不同水肥处理对温室葡萄品质的影响与综合评价

2018-05-30张兴国胡笑涛李涛龙弓俊武

节水灌溉 2018年5期

张兴国，胡笑涛，冉辉，杜斌，李涛龙，郝哲，弓俊武

(1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100；2.陕西省榆林市农垦农业技术服务站，陕西榆林 719000；3.陕西省榆林市鱼河农场，陕西榆林 719000)

在我国葡萄产业中，鲜食葡萄生产占比达到80%以上[1]，具有较高的经济价值。设施果树栽培主要是利用温室、塑料大棚等农业工程设施改变作物生长环境的一种露地自然栽培特殊形式，在保证果品新鲜和反季节供应方面具有显著的优势。近年来，陕北地区通过采取果树的设施栽培形式，取得了一定的生产效益，但由于缺乏科学的指导，在设施农业中仍然沿用着大水大肥的传统灌溉施肥模式，不仅造成了水肥的大量浪费，同时使果实品质大打折扣[2]，严重制约了经济效益的提升。

研究表明，土壤水肥状况是影响果实品质的主要因素[3]，适当地进行农田灌溉有利于协调土壤的水、肥、气、热，从而有助于作物品质的提高[4]。针对不同水肥处理对于葡萄品质的影响，前人已经有了不少的研究，朱洁等[5]研究发现，在一定灌水范围内，减少灌水量可以使可溶性固形物含量增加，减少施肥量可以使可滴定酸含量显著降低；殷飞等[6]研究表明，适当地减少灌水量，可以使葡萄果实可溶性糖含量提高，过多的灌水量会导致葡萄Vc含量降低；黄英等[7]研究发现，在高肥水平下，葡萄果实纵径随灌水量的降低而减小，低肥水平下，随灌水量的降低先增大后减小，葡萄果形指数随灌水量的降低表现为先增大后减小的趋势，中肥水平下，果形指数随灌水量的降低而减小。施明等[8]对酿酒葡萄的研究表明，滴灌施肥条件下，葡萄果实的可溶性糖含量高于传统沟灌，糖酸比增大，总酸度降低。但以上研究主要集中在对少数品质指标进行分析和比较上，以葡萄综合品质为目标的研究较少。作物综合品质是对其各项品质指标的一个综合评判，可以克服仅对个别品质指标进行比较的局限性，通常是反映作物种质资源优劣的一个重要参考指标[9,10]。主成分分析法是利用较少的几个综合指标来综合描述原来众多指标的大部分信息，可以较为全面地反映果实的品质性状，相较于一般的品质评价方法更为科学合理[11]。

本研究通过设置不同的灌水方式和水肥用量，探讨不同水肥处理对设施温室葡萄品质的影响，并选出最优的葡萄综合品质对应的水肥组合，以期为该地区温室葡萄栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验点简介

试验于2017年2月13日至2017年6月11日在陕西省榆林市鱼河农场进行。试验点位于东径108°58′，北纬37°49′，气候类型为典型的大陆性边缘季风气候。年平均降水量为365.7 mm，且多集中在夏季。年平均气温8.3 ℃，年平均日照时数2 893.5 h，5-8月日照较多，12月至次年2月较少。土壤类型为风沙土类，土壤部分物理和肥力状况如下：田间持水量13%(质量含水率)，土壤容重1.64 g/cm3，土壤铵态氮7.48 mg/kg，硝态氮22.91 mg/kg，有效磷4.07 mg/kg，有效钾163.47 mg/kg。供试材料为早熟品种5 a 生“6-12”葡萄，温室大棚为东西走向，长70 m，宽9 m，葡萄为宽窄行种植，大行宽1.0 m，小行宽0.5 m，每行栽植14株葡萄，株距为0.6 m。温室于2017年1月5日开始揭棚并进行人工升温，试验期间，葡萄生育期内温室中日平均温度和相对湿度情况见图1。

