贺兰山东麓2020—2021年越冬期间‘赤霞珠’葡萄冻害调查

张光弟，张昆明，贾毅男，王江龙，许昌，侯晓健，李欣，李玉鼎，俞晓艳

（1. 宁夏大学食品与葡萄酒学院，宁夏银川 750021；2. 宁夏大学农学院；宁夏银川 750021；3. 宁夏设施园艺（宁夏大学）技术创新中心，宁夏银川 750021；4. 北方民族大学信息与统计学院，宁夏银川 750021；5. 银川市园林局，宁夏银川 750001；6. 宁夏食品微生物利用与安全控制重点实验室，宁夏银川 750021）

宁夏贺兰山东麓属中温带半干旱气候，葡萄越冬需要埋土防寒[1]。张晓煜等根据1960—2005年宁夏各气象站气候资料结合1∶25万地理信息数据，运用GIS等技术将宁夏酿酒葡萄种植划分为4个分区[2]，表明了各个种植区域存在气象温度指标上的差异性。张光弟等人前期对露地葡萄自然越冬存活率的调查证实，贺兰山东麓种植的‘霞多丽’‘赤霞珠’等品种抗寒性差，自然越冬与晚霜后的植株存活率很低，最高为11.22%，且存活植株主要在主蔓根茎地表处萌发再生，不适宜自然越冬栽培[3]。一般年份贺兰山东麓越冬期间极端低温可达﹣20℃，依据全国葡萄种植区划，属于典型的埋土防寒栽培区[4]，加之越冬期间的大气湿度低、蒸发强烈、早春气温变幅大，降水量少，导致枝蔓“抽条”现象严重[5-6]。同时，在埋土操作中的取土易导致根系受伤，冻害加重，与春季新梢晚霜冻的叠加使整体伤害更为凸显[7]。

2020年4月20—25日，贺兰山东麓遇晚霜冻袭击，24日低温强度最大，低温中心集中在银北的石嘴山、银南的吴忠东南部、中卫和南部山区固原一带，全区大多地区气温在﹣6.0～﹣2.0℃，最低达到﹣9.3℃，晚霜冻导致酿酒葡萄受冻率达50%～80%[8]。冻害致使部分葡萄园绝产，并在生长期进行树势恢复，但是埋土越冬的树体在进入12月又遭遇了多年未遇的低温，12月30日宁夏全区最低气温普遍下降至﹣22～﹣18 ℃，最高下降至﹣12～﹣8 ℃；31日最低气温普遍在﹣25～﹣17 ℃，最低值出现在灵武﹣25.4 ℃，银川为﹣20.4 ℃；随后在2021年1月7日，贺兰山东麓地区又出现了50年一遇的极端低温天气，日最低气温达到了﹣31.7 ℃，葡萄园最低气温均低于﹣20℃，其中葡萄核心种植区的玉泉营基地降至﹣27.6 ℃（实测值为﹣29.7℃）。上述连续低温也拉低了埋土越冬葡萄园的土壤温度。因此，越冬枝蔓埋土质量优劣直接影响了树体能否抵御低温伤害，安全越冬。本调查对贺兰山东麓葡萄产区4个种植区域的葡萄树体的相关指标进行分析，旨在指导科学规范埋土，规避越冬低温伤害，确保树体安全越冬。

1 材料与方法

本试验调查了贺兰山东麓葡萄产区北部的几个关键位点，从北到南具体坐标依次为：西域王泉酒庄E106.56，N39.14；贺东庄园E106.32，N38.98；美贺酒庄E106.02，N38.62；玉泉营基地E106.02，N38.26。

1.1 品种与试剂

‘赤霞珠’行株距为3 m×0.5～0.8 m，均为倾斜独龙干形，树龄5～8年。

试剂：连二亚硫酸钠（Na2S2O4）；乙酸乙酯（C4H8O2，分析纯）；石英砂（SiO2）；TTC（氯化三苯基四氮唑，CH3ClN4）；二水磷酸氢二钠（Na2HPO4·2H2O）；磷酸二氢钾（KH2PO4）等，主要用于根系活力测试。

