灌溉量和滴灌方式对酿酒葡萄品质的影响及综合评价

牛小霞，马忠明，陈娟，边金霞

（1.甘肃省农业科学院经济作物与啤酒原料研究所，兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，兰州 730070）

我国灌溉水有效利用系数低于节水先进国家[1]河西灌区是我国缺水最严重的地区之一，“不灌不植”是其显著特点，没有灌溉就没有河西农业的发展。甘肃河西走廊是酿酒葡萄的优质产区，生产的葡萄穗大粒饱、着色好、香气浓郁，酿造的葡萄酒以果香浓郁、酒体完美而著称。2018年酿酒葡萄种植面积超过2万hm2，占全国酿酒葡萄种植总面积的13.0%以上[2]。水分对酿酒葡萄的生长发育、果实品质有着十分显著的影响，尤其是在葡萄生长的关键期，保障水分供给对酿酒葡萄的生长发育，果实的高产优质至关重要。在减少农业用水的同时保证农产品的产量与品质对农业可持续发展有重要意义[3]。目前，河西走廊葡萄种植园已大面积推广使用了滴灌技术和水肥一体化技术[4]。但不合理的灌溉量和灌溉方式，不仅浪费水资源，使酿酒葡萄的产量和品质下降。房玉林研究表明，酿酒葡萄灌水量过高或过低均对光合作用不利，灌水量过低降低葡萄产量，但灌水量过高降低酿酒葡萄品质[5]。朱洁[6]等认为随着灌溉定额的增加葡萄产量呈先增后降趋势。采用不同滴灌方式对根系的数量影响较大，在双管滴灌、单管滴灌和膜下滴灌方式下，根系数量较沟灌方式下分别提高了40.6%、22.1%和7.2%，采用双管滴灌和膜下滴灌方式，有利于提高肥料和水分的利用率[7]。王锐等研究表明，单管滴灌方式有利于葡萄园机械化管理，最佳水分管理方式是增加单次灌溉时间，每次灌水量达到450 m3/hm2[8]。杜太生等研究了3种滴灌模式对葡萄果实品质的影响，其中根系分区交替灌溉显著提高了浆果维生素C、可溶性固形物含量，降低了总酸含量[9]。国内在滴灌条件下，灌溉量、灌溉制度、滴灌方式等对酿酒葡萄生长影响等进行了较多研究[10-12]，但灌水量和滴灌方式结合18种酿酒葡萄品质特性的研究未见报道。因此，本文通过田间试验，以9年生“赤霞珠”酿酒葡萄为研究对象，研究不同灌溉量和滴灌管方式对酿酒葡萄品质的影响，以期筛选出河西灌区酿酒葡萄滴灌条件下适宜的灌水量与滴灌方式，为生产高品质酿酒葡萄的高效节水灌溉提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2020年4-10月在甘肃省武威市民勤县大坝乡城西村大漠明珠特色林果专业合作社(38°37′N，103°30′E，海拔1 340 m)进行。试验地属温带大陆性干旱气候，年均降水量≤110 mm，7-9月的降水占全年降水的60%，年蒸发量2 644 mm，日照时数＞3 010 h，＞10 ℃积温3 147.8 ℃。0～20 cm土层，土壤容重为1.53 g/cm3、田间持水量为33.7%～36.2%(土壤体积含水量)、有机质含量7.95 g/kg、全氮含量0.56 g/kg、速效磷含量175 mg/kg及速效钾含量156 mg/kg。

1.2 试验设计

以酿酒葡萄赤霞珠为试验材料，单壁篱架栽培，株距为0.7 m，行距为3.0 m，南北走向。试验采用裂区设计，以灌水量为主区[2 400 m3/hm2(A1)、3 600 m3/hm2(A2)、4 800 m3/hm2(A3)]；3种滴灌方式为副区[1行1管(B1)、1行2管(B2)及根系分区交替灌溉(B3)]，共9个处理，3个重复，试验小区面积130 m2，滴头间距0.5 m，具体灌水量、滴灌布局、灌水定额及灌水时间见表1和表2。灌水、施肥采取少量多次原则。施肥时将肥料完全溶解于施肥罐中，施肥前30 min滴水，停水前30 min结束施肥。田间管理与当地葡萄园管理一致。

