孙伊博，张清涛，王 垚，周玉兰，屈 柘，王振平

(1.中山大学地理科学与规划学院水资源与环境系，广东 广州 510275；2.中山大学华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室，广东 广州 510275；3.宁夏大学农学院，葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021)

旱区水资源短缺严重影响了葡萄产量，发展节水灌溉迫在眉睫[1]。我国农业灌溉模式在不断演变，传统的漫灌由于水分利用效率较低，已经部分被滴灌替代[2]。研究表明，葡萄在滴灌模式下，节水效率为30%时能提高17%的产量以及1.9%的含糖量，大大改善了葡萄口感[3-4]。但是，滴灌存在滴头易堵塞、初期成本投入较高的问题。渗灌技术一般是将水增压，通过低压管道送达渗水器(毛细渗水管、瓦管、陶管等)，慢慢把水分直接输送到植物根部，使植物根部的土壤维持最优含水状况的一种先进的灌溉模式[5]。但渗灌维修困难，稳定性也不如滴灌，渗灌管微孔易堵塞，灌水均匀度也不高，因此并没有得到很好的推广。

毛细芯渗灌是基于毛细作用，通过毛细芯浸润方式给作物根部供水的节水渗灌方法，较好地减轻了渗灌堵塞问题。毛细芯渗灌不需要额外的灌溉动力即可达到灌溉节能的目的[6]。然而，已有的毛细直芯引水是在植株根区形成点源局部灌溉[7]，使得植物根系周围的土壤含水量分布很不均衡。为了改善灌水均匀度，我们提出了“环状毛细芯”，在已有的毛细直芯基础上增加了一个毛细环，毛细直芯与毛细环编织在一起，使毛细环围绕植物主根，以使水分较为均匀地分布在根区。我们前期的实验研究表明，毛细小环处理的供水均匀度比一条毛细直芯和两条毛细直芯分别提高了59.6%和2%，大环处理的供水均匀度比一条毛细直芯提高了12.2%。因此，环状毛细芯能够改善毛细直芯供水不均匀的问题，可以进一步提高渗水效率[6]。故研究环状毛细芯渗灌这种新型的节水灌溉方式对葡萄生长生理的影响有着重要的实践意义。

本试验选择在宁夏大学试验基地的大田鲜食葡萄园对环状毛细芯不同埋深以及不同灌水次数(灌水量)进行研究，旨在为干旱区的节水灌溉和旱区葡萄可持续发展提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年8-10月进行。试验基地坐落于国家葡萄酒原产地保护区“宁夏贺兰山东麓”的核心区银川市永安县玉泉营农场，属中温带干旱气候区，大陆性气候特征十分明显，年平均气温8.7℃，年太阳总辐射141.7 kcal·cm-2，年日照时数达2 866.7 h，光能资源丰富，日照长。土壤为淡灰钙土，土壤质地为沙壤土，土壤侵蚀度轻，pH值<8.5，0～10cm土壤深度有机质3.79g·kg-1，田间持水量为14.26%。气候年较差平均为31.5℃，日较差平均13.6℃，温度和日照条件可满足葡萄生长发育的需要。但多年年平均降水量为201.4mm，降水量年内分配很不均匀，7、8、9三个月降水量占全年降水量的62.2%；年平均蒸发量1 470.1mm，为降水量的8.6倍。由于降水稀少蒸发强烈，没有灌溉就没有稳定的农业。这里冬季寒冷，夏季干旱少雨，土地疏松，光照充足，昼夜温差大，是国内外专家公认的“中国优质酿酒葡萄第一区”。试验地所在的鲜食葡萄园面积达6 667m2，四周绵延的酿酒葡萄园面积超过2万hm2。

