劉洪波，白云崗，張江輝，丁 平

(新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049)

0 引 言

【研究意義】新疆吐哈盆地年平均降水量僅16.5 mm，而年平均蒸發(fā)能力高達(dá)3 300 mm，屬極端干旱區(qū)。在葡萄產(chǎn)量形成的關(guān)鍵物候階段果粒膨大期，即6至7月間，最高溫度達(dá)到45℃以上，極端干旱氣候環(huán)境對(duì)葡萄產(chǎn)量造成極大的影響。采用微噴灌溉技術(shù)，分析噴水條件下葡萄SPAD與葉綠素的相互關(guān)系，確定合理的微噴灌溉技術(shù)，為葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和制定合理的灌溉制度提供數(shù)據(jù)支撐?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】諸多學(xué)者對(duì)該高效節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了頗多研究[1-2]，隨著灌水技術(shù)的不斷發(fā)展，微噴灌水技術(shù)和作物之間關(guān)系的研究越來越多[3-4]。與傳統(tǒng)溝灌相比，噴灌和滴灌能有效控制每次灌水定額，提高水分利用效率和產(chǎn)量，成為當(dāng)前節(jié)水灌溉的重要灌水技術(shù)之一[5-6]。針對(duì)葉綠素含量的測定方法[7-8]，在蔬菜[9]、糧食作物[10]、經(jīng)濟(jì)作物[11]、果樹[12]等進(jìn)行研究，研究認(rèn)為通過SAPD值建立的方程式就可計(jì)算出葉綠素的含量，不僅簡便易行，且可保留植株完整性，不損害葉片。如王瑞[13]、李田[14]、宋廷宇等[15]利用便攜式葉綠素儀與分光光度法分別對(duì)油茶、板栗和菜心的葉片葉綠素含量進(jìn)行了測定，得到了SAPD值與葉綠素含量的回歸方程?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于作物葉片SPAD值與葉綠素含量影響的研究已有較多報(bào)道，但有關(guān)極端干旱區(qū)葡萄葉片葉綠素含量的報(bào)道較少，且在葡萄上以噴施葉面肥對(duì)葉片葉綠素的影響研究較多[16-18]。對(duì)微噴條件下不同噴水時(shí)長處理葉片SPAD值和葉綠素含量的監(jiān)測，研究噴水方式對(duì)葡萄品質(zhì)與產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】在滴灌基礎(chǔ)上設(shè)置不同的噴水方式，分析不同噴水方式對(duì)葡萄SPAD值和葉綠素含量及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，以及SPAD值和葉綠素含量間的相互關(guān)系，確定合理的噴水方式，為制定高效節(jié)水技術(shù)和葡萄優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆葡萄瓜果研究所中心試驗(yàn)基地，地理坐標(biāo)N2.91°，E90.30°,海拔419 m。年降雨量25.3 mm，年蒸發(fā)量2 751 mm，≥10℃以上積溫為4 522.6～5 548.9℃ ,全年日照時(shí)數(shù)2 900～3 100 h ,平均日較差為14.3～15.9℃,最大可達(dá)17～26.6℃ ,無霜期長為192～224 d。土壤質(zhì)地主要為礫石沙壤土。葡萄品種為無核白，1981年定植，樹齡28 a，大溝定植，東西走向，溝長54 m，溝寬1.0～1.2 m，溝深0.5 m左右；株距約1.2～1.5 m，行距3.5 m；栽培方式為小棚架栽培，棚架前端高1.5 m，后端高0.8 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年進(jìn)行，共設(shè)3個(gè)微噴彌霧時(shí)長調(diào)控處理，各微噴灌水技術(shù)處理均是在常規(guī)滴灌的基礎(chǔ)上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理。3個(gè)處理分別為架上噴水1 h(WP1)、架下噴水1 h(WP2)和地上噴水1 h(WP3)，對(duì)照處理(CK)采用常規(guī)滴灌，不噴水，共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)2次，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積約0.03 hm2。微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑200 cm、流量40 L/h，噴頭間距2 m，架下和地上的噴頭高度為離地面50 cm，架上噴頭的高度離棚架中心位置50 cm。微噴在葡萄果實(shí)膨大初期(每年6月4日～7月4日)15:00～17:00開啟，各處理灌溉定額均為9 150 m3/hm2。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 葉綠素