表1 各灌水处理下灌水量及灌水布局(2019-2021)Tab.1 Irrigation volume and drip irrigation layout for each irrigation treatment during the experimental period (2019-2021)

表2 各处理灌水定额与灌水时间Tab.2 Irrigation time and irrigation quota for each irrigation treatment during the experimental period (2019-2021)

1.3 测定指标及方法

在酿酒葡萄成熟期，不同处理中随机选择10棵长势一致的酿酒葡萄树，在每串果穗上按上、中、下随机选取10粒果实，对果实纵横径进行测量并称质量，取其平均值，得到单粒的纵横径及种子数量等。之后随机选取10粒，用于测定单宁、花青素、黄酮、总糖及总酸。种子的外观品质和单宁含量参照文献[6]的方法；花青素含量参照文献[13]的方法；黄酮含量参照文献[14]的方法；总糖和总酸含量参照文献[15]的方法。

1.4 数据处理及分析

综合评价参照文献[16, 17]处理。利用统计软件DPS 7.0对试验数据进行方差分析，采用Excel 2010对试验数据进AHP层次分析法、熵权法及组合赋权法的TOPSIS模型赋权的计算。

2 结果与分析

2.1 灌溉量及滴灌方式对酿酒葡萄外观品质的影响

由表3可知，横径、纵径和单粒重随灌溉量的增加呈先增后降趋势，横径和单粒重在灌水量为A2处理下，显著高于A1和A3；纵径在A2处理下显著高于A3处理，与A1处理差异不显著。果皮厚度在A1B2处理最高，其他处理间差异不显著。果皮质量在A2B2处理最高，A3B1处理最低，其他处理间差异不显著。种子数量在处理A2B3最多，种子质量在处理A2B2最高，皮果比在处理A1B1高于其他处理，其他不同处理间差异不显著；果形指数在处理A3B3高于其他处理，不同处理间差异不显著。灌溉量与滴溉方式作为单因子或者灌溉量和滴溉方式互作对酿酒葡萄外观品质影响达到显著水平，表现为灌溉量＞滴灌方式＞灌溉量和灌溉方式。

表3 不同灌溉量及滴灌方式对酿酒葡萄外观品质的影响Tab.3 Effects of different irrigation amount and drip irrigation modes on wine grape fruit appearance quality

2.2 灌溉量及滴灌方式对酿酒葡萄内在品质的影响

由表4可知，不同处理对酿酒葡萄果实不同部位品质的影响不同。单宁在种子中的含量高于果肉和果皮，在种子中处理A2B2、A2B3单宁含量最高，果肉中处理A2B1和A2B3含量最高，果皮中处理A2B2含量最高。果皮中花色苷含量在处理A2B1、A2B2最高，果肉花色苷含量在处理A2B1最高，种子中处理A2B3和A3B1值比较高。花青素在果皮中含量最高，其次在种子中，果肉中含量最低；种子和果皮中处理A2B1、A2B2、A2B3花青素含量比较高，处理A1B1和A1B2最低，在果肉中不同处理含量差异不显著。总酚在种子中含量最高，其次在果皮中，果肉中含量最低；种子中处理A2B2、A2B3含量最高，果肉中处理A2B2、A3B2和A3B3含量最高，在果皮中不同处理含量差异不显著。黄酮在种子中含量最高，其次在果皮中，果肉中含量最低；种子中处理A2B2含量最高，果肉中处理A2B1含量最高，在果皮中处理A2B3含量最高。果实中单宁、花色苷、花青素、总酚、黄酮含量随灌溉量的增加呈先增加后减小趋势。灌溉量与灌溉方式作为单因子或者灌溉量和灌溉方式互作对酿酒葡萄果实品质影响达到显著水平，表现为灌溉量＞灌溉方式＞灌溉量和灌溉方式。

表4 灌溉量及滴灌方式对酿酒葡萄果实不同部位品质的影响Tab.4 Effects of different irrigation amount and drip irrigation modes on wine grape fruit different parts quality