图1 葡萄全生育期温室内日平均温度和相对湿度Fig.1 The daily average temperature and relative humidity during the whole growth period of the grape in the greenhouse

1.2 试验方法

试验以传统沟灌施肥为对照CK，灌水和施肥时间按照当地经验进行。滴灌采用水肥一体化方式，灌水与施肥进行完全组合试验设计，共9个处理，每个处理3次重复，共27个小区。灌水定额采用土壤水分上限与下限控制，上限均为田间持水率，下限在萌芽期、抽蔓期和着色成熟期采用65%田间持水率，花期和果实膨大期采用70%田间持水率；计划湿润层深度50 cm，滴灌湿润比为80%。灌水量设3个水平，分别为W1、W2和W3。灌水定额计算如下：

M=0.1 (β田-β0)Hpγ[12]

式中：M为灌水定额，mm；β田为田间持水量，%；β0为土壤水分下限，%；H为计划湿润层深度，m；p为滴灌湿润比，%；γ为土壤容重，t/m3。

灌水间隔按照W1处理小区是否到达下限确定灌水时间，所有处理同时灌水。施肥设置高肥(F1，930 kg/hm2)、中肥(F2，840 kg/hm2)和低肥(F3，750 kg/hm2)3个水平，追肥分3个时期进行，即萌芽期和抽蔓期占总施肥量20%、花期和果实膨大期占60%、着色成熟期占20%，折算为液态肥数量按灌水次数平均随水滴灌施入田间。施肥N、P、K比例为1∶0.6∶1.2。各处理全生育期内总灌水量、施肥量具体见表1。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 果实外观品质

在果实采收期，每个处理随机选取30颗葡萄果粒进行测定，取其平均值作为最终结果。对果实的纵径和横径用游标卡尺进行测定，并采用纵径与横径的比值计算果形指数，红色葡萄果实颜色指数CIRG采用卢彩玉[13]的方法测定，其值越大，则果皮红色程度越深，葡萄单粒重采用精度为0.01 g的电子天平称量。

表1 各处理全生育期内总灌水量和施肥量Tab.1 Total irrigation amount and fertilizer amount during the whole growth period

1.3.2 果实营养品质

在果实采收期，每个处理随机摘取30颗果粒进行其营养品质测定，并取其平均值作为最终结果。利用手持式折光仪对果实可溶性固形物含量进行测定，果实可溶性糖含量采用蒽酮比色法进行测定，用NaOH滴定法测定果实可滴定酸含量，并以果实可溶性固形物含量与可滴定酸含量的比值描述果实固酸比，以可溶性糖含量与可滴定酸含量的比值描述糖酸比，果实Vc含量采用二氯靛酚钠滴定法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据计算和绘图；利用SPSS 19.0进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对葡萄品质的影响

表2给出了滴灌施肥处理W1F1与对照CK条件下葡萄品质的比较结果，从表2中可以看出，滴灌施肥显著提高了葡萄的可溶性固形物、固酸比和糖酸比，可溶性糖含量也有一定程度的提高，同时，滴灌施肥也使果实纵径、果实横径、果形指数、CIRG、单粒重等外观品质以及Vc含量有所降低，考虑到滴灌施肥W1F1比对照CK节水36.5%、节肥16.7%，表明滴灌施肥是一种合理高效的灌水施肥方式。

表2 不同灌水施肥方式下葡萄品质比较Tab.2 Comparison of grape quality under different irrigation and fertilization methods

注：同一行数据的不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。CIRG表示红色葡萄果实颜色指数，下同。