采用日本Minolta公司生產(chǎn)的美能達(dá)牌SPAD-502葉綠素儀進(jìn)行測定，測定時(shí)，每處理選取3株長勢一致的葡萄蔓，在每個(gè)蔓按上、中、下不同部位選取1個(gè)枝條，在每個(gè)枝條上按上、中、下不同部分選取3片長勢均一的葉片，共27片葉子，并將所有葉片做上標(biāo)記，每次測定同一片葉子。用葉綠素儀測定葉片讀數(shù)，在葉緣和葉脈中間部位測定，同時(shí)注意避開葉脈和有損傷的葉片。同時(shí)，在相應(yīng)測定部位上用自制打孔器進(jìn)行取材，及時(shí)將打孔圓片進(jìn)行冷藏，測定葉綠素，測定值即為SPAD值。

采用丙酮法測定葉綠素含量。先將葡萄葉片磨碎，再用80%的丙酮溶液提取，過濾定容，最后用由日本島津公司的UV-2550紫外可見分光光度計(jì)測定。葉綠素計(jì)算公式如下：

Ca(mg/g)=(12.72D663-2.59D645)V/(W1 000).

Cb(mg/g)=(22.88D645-4.68D663)V/(W1 000).

Ct(mg/g)=(8.02D663+20.29D645)V/(W1 000).

式中：Ca—葉綠素a的含量，mg/g；Cb—葉綠素b的含量，mg/g；Ct—葉綠素的總量(鮮重)，mg/g；D645和D663 —在663 nm 和645 nm 波長下的光密度，V—定容體積，mL；W—稱樣量，g。

1.2.2.2 產(chǎn)量

統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理的葡萄總串?dāng)?shù)，在每個(gè)處理隨機(jī)摘取18串有代表性葡萄，所摘葡萄盡量能夠反映整個(gè)處理葡萄的生長狀況，并對(duì)每串葡萄進(jìn)行稱重，根據(jù)各處理實(shí)際面積及果樹形態(tài)等換算成667 m2產(chǎn)量。

1.2.2.3 品質(zhì)

鮮果硬度采用GY-4型水果硬度計(jì)測定；果柄拉力采用數(shù)顯式推拉力計(jì)測定；可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用手持式折光儀測定；總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用NaOH滴定法測定，以酒石酸計(jì)；維生素采用鉬藍(lán)比色法測定；固酸比為可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值；采用福林-肖卡法測定總酚，結(jié)果用沒食子酸表示；單寧采用福林-丹尼斯法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同噴水方式下葡萄葉綠素變化特征

研究表明,在早上08：00到12：00時(shí)各處理的葉綠素變化較大，從12：00之后到20：00變化相對(duì)減小，各處理的日變化值在40.1～45.6 SPAD，且均呈先減小后增大的變化趨勢，到晚20：00取得日變化中的最大值，在各處理中，WP1的SPAD值日平均值最高，為44.3 SPAD，其次是WP2和WP3，分別為43.5 SPAD和42.9 SPAD，CK處理最低，為41.2 SPAD。1 d中SPAD值變化最大的是WP3處理，為2.8 SPAD，其余各處理日變化差值在2.4～2.6 SPAD。圖1

圖1 不同處理下葡萄葉綠素日變化
Fig.1 Daily changes of chlorophyll in different treatments

研究表明,不同處理間葡萄葉綠素表現(xiàn)出一定的規(guī)律，但變化范圍較大，在整個(gè)監(jiān)測期內(nèi)，CK處理的SPAD值最大，WP3次之，其次是WP1處理，而WP2處理最低。圖2

圖2 不同處理下葡萄葉綠素連日變化
Fig.2 Continuous change of grape chlorophyll under different treatments

2.2 葉片SPAD值與葉綠素含量的相關(guān)性

研究表明,同一葉片間SPAD 值與葉綠素a、葉綠素b 以及總?cè)~綠素含量間均存在極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.90～0.97，均呈極顯著相關(guān)關(guān)系，可以利用SPAD 值作為間接指標(biāo)來反映葡萄葉片的葉綠素含量情況。表1