还原糖在A2B3处理下最高，在A1B1处理下最低，其他处理间差异不显著；总糖含量随灌溉量的增加而降低，不同处理间差异不显著；总酸随灌溉量的增加而增加，不同滴灌方式对这3个品质性状影响不显著。糖酸比在处理A2B3时值最高，其他处理间差异不显著，见表5。

2.3 酿酒葡萄品质的TOPSIS法综合评价

2.3.1 酿酒葡萄单一营养品质指标权重的确定

（1）酿酒葡萄果实品质评价指标的划分。酿酒葡萄综合品质(S)包含外观品质(T1)、内在品质(T2)和风味品质(T3) 3个准则层，第三层指标层(U)为具体评价指标，T1主要包括横径、纵径、果皮厚、单粒重、果皮质量、种子数量、种子质量、皮果比、果形指数；T2主要包括单宁、花色苷、花青素、总酚、黄酮、总酸、还原糖、植物总糖；T3为糖酸比（图1）。

图1 酿酒葡萄果实品质评价指标分层Fig.1 The index stratification of wine grape fruit quality evaluation

（2）AHP层次分析法确定酿酒葡萄单一品质指标权重。基于层次分析法确定主观权重结果如表6所示，具体计算步骤见文献[18, 19]。λmax为最大特征值，酿酒葡萄一级指标权重的最大值为内在品质指标(0.443 4)，其次为风味品质(0.387 4)，外观品质最小(0.169 2)；各项二级指标中权重值最大的糖酸比（0.387 0）；其次为单宁（0.116 5）；果形指数最小（0.009 3）。

表6 AHP层次分析法计算权重的结果Tab.6 Results of AHP analytic hierarchy process

（3）CRITIC-熵权法确定酿酒葡萄单一营养品质指标权重。通过熵权法计算的各指标权重见表7。具体方法见文献[20, 21]。结果显示糖酸比的权重值最大，为0.130 8，其次是糖酸比、果形指数和总酚。CRITIC-熵权法得到各指标权重排序依次为糖酸比＞花色苷＞黄酮＞花青素＞单宁＞总酚＞果形指数＞总糖＞皮果比＞纵径＞单粒重＞总酸＞果皮厚度＞横径＞种子质量＞还原糖＞种子数量＞果皮质量。

表7 CRITIC-熵权法确定的酿酒葡萄单一品质指标权重Tab.7 Weights of single wine grape quality indicator based on entropy method

（4）基于博弈论的组合赋权法确定酿酒葡萄单一营养品质指标权重。AHP层次分析法得到的权重易受主观影响，为了提高权重赋权值的可靠性和科学性，两种权重结果基于博弈论的组合赋权法重新计算指标权重。从表8可以看出，糖酸比＞单宁＞花色苷＞总酚＞花青素＞黄酮＞总糖＞纵径＞总酸＞单粒重＞还原糖＞横径＞果形指数＞种子质量＞皮果比＞果皮厚度＞果皮质量＞种子数量。

表8 基于博弈论的组合赋权法确定的酿酒葡萄单一品质指标权重Tab.8 Weights of single wine grape quality indicator from combination approach based on game theory

2.3.2 基于TOPSIS法评价酿酒葡萄综合营养品质

基于TOPSIS法，对数据进行无量纲化，计算主客观组合权重得到加权评价矩阵，然后确定正理想样本和负理想样本集合：Z+=[0.005 7，0.013 4，0.002 6，0.007 2，0.005 3，0.003 2，0.005 8，0.002 2，0.003 3，0.026 8，0.010 0，0.017 2，0.024 9，0.017 1，0.000 4，0.009 7，0.020 4，0.080 3]；Z-=[0.002 8，0.004 7，0.002 3，0.003 2，0.003 3，0.001 4，0.002 3，0.000 3，0.000 4，0.020 2，0.007 4，0.000 7，0.000 6，0.000 4，0.013 0，0.000 1，0.002 2，0.066 6]。