1.2 试验材料与设计

1.2.1 试验材料 试验鲜食葡萄为6年生红地球(VitisviniferaL.cv.red globe)，俗称美国红提、大红球、晚红，欧亚种。东西行向，株间距为50cm。毛细芯选用棉材料，制成扁平带状，长、宽、厚度分别约15 cm、3 cm、2 mm。环状毛细芯是在已有的毛细直芯基础上增加一个毛细环，将毛细直芯与毛细环编织在一起。

1.2.2 试验设计 在葡萄行间放置供水PVC管，PVC管一端联接供水箱，另一端堵上。PVC管上部开出细缝，供毛细芯穿入(图1)；毛细芯的另一端(毛细环)放进土壤，试验共设2种放置深度(土壤深度0 cm和30 cm)(有研究表明，7a树龄的红地球根系主要分布在40cm以上的土层，占总根量的86.7%[8]，红地球的吸收根系集中分布于地面以下 30cm 范围内，距主干越近，根系分布越密集[9])。

a.100L水桶; b.水阀; c.PVC管; d.环状毛细芯a.100L bucket; b. Water valve; c. PVC pipe;d. Annular capillary wicking图1 环状毛细芯渗灌Fig. 1 The infiltration irrigation by annular capillary pipes

试验设计：两次灌溉和一次灌溉(每次灌溉一桶水(100L))；以常规沟灌(两次供水共200L、在PVC管上面开出一条长裂缝)为对照，共5种处理，每个处理设置4个重复(每次灌水用100L水灌溉4颗葡萄树。有研究报道，常规灌溉下每株葡萄灌水量设置为26L/次[21]。)。

葡萄在着色成熟期轻度水分亏缺可使总糖含量提高22.4%，酸含量降低9.3%[2]。为了分析各个处理之间的差异性，本研究根据物候期，选择在着色成熟期开始灌水试验。

灌水情况：第一次灌水于试验开始后的8月28日上午7∶00打开各个处理水桶开关，常规沟灌下渗水很快，当天即渗完；至9月4日上午8∶40左右其它各处理基本渗完，整个渗水过程大约历时4天多。第二次灌水在9月17日(9月14日取样后测得的的脯氨酸含量反映出葡萄树已经受到了一定程度的水分胁迫，需要补充水分)，上午7∶00打开各个处理水桶开关，至9月24日上午各处理基本渗完。

1.2.3 测定项目与方法

叶中脉与副梢长的观测：分别用标签标记需要测量的每棵树上的副梢和叶中脉，用卷尺测量各个处理4颗葡萄的副稍和叶中脉长度。测定时间分别为9月2日、9月15日、9月25日，计算每个时间段的增长量，求得各个处理的生长平均值。

红地球果实粒径的测定：使用标签标记需要测量的果实，每个处理随机选30个果粒(不摘下，在树上测量)，每隔10d用游标卡尺测量葡萄果实直径(包括横径与纵径),计算每个时间段的粒径增长量，并求得各个处理平均值。

可溶性固形物测量：可溶性固形物的测定是在果实成熟时由数字折射仪(Atago PR-101, 0-45% Brix±0.1% at 5-40℃; Atago Company Ltd.,Japan)测定。

百粒重的测定：每个处理取两袋80～120粒，用电子秤测定其重量，以此来计算百粒重。测定周期为10d左右，测定果粒鲜重后将其放于冰箱，用于测量其它生理指标。

果实脯氨酸含量的测定：采用茚三酮比色法[10]。所使用的仪器为725n分光光度计，采用标准脯氨酸做标准曲线。

果实可滴定酸(果酸)含量的测定：采用酸碱滴定法，采样后用NaOH滴定法测定，以酒石酸计。

花色苷含量的测定：在最大吸收波长处用分光光度计测定吸光值。

土壤体积含水量观测：采用手持ADR水分仪来测量土壤根区体积含水量，测定深度为0～10cm(对处理30*1与30*2根区体积含水量测量时进行挖坑，测量深度为30～40cm)。在每株葡萄树周边选3个点，把手持ADR水分仪插入土壤表层，记录读数。土壤含水量测定在每天同一个时间段完成(上午8∶00～9∶00)，测定时间选择在灌水前以及渗水期间。