研究表明,葡萄葉片葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量與SPAD值間呈線性變化規(guī)律，均達(dá)到極顯著水平，且葉綠素含量隨SPAD值的增加而增加。方程中的系數(shù)為SPAD值隨葉綠素含量變化的速率，其中，總?cè)~綠素含量隨SPAD值的變化速率最大，其次為葉綠素a，葉綠素b的變化速率最小。表2

表1 葉片SPAD值與葉綠素含量相關(guān)性Table 1 Correlation analysis between leaf SPAD and chlorophyll content

注：*P<0.05，**P<0.01

表2 葉片SPAD值與葉綠素含量回歸方程Table 2 Regression equation of leaf SPAD value and chlorophyll content

研究表明,葡萄不同處理葉片的葉綠素含量與SPAD值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，SPAD 值為38.7～40.6，葉綠素a含量為1.75～1.88 mg/g，葉綠素b含量為0.72～0.82 mg/g，總?cè)~綠素含量為2.47～2.70 mg/g。各處理中，CK處理的各項(xiàng)指標(biāo)值均最高，而WP2處理最低。表3

表3 葉片SPAD值與葉綠素含量的實(shí)測值與預(yù)測值Table 3 Measured values and predicted values of leaf SPAD and chlorophyll content

研究表明,葡萄不同處理下葉片葉綠素a含量、b含量與總?cè)~綠素含量的實(shí)測值與預(yù)測值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)P值分別為0.064、0.093和0.057，均大于0.05，葡萄葉片葉綠素a、b含量與總?cè)~綠素含量的實(shí)測值與預(yù)測值差異不顯著，可以通過SPAD值的回歸方程求得葉綠素a含量、b含量與總?cè)~綠素含量。表4

表4 不同處理下葉片葉綠素實(shí)測值與預(yù)測值方差Table 4 Analysis of variance between measured and predicted chlorophyll values under different treatments

2.3 不同噴水方式對(duì)葡萄品質(zhì)與產(chǎn)量的影響

研究表明,在葡萄果粒品質(zhì)指標(biāo)中，CK處理僅在固酸比上最大，而在其它各指標(biāo)上均較低，且在VC含量、多酚含量和單寧含量上均低于各噴水方式處理。彌霧微噴處理在多項(xiàng)指標(biāo)上均優(yōu)于對(duì)照處理，雖沒有均一的變化規(guī)律，彌霧調(diào)控能提高葡萄品質(zhì)。表5

表5 不同處理下葡萄果粒品質(zhì)指標(biāo)對(duì)比Table 5 Comparison of quality indexes of grape fruit grain under different treatments

研究表明,各處理葡萄產(chǎn)量中，WP3最大，其后是WP1和CK處理，WP2處理的產(chǎn)量最低。WP1、WP2、WP3和CK處理的產(chǎn)量分別為13 697.8、12 681.1、15 378.3和12 809.2 kg/hm2。各處理與對(duì)照處理相比，最高增產(chǎn)20.0%，微噴平均產(chǎn)量為13 919.1 kg/hm2，比對(duì)照處理高8.6%。通過彌霧調(diào)控技術(shù)，能夠改變棚架下小環(huán)境氣候，改善了葡萄生長環(huán)境，對(duì)葡萄增產(chǎn)起到了一定的作用。圖3

圖3 不同處理下葡萄產(chǎn)量對(duì)比
Fig.3 Comparison of grape yield under different treatments