由表3可知，滴灌施肥条件下，不同的水肥处理对葡萄果实的外观品质产生极显著的影响。对于果实纵径，处理W1F2最大，达到23.81 mm，其次为处理W2F2、W2F3，处理W1F3最小，达到21.22 mm，与处理W1F2相比差异显著，灌水作用、施肥作用、水肥交互作用对果实纵径的影响均达到极显著水平；对于果实横径，处理W2F3最大，达到22.71 mm，处理W1F3最小，达到21.45 mm，与处理W2F3相比差异显著，水肥交互作用对果实横径的影响达到极显著水平，施肥作用对果实横径的影响不显著；对果形指数而言，处理W1F2最大，达到1.055，处理W1F3最小，达到0.989，2者之间差异显著，施肥作用、水肥交互作用对果形指数的影响均达到极显著水平，灌水作用对果形指数影响不显著；不同水肥处理下葡萄果实CIRG的大小为4.50～5.79，其中处理W3F2对应的CIRG值最大，处理W1F1对应的CIRG值最小，2者之间存在显著的差异，灌水量相同时，随着施肥量的增加CIRG呈现先增加后减小的趋势，灌水作用、施肥作用、水肥交互作用均对CIRG产生极显著的影响；对于果实单粒重，处理W2F2最大，单粒重达到7.44 g，处理W1F3最小，单粒重达到6.13 g，2者之间差异显著，从对果实单粒重的影响程度而言，水肥交互作用>灌水作用>施肥作用。

表3 滴灌不同水肥处理对葡萄外观品质的影响Tab.3 Effect of different fertigation treatment on grape appearance quality

注：同一列中不同的小写字母表示差异显著。*表示差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)。下同。

比较不同水肥处理下果实营养品质的差异(表4)，对于果实可溶性固形物，处理W3F1最大，其含量达到15.33%，其次为W1F2、GW3F1、W2F3，处理W3F3最小，其含量达到11.43%，且与其他处理之间存在显著性差异，灌水作用、施肥作用、水肥交互作用对可溶性固形物的影响均达到极显著水平；对于果实可溶性糖，处理W1F2最大，达到9.34%，处理W3F3最小，为5.18%，其他各处理之间均存在显著性差异，从整体上看，果实可溶性糖含量随着灌水量的减少逐渐降低，灌水作用、施肥作用、水肥交互作用均对果实可溶性糖含量产生极显著影响；对于果实可滴定酸含量，处理W1F3最大，其含量达到1.05%，处理W2F3最小，其含量达到0.6%，灌水作用、水肥交互作用均对果实可滴定酸含量产生极显著影响，施肥作用对果实可滴定酸含量影响不显著；不同水肥处理下，果实固酸比大小为11.15～21.90，其中处理W3F1对应的果实固酸比最大，处理W3F3对应的果实固酸比最小，2者之间差异显著，灌水作用、水肥交互作用均对果实固酸比产生极显著影响，施肥作用对果实固酸比影响不显著；不同水肥处理下，果实糖酸比大小为5.06～12.16，其中处理W2F3对应的果实糖酸比最大，处理W3F3对应的果实糖酸比最小，2者之间差异显著，灌水作用、水肥交互作用均对果实糖酸比产生极显著影响，施肥作用对果实糖酸比影响不显著；对于果实Vc含量，处理W3F2最大，达到0.095 3 mg/g，处理W1F1最小，达到0.046 7 mg/g，2者之间差异达到显著性水平，灌水作用、施肥作用以及水肥交互作用对果实Vc含量的影响均不显著。

表4 滴灌不同水肥处理对葡萄营养品质的影响Tab.4 Effect of different fertigation treatment on grape nutritional quality

2.2 不同水肥处理葡萄果实品质主成分分析和综合评价

表5 主要主成分的特征值、贡献率及累积贡献率Tab.5 Characteristics of the main components, the value of the contribution rate and the cumulative contribution rate

根据主成分分析得到相关矩阵的特征根、特征根的方差贡献率以及累积贡献率(表5)，由主成分个数提取原则(主成分对应的特征值大于1)，可取前3个主成分作为评价的综合指标，且前3项特征根的累积贡献率为85.993%，即前3个主成分可以代表全部资源85.993%的信息量。

