光伏板對吐魯番‘無核白’葡萄葉幕微氣候、葉片質(zhì)量及果實品質(zhì)的影響*

董凱向，賈舟楫，高 展，褚佳瑤，周 龍，方海龍

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052）（2 吐魯番高新農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)）

近年來，全球氣候變暖趨勢越來越明顯，高溫強光等極端天氣在我國葡萄生長季節(jié)頻繁發(fā)生[1]，對葡萄的生長造成了逆境傷害[2]。吐魯番作為我國最大的無核葡萄種植區(qū)，素有“火洲”之稱，最高氣溫達49.6 ℃，遠遠高于葡萄產(chǎn)生日灼的溫度，因此改善吐魯番地區(qū)葡萄葉幕微氣候，緩解其高溫、強光對葡萄的傷害顯得尤為重要。葉幕微氣候指葉幕緊密表面及其內(nèi)部的小氣候條件[3]，它包括了光、熱、溫度、濕度等諸多對果樹生長重要的氣象因子[4]，葉幕微氣候的變化，將導(dǎo)致果樹生長發(fā)育產(chǎn)生差異[5]。劉敏等[6]研究遮陽網(wǎng)對釀酒葡萄微氣候的影響時，發(fā)現(xiàn)遮陽網(wǎng)顯著降低了葡萄葉幕溫度、光照強度和光合有效輻射，并增加了葉幕濕度，改善了葡萄生長的葉幕微氣候，遮陰后葡萄縱、橫徑，單果重均顯著增加。李勃等[7]研究遮陽網(wǎng)對‘夏黑’葡萄葉幕微環(huán)境的影響時發(fā)現(xiàn)，和全光照相比，單層黑色遮陽網(wǎng)和雙層黑色遮陽網(wǎng)均顯著降低了葡萄葉幕的光照強度，遮陰后葡萄的葉長、葉面積、葉綠素含量均高于全光照條件。Dussi 等[8]研究遮陰對‘富士’蘋果的影響時發(fā)現(xiàn)，15%遮陰處理下蘋果灼傷情況仍較為嚴重，55%遮陰處理有效降低了灼傷。在研究改善葡萄生長環(huán)境方面，以往多采用遮陽網(wǎng)、溫室等全部遮陰的形式[9-11]，采用光伏板對葡萄進行遮陰的形式尚未見報道。

葡光互補是集光伏發(fā)電、葡萄種植及農(nóng)業(yè)技術(shù)為一體的光伏農(nóng)業(yè)，采取雙向管理運營，最大限度地利用當(dāng)?shù)赝恋刭Y源和葡萄特色產(chǎn)業(yè)，棚架頂部通過光伏發(fā)電，棚架下面種植葡萄，并利用光伏支架對傳統(tǒng)小棚架葡萄園進行架式改革，改善葡萄樹體生境，推動葡萄產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。筆者以‘無核白’葡萄為試材，研究不同密度光伏板對‘無核白’葡萄葉幕微氣候、葉片質(zhì)量與果實品質(zhì)的影響，以期找到適宜葡萄生長的光伏板密度，為葡光互補新型栽培模式在吐魯番的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗地位于新疆吐魯番市高昌區(qū)亞爾鄉(xiāng)亞爾果勒村的吐魯番現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)（北緯42°56′，東經(jīng)89°05′），屬暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，平均年降水量16.4 mm，平均年蒸發(fā)量2 837.8 mm，年日照時數(shù)3 200 h，年平均氣溫14.5 ℃，極端高溫49.6 ℃，每年日最高氣溫高于35 ℃的天數(shù)100 d 以上，高于40 ℃的天數(shù)35～40 d，無霜期268 d。供試材料為7 年生‘無核白’葡萄，樹體健康，樹勢中庸，葡萄園為沙質(zhì)壤土，采用棚架栽培，東西行向，枝蔓方向為由北至南，采用常規(guī)水肥管理。

1.2 試驗設(shè)計

葡光互補栽培用鋼架來搭建葡萄棚架，鋼架間左右相鄰的2 個立柱之間的跨度為4.6 m，前后2個立柱之間的行距為4.1 m，架面的前后高度分別為1.7、1.9 m。2017 年3 月在鋼架頂端安裝光伏板，規(guī)格為0.9 m×1.64 m，設(shè)4 個遮陰梯度。如圖1 所示，試驗地設(shè)置為葡光互補栽培鋼架未安裝光伏板（CK）和光伏板間隔分別為1.5 m（C1）、1.0 m（C2）、0.5 m（C3）4 個處理，面積共0.67 hm2，傳統(tǒng)的小棚架葡萄園表示為NEA，其架面高度一般為1.2～1.5 m。

圖1 不同密度光伏板試驗地分布情況

1.3 試驗方法

1.3.1 不同密度光伏板下葉幕微氣候的測定

于果實成熟期，使用TNHY-9 手持式農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測儀對不同處理（C1、C2、C3、CK、NEA）采用定點定位觀測方法，在前后2 個立柱之間的中線處每間隔3 m 選取1 個觀測點，共選取5 個觀測點，使每個處理的觀測點均處在一條直線上，從10：00—20：00，每2 h 測定1 次CO2濃度、光照度和光合有效輻射等指標(biāo)。在每個處理葉幕下方放置溫濕度記錄器，每隔1 h 記錄1 次空氣溫度、相對濕度。