3 討 論

微噴灌是在噴灌與滴灌技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的新興高效節(jié)水灌溉技術(shù)，通過壓力管道將灌溉水均勻噴灑到作物生長區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)灌水節(jié)水的目的[19]，由于微噴灌結(jié)合了噴灌與滴灌的優(yōu)勢，不僅實(shí)現(xiàn)了精量灌溉，還便于實(shí)現(xiàn)水肥一體化，從而形成灌溉、施肥與施藥的集成化新灌溉模式[20]，如王凱[20]對(duì)大田水肥一體化微噴灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯示，當(dāng)風(fēng)速為2.05 m/s時(shí)，80 m長的微噴帶在13 m處噴灑的均勻系數(shù)達(dá)到90%，噴灑均勻性非常好。同時(shí)，采用微噴灌溉具有顯著的節(jié)水增產(chǎn)作用，如白云崗[21]在吐魯番地區(qū)的粘壤土區(qū)采用9 150 m3/hm2的灌溉定額，比當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)地面灌(11 250 m3/hm2)節(jié)水18.7%，但最高產(chǎn)量比滴灌處理高出30.9%。伍國紅[22]同樣在吐魯番地區(qū)做了相關(guān)研究，由于土壤質(zhì)地為爍石地，因此,采用微噴灌溉定額為11 790 m3/hm2，相比當(dāng)?shù)販瞎喙?jié)水34.11%，最高增產(chǎn)15.24%。在已有研究成果的基礎(chǔ)上選取灌溉定額9 150 m3/hm2，當(dāng)?shù)販瞎喽~為14 400 m3/hm2，節(jié)水36.4%，3個(gè)噴水方式處理WP1、WP2、WP3的實(shí)測產(chǎn)量分別為13 697.8、12 681.1和15 378.33 kg/hm2，分別比對(duì)照高出6.9%、-1.0、20.1，其中WP2為架下微噴，與白云崗的研究成果相反，這是由于架下微噴試驗(yàn)區(qū)葡萄樹體相對(duì)較差，枝蔓比較蔬松，導(dǎo)致最終結(jié)果偏低，該試驗(yàn)區(qū)已在今年(2018年)進(jìn)行了更換，以便獲得更為準(zhǔn)確有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，果樹每年受氣候、管理等因素影響，來年的產(chǎn)量差距較大，對(duì)葡萄噴水方式的試驗(yàn)研究需做多年的系統(tǒng)研究，才能得到穩(wěn)定合理的高效灌水技術(shù)模式。采用微噴調(diào)控技術(shù)，改善了作物生長的小環(huán)境，對(duì)作物生理生長產(chǎn)生了影響，而葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用所必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是研究植物生理生長和營養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)，在極端干旱的吐哈地區(qū)，由于光熱資源十分豐富，光照時(shí)間長等特點(diǎn)，使該地區(qū)成為著名的葡萄生產(chǎn)區(qū)，而采用不同的噴水方式后，對(duì)葡萄棚架上方和下方的小區(qū)域產(chǎn)生了影響，影響了葡萄的生理生長，因此,研究不同噴水方式下葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量的相互關(guān)系是十分必要的，有研究表明,通過水分脅迫可改變葡萄葉片的葉綠素含量，即葉綠素含量隨著灌水減少而降低[23]，但葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量的相互關(guān)系在云南[24]、寧夏[25]、山東[14]等不同地區(qū)不同葡萄品種的研究均得到一致規(guī)律，表明SPAD值與葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，并由此得到SPAD值與葉綠素a、葉綠素b、以及總?cè)~綠素含量間的回歸方程。研究結(jié)果與前人一致，對(duì)比分析表明，在不同噴水方式條件下，各處理的日變化值在40.1～45.6 SPAD，且均呈先減小后增大的變化趨勢，其中，WP1的SPAD值日平均值最高，為44.3 SPAD，其次是WP2和WP3，分別為43.5 SPAD和42.9 SPAD，CK處理最低，為41.2 SPAD。SPAD值日差值最大的是WP3處理，為2.8 SPAD，其余各處理日變化差值在2.4～2.6 SPAD。葡萄葉片SPAD值與葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。葡萄VSPAD值與葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量間的回歸方程，分別為Ca=0.068 5VSPAD-0.890 2，Cb=0.045 4VSPAD-1.019 4，Ct=0.114VSPAD-1.909 6，且均達(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系，該結(jié)論受氣候因素影響較大，對(duì)所求回歸方程的可行性，后續(xù)仍應(yīng)做更進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

通過對(duì)2017年葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量的測定，4個(gè)不同處理下葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量實(shí)測值與預(yù)測值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果無顯著差異，利用SPAD值得到的回歸方程預(yù)測葉綠素a含量、b含量與總?cè)~綠素含量是可行了，為快速測定大田葡萄葉片葉綠含量提供了新的方法。采用微噴可以提高VC含量、多酚含量和單寧含量等多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，并使葡萄平均增產(chǎn)8.6%。