不同微喷弥雾调控方式下微气候因子对极端干旱区葡萄果实生长及糖度的影响

刘洪波，白云岗，张江辉，郑 明，丁 平

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

葡萄是世界上加工比例最高、产业生产链最长、产品种类最多的果树，新疆作为全国葡萄种植面积和产量第一的区域，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]。吐哈盆地因其独特的地理位置和气候条件成为中国著名葡萄生产基地，2018年种植面积和产量为4.7×104hm2、154.9×104t，分别占新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，吐哈地区因时常出现35℃～40℃的高温天气，甚至45℃以上的极端高温天气，对葡萄产量形成造成了极大的影响[3]。诸多研究表明，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]，适宜的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]，因此，探索吐哈地区葡萄果实生长发育过程及糖度与微气候因子间的关系，对优化高效节水灌溉技术和提高葡萄品质与产量具有重要的现实意义。

关于微气候因子对葡萄果实生长的影响已有研究，如利用不同的栽培模式[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，通过对温度、湿度、光照等微气候因子的调控达到促进葡萄植株和果实生长的目的。在极端干旱的吐哈地区，由于气候干旱、少雨、蒸发量大等特殊的气候条件和灌溉普遍采用地面沟灌的粗放管理方式，因此，在该地区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方面，而对于葡萄果实生长及糖度与微气候因子的相互关系研究较少。本试验采用微喷弥雾调控技术，通过在葡萄果实生长关键物候期——果实膨大期进行弥雾调控，利用弥雾对葡萄园微气候主要因子温、湿度的影响，研究弥雾调控下微气候主要因子的变化规律，了解微气候因子对葡萄果实生长指标的影响，探明在葡萄关键生长期微气候因子对其生长和糖度变化的作用机理，为高效节水技术优化提供数据支撑，对进一步提高葡萄品质与产量、保障我国重要葡萄生产基地的可持续发展具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所中心试验基地(北纬42.91°，东经90.30°，海拔419 m)。年降雨量25.3 mm，年蒸发量2 751 mm，≥10℃积温为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℃，无霜期长为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，棚架前端高度1.5 m，后端高度0.8 m。

1.2 试验设计

试验于2019年进行，4个处理包括3个微喷弥雾处理和1个对照处理，3个微喷灌水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，分别为架上喷水1 h(WP1)、架下喷水1 h(WP2)和地上喷水1 h(WP3)；对照处理(CK)采用常规滴灌，不喷水。每个处理重复2次，每个试验小区面积约0.03 hm2。微喷弥雾灌溉装置的喷射直径200 cm、流量40 L·h-1，喷头间距2 m，架下和地上的喷头高度离地面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，各处理灌溉定额均为9 150 m3·hm-2。

1.3 测定项目与方法

温度、湿度监测：采用EasyLog-usb-2型温、湿度传感器进行自动采集，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，具体在各处理的前部、中部和后部3个位置。传感器设置为每30 min记数1次。

葡萄果实形态测定：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，然后在选取的葡萄串上按上、中、下选取3颗葡萄，并做标记。用游标卡尺对标记的葡萄果粒进行纵径、横径测量。

糖度测定：在选好的每个处理的3个葡萄串上各取两颗果粒，利用VR-113ATC型手持式折射计进行测定。

1.4 数据分析

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 不同微喷弥雾调控处理葡萄果实生长期微气候因子变化

2.1.1 温度 葡萄果实生长期温度变化如图1所示。在葡萄整个果实生长期，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。总体上看，整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理白天平均温度分别为29.3℃、29.7℃、29.3℃、32.5℃，晚上平均温度分别为22.0℃、22.4℃、22.3℃、24.5℃，平均温度为25.6℃、26.0℃、25.8℃、28.5℃。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℃、7.3℃、7.0℃、8.1℃。同时可看出，弥雾微喷处理的白天平均温度和晚上平均温度均低于对照处理，其中白天平均温度低2.9℃～3.3℃，夜晚平均温度低2.1℃～2.5℃，平均温度差低0.8℃～1.0℃，平均温度低2.5℃～2.9℃。