1.2 调查方法

1.2.1 埋土方式

测量顺行埋土的上、下底宽度、坡度及距最近枝条的土壤厚度（高度），并观察取土沟回填状况。

1.2.2 根系调查及活力测定

在种植行距离主蔓外侧30～35 cm，依据3株树体株距连续开挖长度240～300 cm、宽度80 cm、深度100 cm的剖面坑（调查深度至80.0 cm）。

（1）根系分布与粗度划分。以主蔓垂直中心线为基准，测量地下两侧及各深度不同等级根的数量。深度划分：0～10.0、11.0～20.0、21.0～30.0、31.0～40.0、41.0～50.0、51.0～60.0、61.0～70.0、71.0～80.0 cm；根径等级划分：＜2.0、2.1～4.0、4.1～6.0、6.1～8.0、≥8.1 mm。

（2）根系活力的测定：采用TTC法[9]。将剖面坑不同深度的根系采集后立即装入自封袋，放入加冰保温箱中带回实验室，置于0 ℃库内，两日内完成测试。

1.2.3 萌芽率调查与计算

对霜后树体从地面向上所有越冬剪留的枝条进行芽眼总数和萌芽数量调查，单株重复，每重复不少于10株。

计算方法：芽眼萌芽率（%）＝萌发芽眼数/芽眼总数×100

1.2.4 结果系数调查与计算

对霜后树体从地面向上所有越冬剪留母枝进行花序总数调查，单株重复，数量不少于10株。

计算方法：结果系数＝结果枝上花序总数/新梢总数[10]

1.2.5 环境温湿度测定与温区划分

以贺兰山东麓葡萄产业核心区玉泉营为测试基点。采用PC-2S（阳光气象）、32通道设备记录数据，间隔每30 min一组。获取2020年12月1日至2021年2月28日环境指标：包括越冬期间的环境温湿度、根系不同深度的土壤温湿度。旬最低温度为区间段最低温度值；旬温度均值为区间所有测定值和除以值点数求得。

依据调查期间记录数据将环境温度所处的6个分区进行时数累计，分区划分参考李欣、张光弟等方法将土壤温度依分区进行时数累计[11-12]。

1.2.6 数据统计分析

数据采用SPSS.22.0、微软Excel 2019等软件分析；采用Origin制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同种植区域葡萄埋土方式与状态

宁夏贺兰山东麓葡萄产区由北向南延伸229 km，除了在气候存在较大差异[13]，其土壤类型也呈现多样化[14]。从葡萄种植区最北端的西御王泉酒庄开始向南至玉泉营基地，调查了其越冬埋土方式与状态（表1）。西御王泉基地的埋土垄下底最窄，只有81 cm，且未回填取土沟，导致树体侧向行间生长的根系被人为降低深度，容易引起树体浅层根系受冻；贺东庄园土壤趋向沙壤，埋土垄下底宽度达到了145 cm，并回填取土沟，埋土垄高度达到45 cm；美贺酒庄与西御王泉酒庄基地土壤类型相似，但是美贺酒庄埋土垄下底宽在110 cm，实施了二次复埋工序，使树体侧向生长的根系也处在较好的保护状态；位于贺兰山东麓核心产区的玉泉营种植基地土壤呈沙土、沙壤土特征，尽管机械埋土后下底宽只有85 cm，但及时实施了二次复埋保护。

表1 贺兰山东麓4个种植基地埋土状态Table 1 The status of soil buried in four grape planting bases at the eastern foot of Helan Mountain

通过对贺兰山东麓4个种植区域的典型位点调查发现，各基地均参考执行了《宁夏酿酒葡萄栽培技术规程》[15]相关技术要点，能够重视种植前的定植沟“客土”作业，开挖了宽深各80 cm的种植沟，并掺入了一定有机肥（或禾秆有机物）；部分基地（西御王泉、美贺）还筛除了定植沟内过量（大）石砾，基本保障了定植沟内土壤蓄肥、保水能力与树体根系下扎生长。因此，在非极端越冬环境低温状态下，多数基地能保障树体及根系安全越冬。但是当晚秋初冬的人工修剪工作延误农时，遭遇突发降温而导致机械埋取土沟回填和二次复埋作业无法实施时，则会造成对行内、行侧，尤其是取土沟部位树体根系的不同程度潜在冻害；在遇到超出本区域的极端低温时，尤其是遇到根系抗寒能力差的品种时将发生严重冻害[16]。