果形指数：浆果纵径与横径的比值。

数据制图、统计分析与方法：用OriginPro 9.0进行数据分析以及绘图，用Spss 19.0统计分析软件以LSD法进行各个处理之间的比较。

2 结果分析

2.1 不同灌溉方式对红地球葡萄生长情况的影响

2.1.1 不同灌溉方式下的土壤含水量 如表1所示，各处理土壤含水量前期很低，第一次灌水后大大升高；第一次灌水后渗水时段(09-21)有所降低；第二次灌水9d后降到较低的值。环状毛细芯渗灌土壤含水量比常规沟灌高，这是因为灌水时常规沟灌的水很快就渗到土壤下面。因此，在灌水量一致的条件下，与常规沟灌相比，环状毛细芯渗灌有利于在较长时间内维持根区较好的土壤水分状况，减少了土壤深层渗漏的损失。

表1 不同灌溉方式下的土壤体积含水量

注：-表示没有测量土壤体积含水量。Note: - indicates no measurement of soil volumetric water content.

2.1.2 对副梢增长量的影响 在9月2日至15日期间，处理0*1的副稍增长量最大(图2)，与常规沟灌存在显著差异(P<0.05)，比常规沟灌提高了66.7%左右，其余处理之间差异不显著，但都比常规沟灌有一定提高。在9月15日至25日期间，处理0*1的副稍增长量最大，与常规沟灌存在显著差异(P<0.05)，比常规沟灌提高了大约1倍。在相同灌水量下，处理0*1副稍增长量高于处理30*1(图2)，可能是由于在葡萄果粒转色期将毛细芯埋藏于地表下30cm深伤及了葡萄树根部；随着灌水量的增加，毛细芯副稍长势有所减弱。不论是表面渗灌还是30cm深的渗灌，毛细芯渗灌副稍长势均好于常规沟灌，这表明毛细芯渗灌有利于葡萄的生长发育。

2.1.3 对叶中脉增长量的影响 在9月2日至15日期间，处理0*2的叶中脉长势最好(图3)，与处理0*1、30*2、常规沟灌相比均有极显著提高(P<0.01)。处理0*2叶中脉增长量比常规沟灌提高了将近1倍，这说明在相同灌水量条件下，毛细芯渗灌由于延长了供水时间、缩短了水分胁迫的时间，从而促进了葡萄叶片生长。由于第二次灌水是在9月17日，故在9月15日至25日期间，各个处理之间叶中脉增长量差异不显著，这一时段各个处理叶中脉增长量比上一时段均有一定程度下降，可能是因为在成熟期，葡萄将营养物质更多转移到果实。

图2 不同灌溉方式对每日副梢增长量的影响Fig. 2 Effects of different irrigation modes to the daily growth of the sublateral shoot

图3 不同灌溉方式对每日叶中脉增长量的影响Fig. 3 Effects of different irrigation modes to the daily growth of leaf midrib

2.2 不同灌溉方式对红地球果实品质的影响

2.2.1 对红地球果实粒径的影响 整体来说，常规沟灌的果实生长最慢，处理0*2与0*1果实横径日均增长量最大(图4A)。8月25日至9月1日期间，0*2横径增长速度最快，比常规沟灌提高了55.6%。其余处理横径增长量比常规沟灌也有所提高。9月1日至13日期间，0*2与0*1的横径日均增长量最大，0*2横径日均增长量达到0.07mm·d-1；常规沟灌与30*2横径日均增长量最低，常规沟灌下仅有0.02mm·d-1；0*2横径增长速度比常规沟灌提高了将近2.02倍。9月13日至23日期间处理0*2与0*1横径增长速度比前一个时段略有下降。9月23日至10月3日期间各处理横径增长速度整体下降，这一方面是由于土壤逐渐变干引起水分胁迫，另一方面是由于成熟期果实生长变缓。后面阶段各处理增长速度有所下降，这是由于红地球已经完全转色，进入成熟期。

