加大，其中穗质量增加12.92%，并使烂果率降低15.56%，同时，提高了果实可溶性固形物含量与糖酸比，但降低了VC量和果实可滴定酸含量[17，18]。在极端干旱的吐哈地区，由于光热资源十分丰富，光照时间长等特点，使该地区成为著名的葡萄生产区，对于该地区在葡萄节水技术方面的研究较多，在葡萄微气候研究方面相对较少，其中，张雯等[24]研究表明，“厂”形赤霞珠葡萄因结果高度不同而差异明显，在高度为50 cm时日均温、最高温度、日温差及葡萄果实可溶性固形物含量均高于其它高度。贾杨等[22]分析认为，小棚架1处理的叶幕结构因受光面积大和时间长，使叶幕结构内部温度与湿度相对较适宜无核白葡萄生长，且整体葡萄果实品质与产量相对较好。吴久赟[3，21]研究显示，无核白鸡心20叶1果、红旗特早玫瑰10叶1果和5叶1果时可提高葡萄果实成熟期果实穗重和可溶性固形物含量。研究成果与前人一致，采用弥雾调控后，对葡萄品质有一定的促进作用，截止到果实成熟期时WP1、WP2和WP3与CK处理的可溶性固形物含量分别为21.5%、21.1%、19.5%和19.1%，总糖含量分别为19.1%、18.2%、17.9%和17.5%，总酸含量分别为4.0、5.1、5.9和6.4 g/L，VC含量分别为2.8、2.5、2.5、2.1 μg/g，弥雾调控处理果粒均重高出CK处理0.26、0.18、0.26 g，弥雾微喷处理的果实品质明显优于对照处理，且有助于果实生长。其结果与前者研究成果相符，通过合理的微气候调控可促进葡萄果实生长和提高葡萄果实品质。

在果实品质与其气候影响因子相互关系上，秦欢[25]应用灰色关联度分析了阳光玫瑰果实部分品质指标与主要气候因子间的相关性，结果显示，VC、总糖、果糖和葡萄糖及可溶性固形物主要受降水影响，可滴定酸与温度的相关性最高。刘思[14]、段卫朋等[16]研究显示，行内生草与覆布措施在改善葡萄园微气候的同时也改变了葡萄果实品质，降低了可滴定酸含量，增加了葡萄果实还原糖、总酸及可溶性固形物含量。靳韦[26]利用套袋试验表明，不同果袋的透气性和透光率与光照强度对果实总糖和可溶性固形物影响最大，呈正相关关系，采用套袋均可降低葡萄果实总酸含量，并提高葡萄果实VC含量。根据微气候因子与葡萄果实主要品质指标的关系分析，研究显示，在葡萄果实生长发育过程中，葡萄果实品质与气候因子中晚上平均湿度相关关系最好，而与温度因子关系不显著，各品质指标随着湿度增加而有差异，如WP1处理中果粒重随着湿度增加而增大，之后随着湿度增加而减小，而可溶性固形物和总糖随着湿度增加呈增大趋势，夜晚平均湿度值分别为46.5%、46.6%、46.6%时可溶性固形物、总糖、果粒重最大。通过对微气候与葡萄果实品质指标进行相关分析和回归分析，得到当夜晚平均湿度值为48.4%～50.7%时，有利于提高葡萄果实品质。在微气候因子对果实品质的影响上因作物不同而表现出显著差异，如齐国亮等[27]研究表明，平均温度和平均温差是影响枸杞生长和糖度的主要因子，其中平均温度影响枸杞生长、平均温差影响枸杞糖度。付三雄等[28]研究发现，昼夜温差是油菜种子油分积累的主要因子。结果表明，对该地区葡萄果实品质影响最大的微气候因子是晚上平均湿度，而微气候极易受大气变化的影响，其研究结果会出现差异，在微气候对葡萄果实品质的影响与作用机理方面仍需进行持续和深入的研究。

4 结 论

建立了关键微气候因子对葡萄品质影响的回归模型，在葡萄果实生长关键期采用架下弥雾调控技术，每天喷水1 h，当夜晚平均湿度值为46.2%～51.1%时，可有效改善葡萄园微气候环境，有利于提高葡萄果实品质。在葡萄果实品质和果粒重受微气候因子中晚上平均湿度、白天平均湿度和平均湿度综合影响，而与晚上平均湿度关系最显著，根据微气候主要影响因子与葡萄果实品质与果粒重的相关关系和回归模型，可以用湿度因子对该地区葡萄果实生长和品质变化进行分析和预测。