1.3.2 不同密度光伏板下葉片指標(biāo)的測定

在果實成熟期，每個處理（C1、C2、C3、CK、NEA）沿著葡萄南北跨度的中線選擇生長勢相同、粗度基本一致的10 個新梢，用游標(biāo)卡尺測量每個新梢第3 片葉的葉主脈長度和葉片寬度，每個處理另選擇生長勢相似的10 個新梢，摘取第3 片葉，用萬分之一電子天平測量葉片重量，各處理在選擇新梢時，均遵循在行間。每個處理架根、架中、架梢各隨機選取10 片葉片，共30 片葉片，用葉綠素含量測定儀（SPAD-502）測定其葉綠素含量，并用紅外測溫儀（testo 830-S1）測定其葉面溫度。每處理測定3 次，取其平均值。

1.3.3 不同密度光伏板下果實指標(biāo)的測定

在果實成熟期，每個處理（C1、C2、C3、CK、NEA）選擇生長勢相近的10 株葡萄，每株葡萄在南北跨度的中線處選取1 穗葡萄，并用紅外測溫儀（testo 830-S1）測定其果面溫度，在每穗葡萄南北兩面的上、中、下部各取1 粒果實，每個處理共取代表性的果實60 粒，用游標(biāo)卡尺測量果實縱、橫徑。每個處理以S 形分布隨機設(shè)置5 個取樣點，每個取樣點選擇生長勢相近的2 株植株，每株樹選取2 穗果實，用自封袋裝好后貼上標(biāo)簽帶回實驗室，采用折光計法測定可溶性固形物（TSS）含量；采用酸堿滴定法測定果實中總酸含量。每處理測定3次，取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)均使用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

不同密度光伏板的架設(shè)會對葡萄架面產(chǎn)生不同程度的遮陰，進而會對葡萄葉幕微氣候產(chǎn)生一定影響。由表1 可知，不同密度光伏板下‘無核白’葉幕空氣溫度與對照差異顯著，空氣溫度和光伏板密度呈負相關(guān)關(guān)系，即NEA＞CK＞C1＞C2＞C3，處理CK、C1、NEA 的空氣溫度均在42 ℃以上，CK、NEA 的空氣溫度均超過44 ℃，隨著光伏板密度的增加，C2、C3 的空氣溫度均在40 ℃以下，比CK 分別降低了10.57%、12.45%。空氣濕度和光伏板密度呈正相關(guān)關(guān)系，即NEA＞C3＞C2＞C1＞CK，NEA、C3、C2 和C1 的空氣濕度分別比CK 增加了26.19%、23.42%、13.07%、1.36%。不同處理‘無核白’葉幕的光照強度為2.41×104～12.51×104lx，NEA 和CK 間無顯著性差異，其他各處理與對照相比差異顯著，光照強度隨著光伏板密度的增大呈下降趨勢，和CK 相比，C1、C2、C3 光照強度分別降低了6.84%、45.29%、80.74%。

表1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

2.2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質(zhì)量的影響

隨著光伏板密度的增加，‘無核白’葡萄葉片的縱、橫徑，鮮葉重量均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。C2 處理的葉片縱、橫徑最大，與其他多數(shù)處理具有顯著性差異，分別為123.94、152.37 mm，與CK 相比，分別增加了12.13%、12.23%。C2 和NEA處理鮮葉重量最大，分別為2.84、2.68 g，比CK 分別增加了8.81%、2.68%?！疅o核白’葉片葉綠素含量隨著光伏板密度的增大呈先升高后降低的趨勢，但差異未達到顯著水平，其中C2 處理的葉綠素含量最高，SPAD 值為33.36，比CK 增加了10.03%。葉面溫度和光伏板密度呈負相關(guān)關(guān)系，CK＞C1＞C2＞NEA＞C3，C1、C2、C3 和NEA 處理比CK 分別降低了1.01%、2.97%、5.56%和3.13%（表2）。

表2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質(zhì)量的影響

2.3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質(zhì)的影響

隨著光伏板密度的增大，果粒縱徑呈先升高后降低的趨勢，但差異均未達到顯著水平。其中C2處理的果粒縱徑最大，為19.90 mm，比CK 增加了1.17%。果面溫度和光伏板密度呈負相關(guān)關(guān)系，即CK＞NEA＞C1＞C2＞C3，CK 果面溫度最高，為40.43 ℃，C1、C2、C3 和NEA 處理分別比CK 降低了1.88%、4.77%、5.66%、0.59%。各處理可溶性固形物含量隨著光伏板遮陰程度的增加差異顯著，表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，其中C2 處理的可溶性固形物含量最高，達到了20.00%，與CK 相比，增加了4.71%（表3）。