整体来说，果实纵径增长速度整体呈下滑的趋势(图4B)。8月25日至9月1日期间，处理0*1纵径日均增长量最大，为0.10mm·d-1，比最小的常规沟灌提高了50.9%。其余处理纵径日均增长量比常规沟灌也有不同程度提高。9月1日至13日期间，处理0*2纵径日均增长量最大，0*2纵径日均增长量达到0.07mm·d-1；常规沟灌纵径日均增长量最低，仅有0.04mm·d-1，0*2纵径增长速度比常规沟灌提高了将近85.2%。

图4 不同灌溉方式对果实粒径的影响Fig. 4 Effects of different irrigation modes to the fruit berry diameter

表2反映了从8月25日至10月3日期间不同灌溉方式下的果形指数，各处理之间不存在显著性差异。8月25日30*1处理的果形指数最小，只有1.048, 果形指数最接近于1，这说明该处理下葡萄的外形接近于圆形。10月3日0*2处理的葡萄果形指数最大，达到1.104。

表2 不同灌溉方式对葡萄平均果形指数的影响

注：表中数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著,下同。

Note: The data in the table were the mean values ± standard deviation, different small letters in the same column means significant difference atP<0.05 levels. The same as below．

2.2.2 对红地球百粒重的影响 整体来看，处理30*2下百粒重最大，常规沟灌下百粒重最小，并明显小于其它各处理(图5)。在9月14日，处理30*2百粒重达到996g，处理30*1达到960g，常规沟灌只有810g，30*2比常规沟灌提高了30%，处理30*1比常规沟灌提高了18.5%。这说明与常规沟灌相比，毛细芯渗灌有效提高了葡萄的百粒重。处理0*2的百粒重略高于处理0*1，是由于处理0*2的灌水量高于处理0*1。

2.2.3 对红地球果实脯氨酸含量的影响 图6反映了从9月3日到9月24日期间不同处理下脯氨酸含量的变化情况。常规沟灌下脯氨酸含量最高，处理30*2和0*2脯氨酸含量较低。常规沟灌下脯氨酸含量大约是30*2处理的3倍，常规沟灌下脯氨酸含量比30*1、0*1、0*2高大约25%、47%、42%。这说明相较于常规沟灌，环状毛细芯渗灌缓解了葡萄的水分胁迫，降低了这一时段葡萄受到的干旱伤害。从9月3日到9月14日，各处理脯氨酸含量均呈现不同程度增长趋势。这是由于在这一时段第一次灌水期已经基本结束，红地球进入水分胁迫阶段，这使得脯氨酸含量不断积累。从9月17日开始进入第二次灌水阶段，处理30*2以及0*2脯氨酸含量均呈现不同程度下降趋势，其中处理0*2脯氨酸含量下降趋势很明显，这说明此时水分胁迫在一定程度上得到缓解。此外，处理0*1脯氨酸含量略有下降，其它处理脯氨酸含量上升趋势较前一时期有所下降，这与红地球完全进入成熟期有关。

图5 不同灌溉方式对百粒重的影响Fig. 5 Effects of different irrigation modes to 100 berry weight

图6 不同灌溉方式对葡萄果实脯氨酸含量的影响Fig. 6 Effects of different irrigation modes to the proline content of grape berries