2.2 越冬期间环境温湿度变化特点

2.2.1 环境温湿度累积规律

温度是葡萄栽培树体休眠越冬过程中一项重要的指标。贺兰山东麓产区葡萄根系的冻害情况与低温累积紧密关联。2020年12月30日宁夏遭遇了罕见的极端低温天气，导致2021年1—2月气温始终偏低（如图1所示）。

图1 2021年1—2月玉泉营核心种植区环境温湿度变化趋势Figure 3 Variation tendencies of average temperature and relative humidity in Yuquanying base on January and February 2021

图1表明，旬最低温出现在2021年1月7日，为﹣29.7 ℃，至2021年1月9日才略提升至﹣23.8 ℃，持续时间长达2 d。2021年1月的旬日温度均值都在负温区。对葡萄低温累积时数的分析发现（图2），1月上旬环境的“低温过度区”时数累积仅有10.0 h；“低温致死区”低温时数累积值达到了54.5 h，到本月中旬该累积值降为零；中、下旬温度回升，“低温过度区”分别升至79.0 h、94.0 h。虽然2月旬日均温度回升至0 ℃以上，由于2月上、中旬旬日最低温度分别达到﹣17.8、﹣13.9 ℃，致使2月上旬“低温危险区”和“低温威胁区”累计时数达到57.0、22.0 h，较1月中、下旬有所增加，并与1月上旬基本持平；“低温危险区”和“低温威胁区”的累计时数在2月中旬又分别降至10.0、5.0 h，并在下旬降为零。在1月中旬到2月中旬期间“低温危险区”和“低温威胁区”的累计时数特点表明了此期间环境低温有较大波动性，存在两个温区累计时数转换的可能；2月份“低温致死区”温时值为零，已经降低了低温伤害根系的概率。上述环境温度低温累积特点分析说明，以2020年12月底的连续极端低温为基础，拉低了埋土越冬土壤的温度，2021年1月上旬持续的环境低温及其“致死低温区”累积时数值高达54.5 h是诱发产区葡萄根系潜在冻害发生的主因，尤其是核心产区玉泉营和埋土不规范的西御王泉种植基地。2021年1—2月间，空气相对湿度从60.1%下降至57.3%，呈波浪式变化的态势，在2021年1月下旬和2021年2月中旬有小幅度的升高。空气湿度在埋土越冬潜在冻害中扮演了次要角色。

图2 2021年1—2月玉泉营核心产区环境低温区累计趋势Figure 2 Variation tendency of accumulated hours of temperature in Yuquanying base on January and February 2021

2.2.2 不同土壤深度的温度与含水量变化规律

葡萄根系受冻是冻害表现形式之一。基于2020年12月下旬极端低温天气的影响，结合对2021年1—2月不同深度土壤的温湿度进行调查发现，不同深度的土壤温度变化规律性强（图3）。由表2分析可知，行间地下5、25、50 cm处土壤温度在2021年1月8日达到最低值，分别为﹣16.8、﹣11.8、﹣5.6 ℃，并在﹣5.0 ℃以下持续至1月12日；甚至在1月10日地下75 cm处也出现﹣4.0 ℃并维持了24 h，已经超出绝大多数品种根系的低温耐受极限。说明在2021年1月1—12日期间，凡是底宽较小、取土沟不回填的埋土方式，均有不同深度的根系受到影响。2021年2月上旬不同深度土壤温度开始大幅度回升，各层面最低温度和平均温度均在﹣3 ℃以上，中、下旬最低温度和平均温度均在﹣1 ℃以上。

图3 2021年1—2月玉泉营核心产区土壤温度及含水量变化Figure 3 Variation tendencies of soil temperature and moisture at different depths in Yuquanying base on January and February 2021