2.1.2 湿度 葡萄果实生长期湿度变化如图2所示。在葡萄整个果实生长期，湿度呈现出波动变化，且各处理变化规律一致。总体上看，整个监测期WP1、WP2、WP3和CK处理白天平均湿度分别为41.0%、41.7%、42.1%、36.0%，晚上平均湿度分别为48.4%、48.4%、49.2%、43.7%，平均湿度为44.7%、44.9%、45.6%、39.8%，平均湿度差分别为8.1%、7.0%、7.2%、7.7%。同时可看出，微喷弥雾处理的白天平均湿度和晚上平均湿度均高于对照处理，其中白天平均湿度高5.1%～6.1%，夜晚平均湿度高4.7%～5.5%，平均湿度高4.8%～5.7%。仅WP1的平均湿度差比对照高0.4%，WP2和WP3分别比CK低0.7%和0.5%。

2.2 不同微喷弥雾调控处理葡萄果实生长形态指标变化

不同微喷弥雾处理葡萄果实生长形态指标变化如图3所示。各处理中葡萄形态指标虽有差异，但大致规律一致，均经历了2个明显阶段，即快速生长期和缓慢生长期，其中，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处理葡萄果粒纵径平均日增长分别为0.28、0.26、0.24、0.25 mm·d-1，横径平均日增长分别为0.22、0.22、0.21、0.21 mm·d-1，果粒均重日增长分别为0.03、0.03、0.03、0.03 g·d-1。在缓慢生长期葡萄果粒纵径平均日增长分别为0.05、0.05、0.09、0.01 mm·d-1，横径平均日增长分别为0.03、0.04、0.08、0.01 mm·d-1，果粒均重日增长分别为0.01、0.02、0.02、0.02 g·d-1。从葡萄果实生长形态指标值上可以看出，微喷弥雾处理的果实生长优于对照处理，截止到果实成熟期，WP1、WP2和WP3与CK处理相比，果粒纵茎高出2.88、1.76、0.9 mm，果粒横茎高出1.33、1.80、1.76 mm，果粒均重高出0.22、0.26、0.25 g。

注：WP1—架上喷水1 h;WP2—架下喷水1 h；WP3—地上喷水1 h。下同。Note: WP1-spray water on the grape trellis for 1 h; WP2-spray water under the grape trellis for 1 h; WP3-spray water on the ground for 1 h. The same below.图1 不同微喷弥雾调控方式下葡萄果实生长期温度变化Fig.1 Temperature change during grape fruit growth under different mist control modes

图2 不同微喷弥雾调控方式下葡萄果实生长期湿度变化Fig.2 Humidity change during grape fruit growth under different mist control modes

图3 不同微喷弥雾调控方式下葡萄果实生长形态指标变化Fig.3 Changes of grape fruit growth morphological indexes under different mist control modes

2.3 不同微喷弥雾调控方式下葡萄果实糖度变化

对各处理葡萄果实糖度进行持续监测，结果如图4所示。在葡萄果实发育过程中，各处理果实糖度均呈增加趋势，且CK处理糖度始终最低，截止果实成熟期，WP1、WP2、WP3和CK处理葡萄果实糖度分别为22.09%、21.31%、21.63%和20.5%。与CK处理相比，WP1、WP2、WP3处理葡萄果实糖度分别高出7.75%、3.96%和5.53%。

2.4 微气候因子与葡萄果实形态及糖度的关系

2.4.1 葡萄果实形态及糖度与微气候因子的关系 由葡萄果实形态指标及糖度与微气候因子的相关分析结果(表1)可知，葡萄果实形态指标(纵径、横径和重量)及果实糖度与微气候因子(晚上平均温度、白天平均温度、平均温度差、平均温度、晚上平均湿度、白天平均湿度、平均湿度差、平均湿度)均呈正相关。其中，对纵径影响最大的因子是白天平均温度、平均温度差和平均温度，如WP1处理纵径与白天平均温度和平均温度的相关系数分别为0.912和0.940，达到显著水平；CK处理纵径与白天平均温度和平均温度差的相关系数分别为0.885和0.911，达到显著水平。对横径影响最大的因子是白天平均温度、平均温度差、平均温度、晚上平均湿度。如WP1处理横径与白天平均温度和平均温度相关系数分别为0.885和0.922，达显著水平；WP3处理横径与平均温度和晚上平均湿度的相关系数分别为0.898和0.944，达到显著水平；CK处理横径与白天平均温度和平均温度差相关系数分别为0.857和0.872，达显著水平。在对重量的影响因子中，各处理均为晚上平均湿度，如WP2和CK处理果粒均重与晚上平均湿度达显著水平，相关系数分别为0.908和0.807。在对糖度的影响上，影响最大的因子均为晚上平均湿度，WP1、WP2、WP3、CK处理糖度与晚上平均湿度的相关系数分别为0.883、0.911、0.915和0.862，达到显著水平。综合葡萄果实纵径、横径、重量及糖度与各气候因子的相关性可知，对葡萄果实形态与糖度指标影响最大的气候因子是白天平均温度、平均温度和晚上平均湿度，其中白天平均温度和平均温度对葡萄纵径和横径的影响最大，晚上平均湿度对葡萄果实重量和糖度的影响最大。