2.2.4 对红地球果实可溶性固形物和酸的影响 处理30*2可溶性固形物含量最高，达到21.07%，常规沟灌下最低，只有18.6%，但各处理之间无显著性差异(表3)。处理0*1可滴定酸含量最高，达到1.12%，处理30*1可滴定酸含量最低，只有0.82%，两者之间存在显著性差异(P<0.05)，处理0*1比30*1高36.4%。由表3可以看到，糖酸比大小顺序为30*1>常规沟灌>30*2>0*2>0*1。处理30*1糖酸比高达24.48，成熟度最高，口感最好。在相同灌水量下，表面渗灌下葡萄糖酸比低于30cm深的渗灌，这表明30cm深的毛细芯渗灌可能有利于促进葡萄果实中酸向糖的转化。

表3 不同灌溉方式对果实可溶性固形物和酸的影响

2.2.5 对红地球花色苷含量的影响 9月14日，在相同灌水量下，30cm深渗灌处理葡萄花色苷含量高于表面渗灌(图7)，这表明30cm深渗灌可以有效防止水分流失、减少蒸发，提高水分的利用效率。多数处理的花色苷含量无显著性差异。从9月14日到9月24日，除常规沟灌外，其余各个处理均有增长趋势。从9月24日到10月8日，红地球已经完全进入成熟期，各个处理花色苷含量变化不大。

图7 不同灌溉方式对葡萄花色苷含量的影响Fig. 7 Effects of different irrigation modes to the anthocyanins content of grape

3 讨 论

在满足葡萄生育期需要的养分后，适宜的灌溉方式可以有效改善葡萄的品质，既可以起到节约水资源的效果，又能够保证葡萄的正常发育[11]。Gray等[12-13]研究表明，较严重的水分胁迫能够降低植株生长长势。

着色期是葡萄果实膨大的关键时期，红地球色泽以及可溶性固形物等含量迅速增加。我们在着色期的实验研究表明，8月28日常规沟灌下的土壤含水量最低，在第一个观测时段(9月2日～9月15日)常规沟灌下的葡萄副稍长势不如毛细芯渗灌，这说明环状毛细芯渗灌通过缓慢渗水的方式，有效改善了较长时间内的土壤水分状况，促进了葡萄生长；也说明了由于常规沟灌的灌水入渗太快，造成灌水后土壤很快变干，不利于无灌溉时期的植被生长。30cm深的渗灌副稍长势整体不好，可能是由于毛细芯更适宜埋藏于30cm以上某个浅层，以避免大量伤根引起葡萄的长势变差；或者在葡萄幼苗栽植时就将环状毛细芯埋于地下30cm处，这样可避免伤根。

处理0*1的果实横径增长速度比常规沟灌提高了55.6%，而常规沟灌的灌水量比环状毛细芯表面渗灌多1倍，说明环状毛细芯渗灌不仅比常规沟灌节水，而且还促进了果实生长，提高了产量。林华等[3]在荒漠地区进行的滴灌试验表明，滴灌比沟灌节水50%以上。何建斌等[14]的研究表明，滴灌提高了水分利用效率，大幅度减少了沟灌情况下产生的深层渗漏损失。苏培玺等[15]的研究表明在灌溉水分均匀分布并在适宜葡萄生长的前提下滴灌比沟灌节水70.8%左右。常规沟灌的弊端是一次灌水量较大，尤其是在沙质土壤中，灌水入渗太快，会造成深层渗漏，浪费水资源。

葡萄果实膨大期适宜的灌水能促进果实发育，一定的水分胁迫会提高果实品质[16-17]。各个处理之间果实粒径的差异比较明显，在相同灌水量下，表面渗灌下葡萄果实粒径的长势明显好于30cm深的渗灌。9月13日至10月3日期间处理30*1的果形指数低于处理30*2。红地球的果形指数接近于1，果实的形状趋近于圆形，与唐莎莎等[18]的研究结果相近。与常规沟灌相比，环状毛细芯渗灌显著提高了果实的百粒重，这也说明环状毛细芯渗灌提供了较为持续的适合葡萄生长的土壤水分环境。