表2 2021年1—2月玉泉营核心产区不同土壤深度温湿度及低温累积时数Table 2 Accumulated hours of soil temperature and moisture content at different depths in Yuquanying planting base on January-February 2021

对行间不同深度土壤低温累计时数分析发现（表2），2021年1月上旬5、25、50 cm层面土壤在“低温致死区”累计时数分别长达236.0、240.0、87.0 h，为1—2月份“低温致死区”时数累计期，说明该时间段5～50 cm层面根系均面临潜在冻害；1月下旬“低温致死区”累计时数分别降低至122.0、42.5 h。显然，若根系过多分布在浅层土壤，那么越冬时期必然遭受冻害；如果机械埋土的取土沟不实施回填作业，因行间下层根系暴露，也必然会增加根系受冻风险。2月上旬5～50 cm层面土壤在“低温危险区”“低温致死区”累积值均为零，表明在2月份葡萄根系已脱离了潜在冻害危险，可以认为低温对根系直接伤害条件解除。

分析不同土壤深度的湿度可以发现，1月上、中和下旬75 cm处土壤含水量均为最小值，分别为1.7%、4.0%、3.7%，但在2月份75 cm处土壤却为最高值，分别为20.9%、24.0%、25.5%。越冬期间环境相对湿度与土壤含水量之间无规律性。土壤中含水量尤其是深层含水量或与越冬前冬灌及后期地温回升，土壤水分的再平衡有关。

2.3 不同种植区域‘赤霞珠’根系分布特点

2.3.1 西域王泉酒庄基地葡萄根系分布特点

图4为西域王泉酒庄葡萄根系在行外侧35 cm分布状况。图4显示，主蔓行外侧35 cm根系分布主要以根径≤2.0 mm和2～4 mm的侧根为主，其中≤2.0 mm的根集中分布在5～50 cm层面；2.1～4.0 mm的侧根集中分布在25～50 cm层面；4.1～6.0 mm的侧根较少，且主要分布在5～25 cm的层面。

图4 西域王泉酒庄行外35 cm根系分布Figure 4 Distribution of grapevine root system on 35 cm outside the row in Xiyu Wangquan Winery

2.3.2 贺东庄园与美贺酒庄基地根系分布特点

图5为贺东庄园葡萄根系主蔓行外35 cm分布情况。从图5中观察发现，行外35 cm根系分布主要以≤2.0 mm的吸收根和 2.1～4.0 mm的侧根为主，其中≤2.0 mm的吸收根集中分布在5 cm层面以下；2.1～4.0 mm的侧根集中分布在10～55 cm层面；4.1～6.0 mm的侧根最少，分布在60 cm层面以下；6.1～8.0 mm的侧根较少，主要分布在50 cm层面以下。相较而言，在30～80 cm层面出现了4条＞8.0 mm的主根，这对增强树体越冬对低温的抵抗非常有利。

图5 贺东酒庄行侧（行外35 cm）根系分布Figure 5 Distribution of grapevine root system on 35 cm outside the row in Hedong Winery

美贺酒庄葡萄根系（图6）在主蔓行外35 cm的分布总体浅于贺东，且根系分布主要以≤2.0 mm的吸收根为主，集中分布在5～15 cm和25～45 cm范围内，50～55 cm有少量分布；此外在25～45 cm范围内还主要包含了2.1～8.0 mm的各类根系。60 cm以下深度几乎没有根系分布。美贺酒庄基地是典型的洪积扇夹杂石砾的灰钙土，定植前客土定植沟内有根系分布，而定植行外120 cm处没有机械触及的原始土壤中未发现根系分布。

图6 美贺酒庄定植行侧（行外35 cm）根系分布Figure 6 Distribution of roots on 35 cm outside the row in Meihe Winery planting base