图4 不同弥雾调控方式下葡萄果实生长发育期糖度变化Fig.4 Changes of sugar content in grape fruits indifferent mist control modes

表1 葡萄果实形态指标及糖度与微气候因子的相关分析

2.4.2 微气候因子与葡萄果实形态和糖度的拟合分析 根据前面葡萄果实形态指标及糖度与微气候因子的相关分析结果，各气候影响因子的相关系数越大，说明该因子对果实形态的影响越显著，也就表明该因子是影响葡萄果实形态和糖度的关键因子，因此，将该因子作为关键影响因子与葡萄果实形态和糖度进行拟合分析，如图5所示。葡萄果实在生长发育过程中的纵径、横径和果粒重量均是随着白天平均温度和晚上平均湿度的升高而增加，之后随着温度和湿度的升高而减小。根据图5A1、图5A2可知，WP1处理中葡萄纵径、横径、重量最大温度值为43.3℃、40.4℃和38.2℃，最大湿度值为54.9%。

图5 葡萄果实生长期白天平均温度和晚上平均湿度与葡萄果实形态的关系Fig.5 Relationship between mean temperature in daytime and mean humidity at night and grape fruit morphology

WP2(图5B1,B2)最大温度值为42.6℃、39.4℃和38.2℃，最大湿度拟合值为55.3%；CK(图5D1,D2)最大温度值为43.8℃、40.8℃和38.5℃，最大湿度拟合值为55.4%；WP3(图5C1)最大温度值为43.4℃、39.2℃和36.4℃，晚上平均湿度与重量的关系曲线与其它处理不同，可能是由于监测数据异常导致。通过拟合关系式得到葡萄果实纵径、横径的最大温度值为39.2℃～43.8℃，湿度最大值为54.9%～55.4%，各处理实测白天平均温度为30.4℃～33.8℃、晚上平均湿度为49.5%～50.5%，接近葡萄果实纵径、横径和果实均重拟合值最大值。

2.5 葡萄果实形态及糖度与微气候因子的回归分析

根据影响葡萄果实形态和糖度的微气候因子，采用逐步回归方法建立不同处理葡萄果实纵径、横径、重量、糖度与气候因子的回归方程，如表2所示。从回归方程中可以看出，除CK处理纵径的相关系数为0.835，其它均在0.9以上，且方差分析F值均达显著水平，表明白天平均温度、平均温度和晚上平均湿度是影响该地区葡萄生长和糖度的关键气候因子，同时，由于葡萄果实形态和糖度与关键气候因子呈显著相关关系，因此，可以用该因子对该地区葡萄生长和糖度变化进行分析和预测。

表2 葡萄果实形态及糖度指标与微气候因子的回归分析

3 讨 论

微气候又称小气候，是指在局部地区内因下垫面局部特性影响而形成的贴地层和土壤上层的气候。它的效应综合了水、热、光、温度等诸多气象因子对作物间的相互影响，包括防风、调节温度、湿度、改善光强等效应。近些年来，较多学者在不同山地类型、温室、自然生草、栽培模式等多方面对微气候因子变化及其与葡萄生长的关系进行了研究，结果表明不同的技术、模式或措施均对葡萄园微气候产生显著影响。如张振文等[16]分析显示，平地≥10℃活动积温均高于山地，山地随海拔的升高而递减，山地相对湿度5—8月呈递增趋势。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℃。魏晓峰等[19]研究得出，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%、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 %。与避雨栽培模式调节葡萄园微气候不同，本文应用节水灌溉技术，在葡萄果实生长关键期的高温时段通过微喷弥雾调控葡萄园微气候，结果表明弥雾微喷处理可有效降低葡萄园温度和增加湿度，其中白天平均温度低2.9℃～3.3℃，夜晚平均温度低2.1℃～2.5℃，平均温度低2.5℃～2.9℃。白天平均湿度高5.1%～6.1%，夜晚平均湿度高4.7%～5.5%，平均湿度高4.8%～5.7%。该结果与段卫朋等[20]和刘思[14]的研究结论一致。此外，吴久赟等[21]和贾杨等[22]通过不同的园艺措施同样起到改善葡萄园微气候的作用。以上研究结果表明，采用不同栽培模式、灌水技术和园艺措施等均能起到改善葡萄园微气候的作用。