有研究表明，渗灌相比于沟灌更有助于葡萄产量和品质的提高[19]。李善雅等[20]的研究表明,适度控制灌水量在一定程度上能提高果实可溶性固形物含量[20]。方玉林和Yesim Erdem[21-22]等的研究表明，可溶性固形物在轻度胁迫下表现出增长的趋势；然而本文的两次灌水下葡萄可溶性固形物含量增加，在表1中两次灌水的土壤含水量明显高于一次灌水和常规沟灌的土壤含水量，这种现象说明一次灌水和常规沟灌下的葡萄已经受到了较为严重的水分胁迫。杜军等[23]研究表明，随着灌水量的增加葡萄酸度也随之增加，这与本文30*2处理的可滴定酸含量略高于30*1处理是一致的。

糖酸比可以作为不同灌溉模式下评价葡萄成熟度的具体指标，并且适宜的糖酸比有助于改善葡萄的口感[19]。本研究表明，处理30*1的糖酸比最高，成熟度最高，果实品质最佳。在相同灌水量下，表面渗灌下的葡萄糖酸比低于30cm深的渗灌。

葡萄的水分胁迫反应能够反映品种的耐旱性[24]，也能反映植物体内水分状况，可以作为植株缺水的指标[25]。严重的水分胁迫往往也对葡萄的生长生理造成一定的伤害[26]。胡宏远[27]的研究显示，胁迫程度越重，植物体内脯氨酸量会不断地积累，含量持续增加。我们的实验研究表明，进行二次灌水的处理脯氨酸含量明显下降，水分胁迫得到一定的缓解，降低了葡萄受到的伤害。30cm深的渗灌下脯氨酸含量相对最低，这说明在相同的灌水量下，与表面渗灌相比，30cm深的渗灌更能降低水分胁迫对葡萄造成的伤害，这是由于地下渗灌的土壤蒸发较小，更有利于满足植物的水分需求。

花色苷是重要的植物色素，果实中其含量的多少直接影响果实的颜色，进而影响葡萄的品质[28-29]。花色苷具有降低肝脏及血清中脂肪含量、抗氧化、抗诱变、延迟血小板凝集等多种生理和药用活性功能[30]。我们的研究表明，在相同灌水量下，9月14日30cm深渗灌的葡萄花色苷含量高于表面渗灌。在本研究中花色苷于葡萄转色期开始增加并随果实成熟不断积累，完全成熟时含量达最大值或呈略有下降趋势，这与前人研究一致[31-32]。

本文只讨论了1～2次灌水情况下毛细芯渗灌在着色成熟期对葡萄产量和品质的影响，而针对全生育期的情况，还需进一步试验研究。

4 结 论

本研究采用“环状毛细芯”进行葡萄灌溉试验，观测分析了“环状毛细芯渗灌”对土壤含水量以及葡萄生长生理的影响。结果表明，在相同灌水量下，与30cm深的渗灌相比，表面渗灌下葡萄粒径的长势更好，但30cm深的毛细芯渗灌更能降低水分胁迫对葡萄造成的伤害，从而提高了百粒重、可溶性固形物含量、糖酸比和花色苷含量。

从葡萄树的长势角度分析，与常规沟灌相比，环状毛细芯渗灌提高了土壤含水量，而红地球副稍以及叶中脉长势有明显提高；从外观品质角度分析，果实粒径也显著提高；可溶性固形物略有提高，脯氨酸含量明显降低，这说明环状毛细芯降低了葡萄由于水分胁迫所受到的伤害，改善了果实品质；从而表明环状毛细芯渗灌提供了较为持续的适合葡萄生长的土壤水分环境。在灌水量相同的情况下，环状毛细芯的果实百粒重比常规沟灌也有显著提高，从一定程度上也反映了毛细芯渗灌更加节水，葡萄的水分利用效率更高。因此，环状毛细芯渗灌是一种较好的节水灌溉技术。从最终产量和果实品质的角度看，处理30*2是旱区红地球着色期～成熟期较好的毛细芯渗灌组合。

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