表3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質(zhì)的影響

3 討 論

3.1 不同密度光伏板對‘無核白’葉幕微氣候的影響

葉幕微氣候指葉幕緊密表面及其內(nèi)部的小氣候條件，具有范圍小、差別大、穩(wěn)定性好的特性[12]，架設(shè)不同密度的光伏板，會形成不同的葉幕微氣候。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著遮陰程度的增大，葉幕空氣溫度降低，相對濕度增大，光照強度顯著降低；全光照（CK）條件空氣溫度最高、相對濕度最小，光照強度最大。重度遮陰（C3）條件下，葡萄葉幕的空氣溫度最低、相對濕度變大，光照強度最低，與洪莉等[13]研究遮陰對甜櫻桃光合特性影響時的結(jié)果一致，這可能是由于光伏板遮光直接導(dǎo)致光照強度降低，隨著光照強度的減弱，葉幕溫度降低，水分蒸發(fā)減緩，相對濕度增大。傳統(tǒng)小棚架（NEA）條件下，葡萄葉幕的空氣溫度最高，相對濕度最大，與張海成等[14]研究板栗葉幕微氣候時溫度越高、濕度越小的結(jié)果不一致，考慮是因為傳統(tǒng)小棚架雖然未架設(shè)光伏板遮陰，但因其自身架面低矮郁閉，葡萄種植過密，導(dǎo)致其通風(fēng)透光性能較差，不易散熱，葉片蒸騰所釋放的水分不能及時散發(fā)，最終形成高溫高濕的環(huán)境條件。

3.2 不同密度光伏板對‘無核白’葉片質(zhì)量的影響

葉片是植物進行光合作用的重要場所，葉綠素是植物將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的重要物質(zhì)[15]。植物光合效率與葉綠素含量有密切關(guān)系，光照強度對葉綠素的影響作用顯著[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量并非和環(huán)境因子一樣與光伏板密度呈簡單的線性關(guān)系，隨著光伏板密度的增大，葉綠素含量表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。中度遮陰（C2）條件下，‘無核白’葡萄葉綠素含量最高；重度遮陰（C3）條件下，葉綠素含量又開始下降，與梁曼曼等[17]在研究不同程度遮陰對核桃生長的影響時結(jié)果相一致，這可能是由于葉綠素合成酶的活性受光調(diào)控，

重度遮陰阻攔了過多的光能，不利于植物葉綠素的合成[18]。中度遮陰（C2）條件下葉綠素的含量最高，考慮有2 個方面原因：一方面可能是中度遮陰提高了葡萄的蒸騰拉力，促進了葡萄對N、Mg 等元素的吸收，提高了光合元素的合成效率，增加了葉綠素含量；另一方面可能是中度遮陰緩解了吐魯番地區(qū)夏季高溫強光對葡萄生長的抑制，降低了高溫強光對葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞以及葉綠素合成酶的影響。

3.3 不同密度光伏板對‘無核白’果實品質(zhì)的影響

不同密度光伏板對葡萄產(chǎn)生不同程度的遮陰，導(dǎo)致葉幕微氣候產(chǎn)生一定差異[19-20]，進而影響葡萄果實品質(zhì)[21]。葡萄果實品質(zhì)以含糖量為主導(dǎo)因素，而遮陰會影響葡萄的干物質(zhì)積累，從而對果實品質(zhì)產(chǎn)生重要影響[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著光伏板密度的增大，果實的可溶性固形物含量呈先升高后降低的趨勢，中度遮陰（C2）條件下，‘無核白’葡萄可溶性固形物含量顯著高于其他處理；重度遮陰（C3）條件下，可溶性固形物含量開始下降，這與彭鑫等[24]和韓忠明等[25]研究遮陰對草莓果實品質(zhì)和鐵線蓮品質(zhì)的影響中的結(jié)果相一致。這可能由于在吐魯番地區(qū)，高溫強光等極端天氣已經(jīng)成為了葡萄生長的限制因子[26]，高溫強光損傷了‘無核白’葡萄光合機構(gòu)活性，導(dǎo)致光抑制現(xiàn)象發(fā)生，中度遮陰（C2）條件改善了‘無核白’葡萄的葉幕微氣候，緩解了高溫強光所造成的光合效率下降，使其更加高效地獲取光能，提高光合作用效率，產(chǎn)生更多的光合產(chǎn)物，果實品質(zhì)也越好[27]；而重度遮陰（C3）條件阻攔了過多的光能，抑制了葉綠素的合成，進而降低了葉片光合效率，光合產(chǎn)物降低，使得輸送到果實的碳水化合物減少，從而抑制了果實含糖量的積累[28-29]。

4 結(jié) 論

在吐魯番地區(qū)采用葡光互補栽培時發(fā)現(xiàn)，隨著光伏板密度的增大，葉幕微氣候會出現(xiàn)空氣溫度和光照強度降低、空氣相對濕度增大的現(xiàn)象。‘無核白’葡萄葉片質(zhì)量、果實品質(zhì)隨著光伏板密度的增大表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在光伏板間隔為1.0 m（C2）條件下，葉片的縱、橫徑最大，葉綠素含量最高，果實可溶性固形物含量最高。因此在吐魯番地區(qū)推廣葡光互補栽培模式時，建議選擇光伏板的間隔為1.0 m。