计算各样本指标距离理想样本和负理想样本的远近值Di+、Di-和各样本到理想样本的相对接近度Hi。不同滴灌量和滴管方式下，果实品质越接近于理想值，即Hi越大，表明酿酒葡萄果实综合品质越好。由表9可以看出，处理A2B2与理想样本的相对接近度最高为0.731 6，其次是处理A2B1、A2B3、A1B2、A3B1、A3B2、A1B3、A1B1，其中A3B3的相对接近度最低。说明灌溉量2 700 m3/hm2，一行两管灌溉组合下酿酒葡萄果实综合品质最佳，其次是灌溉量2 700 m3/hm2，交替灌溉处理组合。

表9 基于 TOPSIS 法确定的酿酒葡萄品质指标及其排序Tab.9 Wine grape comprehensive quality index and its rank based on TOPSIS

3 讨 论

滴灌量和滴灌方式对作物的生长发育、品质起着重要作用，滴灌量和滴灌方式交互在一定范围内可以促进作物的生长，减少滴灌量。适宜的滴灌量显著影响酿酒葡萄的外观品质，该试验研究表明，酿酒葡萄横径、纵径和单粒重在滴灌量2 700 m3/hm2时高于1 800 m3/hm2和3 600 m3/hm2，外观品质较好。这与杨慧慧[22]、唐瑞[23]等研究结果一致。酿酒葡萄品质受滴灌量的影响较为显著，适宜的滴灌量可以提高葡萄果实品质，该试验研究表明，滴灌量在2 700m3/hm2时，酿酒葡萄的内在品质优于滴灌量为1 800 m3/hm2和3 600 m3/hm2时，这与苏雪德[24]等研究结果一致。但王东[25]等通过不同灌溉量对酿酒葡萄生长和品质的影响表明，滴灌量为3 750 m3/hm2时葡萄果实品质最好，这与本研究结果不太一致，王东等人研究的酿酒葡萄树龄为6 a生，而本试验研究的酿酒葡萄树龄为9 a生，可能滴灌量的多少跟酿酒葡萄的树龄有关。

滴灌方式处理能有效防止土壤中水分的蒸发，使水分快速到达根系，很大程度上提高了水分利用率。本研究测定了3种不同滴灌方式对酿酒葡萄的18种品质特性的影响，结果表明，不同滴灌方式对酿酒葡萄的18种品质性状影响不显著。蒋富昌[26]等研究表明，滴灌带布置方式对棉花籽棉产量及灌溉水利用效率无显著性差异。这与本研究结果一致。杜太生等[27]研究了常规滴灌、固定部分根区滴灌和根系分区交替滴灌模式对葡萄品质的影响显著。这与本研究结果不太一致，可能本研究试验中，两根毛管之间距离太小，后期试验应加大两根毛管之间的距离。

综合营养品质评价指标的构建可为提高酿酒葡萄品质提供科学依据，在合理有效地利用水肥资源的同时，提高农业管理水平[17-22]。Topsis评价法已应用在果实营养品质评价、施肥节水效益综合评价等方面。本研究利用Topsis法对滴灌方式和灌溉定额9个处理下酿酒葡萄的外观品质(横径、纵径、果皮厚、单粒重、果皮质量、种子数量、种子质量、皮果比和果形指数)和内在品质(单宁、花色苷、花青素、总酚、黄酮、还原糖、总酸、植物总糖、糖酸比)进行了综合评价，结果表明处理A2B2(2 700 m3/hm2，一行两管)组合下酿酒葡萄果实综合品质最佳，其次是灌水量2 700 m3/hm2，交替灌溉组合。李灿研究表明，滴管一行两管布设对苹果的综合品质最好[17]。

4 结 论

3种灌溉量对酿酒葡萄的外观品质和内在品质影响显著，滴灌管布置方式对酿酒葡萄的外观品质和内在品质影响不显著。本研究通过主客观赋权的TOPSIS模型对河西走廊酿酒葡萄赤霞珠品质进行综合评价，确定了在当地试验条件下，处理A2B2(2 700 m3/hm2，一行两管)组合下酿酒葡萄果实综合品质最好。