2.3.3 玉泉营基地葡萄根系分布特点

对玉泉营葡萄基地距主蔓行外35.0 cm的根系分布（图7）发现，主蔓行外35.0 cm根系分布主要以≤2.0 mm的吸收根和2.1～4.0 mm的侧根为主，其中直径≤2.0 mm的吸收根集中在15.0～50.0 cm层面；直径2.1～4.0 mm的侧根分布相对均匀，在5 cm层面以下直至65.0 cm深度；同时在15～50 cm层面分布一定数量4.1～6.0 mm的侧根；在深度60～70 cm之间还分布了直径6.1～8.0 mm的侧根，但占总量较少，总体表现出围绕定植沟内分布特点。

图7 玉泉营行侧（行外35 cm）根系分布Figure 7 Distribution of roots on 35 cm outside the row in Yuquanying planting base

2.4 四个种植区葡萄根系活力分析

近年来，我国北方尤其是西北地区越冬期间极端低温频发，使其遭受巨大经济损失，已严重影响葡萄产业的可持续发展。根不仅具有吸收、合成的功能还具有生理代谢等功能[17]。根系活力的强弱对提高肥料利用率、产量的形成有非常重要的影响[18]。

2.4.1 西御王泉酒庄基地越冬葡萄根系活力状况

由表3可知，距主蔓行东侧35 cm处，在5 cm层面上4.1～6.0 mm根系活力最强为1.319×10-3μg/(g·h)；根径≤2 mm则活力最低值为0.403×10-3μg/(g·h)，表明低温对同一层面不同根径的伤害影响程度；同时在4.1～6.0 mm根活力随深度增加不断下降，其原因有待进一步试验验证；6.1 mm以上的根系在25 cm及以下深度时的活力均在0.9 ×10-3μg/(g·h)以上。此外，对越冬埋土垄西侧根系调查发现比东侧较少，在5 cm层面上根径≤2 mm活力最低值为0.350×10-3μg/(g·h)，明显低于东侧同一层面根系活力，可以理解为越冬期间贺兰山东麓盛行的西北风是导致埋土垄西侧的土壤生境条件较东侧更为恶劣所致。

表3 西域王泉种植基地葡萄埋土越冬根系活力Table 3 Root activity of overwintering grapes in Xiyu Wangquan μg/(g·h)×10-3

2.4.2 贺东庄园葡萄越冬根系活力状况

贺东庄园葡萄行东侧不同深度及不同根径活力存在差异。表4数据显示，在5 cm层面上2.0～4.0 mm根系活力最强0.067×10-3μg/(g·h)；在25 cm层面上≤2.0 mm根系活力最高为0.055×10-3μg/(g·h)；在50 cm层面上≤2.0 mm、2.0～4.0 mm根系活力最强，均为0.049×10-3μg/(g·h)。距地表5 cm处根系活力与及其他层面根系活力存在较大差异，其他层面差异不大。

表4 贺东庄园埋土越冬葡萄根系活力Table 4 Root activity of overwintering grapes in Hedong base μg/(g·h)×10-3

2.4.3 美贺酒庄葡萄越冬根系活力状况

在5～75 cm深度内，＜2.0 mm根系在5.0 cm和75 cm深度时根系活力值较低，分别为0.365×10-3μg/(g·h)、0.240×10﹣3μg/(g·h)；在25 cm及50 cm深度根系活力值较高，分别为 0.085×10-3、0.088×10-3μg/(g·h)（表5）。

表5 美贺酒庄葡萄埋土越冬根系活力Table 5 Root activity of overwintering grapes in Meihe base μg/(g·h)×10-3

2.4.4 玉泉营基地不同深度根系冻害状况

玉泉营种植基地土壤呈沙土、沙壤土特征，尽管进行了取土沟回填作业，但是埋土垄下底宽只有85 cm。所以从表6数据中可看出，5 cm层面上随根径的增大活力增强；在≤2 mm根径范围内根系活力随深度的增加总体呈上升趋势，2.1～4.0 mm根径范围内也呈相似规律；但4.1～6.0 mm根径范围内根系活力随深度的增加出现下降。

表6 玉泉营种植基地葡萄埋土越冬根系活力Table 6 Root activity of overwintering grapes in Yuquanying base μg/(g·h)×10-3