表6给出了不同水肥处理分别对应的第1主成分、第2主成分、第3主成分得分D1、D2、D3以及主成分综合得分D，根据D值的大小对不同水肥处理下葡萄果实综合品质的优劣进行排序，由排序结果可知，处理W2F3的葡萄果实综合品质最好，处理W3F3葡萄果实综合品质最差，这说明适当地进行亏水和减少肥料用量可以提高葡萄综合品质，但是过多或过少的水肥供给都会导致葡萄综合品质降低。

3 讨论

表6 不同水肥处理果实综合品质评判结果Tab.6 The fruit quality evaluation results of different water and fertilizer treatments

水肥供给是影响作物生长发育的重要因素，2者之间既相互促进又相互制约[14]。关于滴灌施肥对于葡萄品质的影响，前人作了很多的研究，大都表明，滴灌施肥能够在显著减少水肥用量的前提下，改善葡萄果实的品质[8,15]。本研究通过对比滴灌处理W1F1与传统沟灌处理CK下葡萄果实品质的差异发现，滴灌施肥可以显著提高葡萄果实的可溶性固形物、固酸比、糖酸比，同时果实可溶性糖含量也有一定程度的增加，但是在外观品质上包括果实纵径、横径、果形指数、CIRG、单粒重滴灌处理会有一定程度的减小，但降低幅度不显著，这说明果实品质和大小之间存在一定的相互制约关系，滴灌施肥相对较小的果重使果实营养浓度增大[16]，同时考虑到滴灌施肥处理W1F1相比对照CK节水36.5%、节肥16.7%，表明滴灌施肥是一种更为合理高效的灌水施肥方式。本研究发现，滴灌施肥条件下，不同的水肥处理对葡萄外观品质有着极显著的影响，在高水和中水灌水水平，葡萄果实纵径和单粒重随着施肥量的增加先增大后减小，在低水水平下随着施肥量的增加单粒重逐渐增大，果实单粒重在处理W2F2下达到最大，这表明，适当的亏水和适量的施肥可以提高葡萄果实单粒重[7]；红色葡萄果实颜色指数CIRG总体上随着灌水量的增大而减小，这与卢彩玉等[13]的研究结果相似，另外，在同一灌水水平下，随着施肥量的增加CIRG和果形指数均表现为先增大后减小的趋势；随着灌水量的增加，果实横径整体上表现为先增大后减小的趋势，在W2F3达到最大。本试验结果表明，滴灌施肥条件下，除果实Vc含量外，不同水肥处理对葡萄各项营养品质均有极显著影响，葡萄果实可溶性固形物、可溶性糖含量，分别在处理W3F1和W1F2达到最大值，果实可溶性糖含量总体上表现出随灌水量增加逐渐增大的趋势，这与李磊等[17]得出随着灌水量的增加，葡萄果实可溶性糖含量呈先增大后减小的趋势存在着类似之处，但王海龙等[18]研究表明，适当地减少灌水量能够使葡萄果实的可溶性糖含量增加，郑睿等[19]研究表明，增大灌水量不利于糖分的积累，表现出一定的“稀释效应”，这与本实验结果不一致，这可能是因为本研究中以肥调水削弱了灌水量多不利于糖分积累这一不利因素，从而使得在较高的灌水水平下葡萄果实依然获得了较高的可溶性糖含量[19];在同一灌水水平下，随着施肥量的增加，可溶性固形物、可溶性糖、固酸比、糖酸比与可滴定酸均呈现完全相反的变化趋势,这说明葡萄果实中含糖量和含酸量之间存在一定的相互制约关系。本研究通过对葡萄多项品质的主成分分析，得出了不同水肥处理下葡萄果实品质的综合评判结果，即处理W2F3葡萄果实综合品质最优，其次为处理W1F2、W1F2，综合品质最差的是处理W3F3，沟灌处理的果实品质处于中下水平，这进一步表明利用滴灌使肥随水施入能够明显提升果实品质，并且可以节约水肥用量，但应该使水肥供给维持在一个适当的水平，过多或过少的水肥用量反而会降低葡萄品质。