在微气候因子中，温度和湿度是早期研究最多、最重要的因子，果树只有在一定温、湿度条件下才能正常生长和发育，从而达到一定产量与品质，而葡萄园微气候的改变也必将会对葡萄植株和果实生长造成影响，最终影响葡萄产量与品质。如前所述，诸多学者的研究结果均表明栽培模式、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[16]。采用避雨栽培模式明显提高了葡萄外观品质，使葡萄果实单果重和穗重增大，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，但降低了果实维生素C和可滴定酸含量[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[23]研究表明，“厂”形赤霞珠葡萄因结果高度不同而导致葡萄园微气候和果实可溶性固形物含量差异明显，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达最大值。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，整体葡萄果实品质与产量相对较好。吴久赟等[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。本文研究采用弥雾调控后，对葡萄果实生长有一定的促进作用，弥雾调控处理与对照处理相比，果粒纵茎高出2.88、1.76、0.9 mm，果粒横茎高出1.33、1.80、1.76 mm，果粒均重高出0.22、0.26、0.25 g。本文对不同生育期葡萄果实含糖量的测定结果显示，到果实成熟期，WP1、WP2、WP3和CK处理葡萄果实糖度分别为22.09%、21.31%、21.63%和20.5%。与对照处理相比，弥雾调控WP1、WP2、WP3处理葡萄果实糖度分别高出7.75%、3.96%和5.53%，其结果与前者研究成果相符。

在果实生长与其影响因子相互关系上，胡子有[24]研究得出基于果粒体积和横径及纵径的果实生长发育规律。陈毓瑾[25]分析认为，可根据新梢直径和果粒投影面积确定出“巨峰”葡萄果实发育期的灌溉阈值。本文研究显示，白天平均温度和晚上平均湿度是影响葡萄果实生长和糖度的主要因子，葡萄果实在生长发育过程中的纵径、横径和果粒重量均是随着白天平均温度和晚上平均湿度的升高而增加，达到一定值后随着温度和湿度的升高而减小。如WP1处理中葡萄纵径、横径、重量最大温度值为43.3℃、40.4℃和38.2℃，最大湿度值为54.9%。拟合得到葡萄果实纵径、横径最大的温度值为39.2℃～43.8℃，湿度为54.9%～55.4%，各处理在白天平均温度为30.4℃～33.8℃、晚上平均湿度为49.5%～50.5%时接近葡萄果实纵径、横径和果粒均重拟合值最大值。在微气候因子对果实生长和糖度的影响上因作物不同而表现出显著差异，如齐国亮等[26]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[27]研究发现，昼夜温差是油菜种子油分积累的主要因子。本文结果表明，对该地区葡萄果实形态与糖度指标影响最大的气候因子是白天平均温度、平均温度和晚上平均湿度，其中白天平均温度和平均温度对葡萄纵径和横径的影响最大，晚上平均湿度对葡萄果实重量和糖度的影响最大。同时，受每年气候变化的影响，研究结果会出现差异，为得到更为可靠的结论，在微气候对葡萄生理生态的作用机理方面仍需进行更深入的研究。

4 结 论

本文通过对影响葡萄果实生长发育和糖度含量的8个微气候因子的综合影响进行了分析研究，建立了关键微气候因子对葡萄生长形态和糖度影响的回归模型，结果表明，采用弥雾调控可改善葡萄园微气候环境，促进葡萄果实生长和糖度积累，该地区葡萄果实横径、纵茎、果粒均重及糖度主要受白天平均温度、平均温度和晚上平均湿度的综合影响，其中葡萄果实纵径和横径主要受白天平均温度和平均温度的影响，果粒重和糖度主要受晚上平均湿度的影响，根据微气候主要影响因子与葡萄果实生长形态及糖度的相关关系和回归模型，得出可以用白天平均温度、平均温度和晚上平均湿度对该地区葡萄生长和糖度变化进行分析和预测。