综上分析，各基地葡萄根系活力存在一定差异，根系活力与种植区域地理位置、根系深度、根系直径以及埋土方式有一定的关联。西御王泉酒庄50 cm处直径≤2.0 mm的根系活力值最强达到1.419×10-3μg/(g·h)，而5 cm处的根系活力值为0.403×10-3μg/(g·h)，较50 cm层面降低了72.42%；贺东庄园5 cm深度≤2 mm根系活力值为0.054×10-3μg/(g·h)，与2.1～4.0 mm径阶的根系活力值相近；美贺酒庄5 cm深度下≤2 mm直径的根系活力值为0.365×10-3μg/(g·h)，较50 cm层面也降低了75.89%；玉泉营种植基地5 cm处≤2.0 mm的根系活力值为0.025×10-3μg/(g·h)，较50 cm层面降低了58.33%。基于数据比较，在5 cm深度下≤2 mm直径的根系活力值由大到小表现为：西域王泉＞美贺＞贺东＞玉泉营，也说明在玉泉营的沙土及沙壤土条件下，其浅层根系潜在受冻程度最为严重。

2.5 不同种植区域越冬霜后萌芽率、结果系数分析

萌芽率、结果系数是衡量葡萄枝芽经历越冬后是否发生冻害及冻害程度的重要指标[19-20]。由于地域、埋土状态、根系分布及受低温影响的差异所导致萌芽率的不同。对4个具有代表性的种植区域越冬的萌芽率、结果系数调查结果显示（图8），萌芽率由高到低排序为：美贺＞玉泉营＞贺东＞西域王泉；结果系数由高到低的排序为贺东＞美贺＞玉泉营＞西域王泉。整体上4个种植区域‘赤霞珠’的萌芽率均≥78.76%，说明越冬前葡萄枝条的营养物质积累和成熟度均较高[21]，因此冻害较轻，但是西御王泉基地在产量上受到了较大影响。

图8 不同种植区域越冬后品种萌芽率与结果系数特点Figure 8 Characteristics of germination rate and bearing coefficient after overwintering in four planting bases

3 讨论与结论

多年来，贺兰山东麓优异的葡萄原料是葡萄酒评比中获得大奖的重要原因。近期，国家多部委也联合发文支持贺兰山东麓葡萄酒产业的提质增效，自治区政府对葡萄产业政策聚力支持，打造享誉国内外的“紫色”名片，力争在短期内建成百万亩的优质酿酒葡萄基地。但是贺兰山东麓的土壤条件多样性、气候条件的多变性对葡萄产业发展提出了巨大的挑战。如何规避严峻的自然灾害，确保葡萄安全越冬，始终是行业专家与种植者探索的技术问题。李玉鼎、张光弟、李欣等人基于贺兰山东麓产区，多年来在葡萄越冬免埋土材料覆盖方面进行了大量探索与技术应用推广[22-25]，但是目前传统埋土越冬依然是主流方式，如何科学实施埋土越冬与新免埋土技术应用还有待进一步加强。

调查表明，尽管宁夏贺兰山东麓经历了2020年12月下旬罕见的低温极端天气，并在2021年1月上旬核心产区玉泉营基地遭遇了极端环境低温（﹣29.7 ℃），进而拉低了葡萄根系分布层的温度；使1月上旬环境的“低温致死区”累积时数达到54.5 h，同时5、25、50 cm层面土壤在“低温致死区”累计时数分别长达236.0、240.0、87.0 h，表明该期间5～50 cm层面根系均有潜在冻害的可能。对4个种植基地的‘赤霞珠’葡萄根系分布调查分析显示：不同种植区的根系粗度、深度分布差异较大，且多分布在定植沟内，是导致越冬冻害发生和越冬后降低萌芽率的重要原因；同时发现，浅层根系活力低于深层根系，尤其是＜2 mm的直径更是如此。尽管上述4个种植区域葡萄萌芽率均≥78.76%，但是不规范的埋土方式导致浅层根系外露受冻必然影响其萌芽率进而影响其产量。2020—2021年越冬期间，极端低温对良好埋土区域树体根系冻害、萌芽率的影响属于轻度等级。