覆蓋處理對媚麗葡萄果實(shí)品質(zhì)及土壤理化指標(biāo)的影響

段鑫垚，高飛飛，韓 星，官凌霄，張 亮，李 華,2,3，王 華,2,3

(1西北農(nóng)林科技大學(xué) 葡萄酒學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2 陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西 楊凌 712100；3 國家林業(yè)和草原局 葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西 楊凌 712100)

釀酒葡萄果實(shí)品質(zhì)是決定葡萄酒價(jià)值高低的關(guān)鍵因素。成熟果實(shí)的橫縱徑、百粒質(zhì)量、可溶性固形物(Brix)、還原糖、可滴定酸以及酚類物質(zhì)等指標(biāo)均是葡萄果實(shí)品質(zhì)的重要體現(xiàn)。這些物質(zhì)的含量和平衡關(guān)系決定了葡萄的質(zhì)量[1]。其中多酚類物質(zhì)是葡萄次生代謝產(chǎn)物的重要組成部分，集中存在于果皮和果籽中，是反映葡萄及葡萄酒品質(zhì)的重要指標(biāo)[2]。多酚類物質(zhì)不僅是葡萄酒的重要風(fēng)味組成成分，還是葡萄酒具備保健功能的原因之一[3]。影響葡萄果實(shí)品質(zhì)的因素有土壤條件、氣候條件及葡萄園栽培管理方式等，其中覆蓋栽培是一種綠色、可持續(xù)的栽培管理模式[4]。

地面覆蓋能調(diào)節(jié)土壤溫濕度，有效減少地表徑流和水分蒸發(fā)，保持土壤水分，改善果園區(qū)域微環(huán)境，控制園地雜草，增強(qiáng)微生物代謝繁殖[5-7]。此外，覆蓋技術(shù)還可以改善根系分布，調(diào)節(jié)樹體生長，增加葉片葉綠素含量，進(jìn)而增強(qiáng)果樹的光合速率，提高果實(shí)產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)[8-9]。Singh等[10]研究表明，在不同種植方式和覆蓋措施下，覆蓋種植可提高芥菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。根據(jù)覆蓋材料的不同，農(nóng)田覆蓋主要有有機(jī)物覆蓋(如秸稈、谷草、樹葉、畜糞)、砂石覆蓋(泥砂、卵石)、化學(xué)覆蓋(化學(xué)制劑)和地膜覆蓋4類[11]。趙鵬等[12]的研究表明，將枝條和秸稈粉碎后分別覆蓋在梨樹樹盤上，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，且能使果實(shí)產(chǎn)量增加、品質(zhì)改善。尹曉寧等[13]在蘋果園中覆蓋麥草、細(xì)河沙、黑色地膜，結(jié)果表明，覆蓋處理可以保持地溫，提高土壤含水量，改善區(qū)域微環(huán)境，促進(jìn)樹體枝條生長量。腐植酸類液態(tài)地膜除了對土壤養(yǎng)分有改良作用外，還可保溫保墑，防止水分蒸發(fā)，促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)作物的抗逆性，提高果實(shí)品質(zhì)[14-16]，而在相同的氣候條件下，不同的土壤營養(yǎng)條件對葡萄品質(zhì)的影響有很大差異[17-18]。目前，葡萄園覆蓋研究多集中在行間生草和行間覆蓋，而對行內(nèi)覆蓋研究報(bào)道較少。

基于此，本研究在陜西楊凌地區(qū)對媚麗葡萄園進(jìn)行不同的行內(nèi)覆蓋處理，同時(shí)以清耕作為對照，行間為自然生草，分析不同覆蓋處理對媚麗葡萄果實(shí)品質(zhì)與土壤理化性質(zhì)的影響，旨在為改善陜西關(guān)中地區(qū)葡萄品質(zhì)、改進(jìn)葡萄園栽培管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2019年在陜西省楊凌區(qū)曹新莊盛唐酒莊葡萄試驗(yàn)園(北緯34°27′，東經(jīng)108°08′)進(jìn)行，試驗(yàn)地位于關(guān)中平原中部，屬東亞暖溫帶半濕潤半干旱氣候區(qū)，海拔514 m，年平均溫度12.9 ℃，年降雨量635 mm，無霜期211 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h，年總太陽輻射量480.79 kJ/cm2，土壤類型為土婁土。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2008年定植的釀酒葡萄媚麗(Vitisviniferacv. Meili)，株行距1.0 m×2.5 m，行長90 m，單籬架，單干雙臂整形，長短梢混合修剪。

試驗(yàn)選用的塑料地膜為弘大塑業(yè)廠家的銀黑雙色地膜，寬1 m；可降解液態(tài)地膜購自陜西科瑞公司，又被稱作乳化瀝青，由基料為腐殖酸類大分子物質(zhì)加懸浮劑、凝固劑及可供作物吸收的其他營養(yǎng)物質(zhì)制成，是一種新型的環(huán)保土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑；碎枝條為媚麗葡萄1年生枝條粉碎而成的長度為2～3 cm片狀碎屑。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試覆蓋材料為塑料地膜(PF)、可降解液態(tài)地膜(LF)、碎枝條(GB)。2019年3月份，將試驗(yàn)地分為3個(gè)區(qū)塊作為3組重復(fù)，每個(gè)處理2行，每行200株葡萄，分別覆蓋PF、LF、GB，覆蓋寬度均為50 cm，其中可降解液態(tài)地膜稀釋后使用(V(可降解液態(tài)地膜)∶V(水)=1∶10)，每公頃用量300 kg，碎枝條覆蓋厚度為10 cm，以清耕作為對照。整個(gè)果實(shí)生長季中所有處理除果園地面覆蓋外，田間栽培管理及水肥管理一致。葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后，監(jiān)控成熟度，確定采收期，采收后測定其基本理化指標(biāo)及果實(shí)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)。采收后采集一次行內(nèi)表層(0～20 cm)土壤，去掉靠近路邊的8株葡萄，按對角線取樣，用直徑4 cm土鉆分別取表層土樣，每個(gè)處理取6個(gè)點(diǎn)，混勻后去除小石塊、植物殘?bào)w及根系，風(fēng)干、研磨，過孔徑1 mm鋼篩，測定土壤理化指標(biāo)[19]。

1.4 測定指標(biāo)及方法

果實(shí)采收后，在各處理中分別隨機(jī)收集300粒葡萄果實(shí)，用電子游標(biāo)卡尺測量縱橫徑，用電子天平測量百粒質(zhì)量。取其中200粒葡萄果實(shí)取汁，參照《葡萄酒分析檢驗(yàn)》[20]方法測定可溶性固形物、還原糖、可滴定酸含量，并計(jì)算成熟系數(shù)(M值，還原糖含量與可滴定酸含量的比值)。取其余100粒葡萄去掉果肉和種子，用蒸餾水洗凈果皮，用吸水紙吸干果皮表面的水分后，參照GB/T 15038-2017方法測定果皮和葡萄籽中的總酚、總單寧、總類黃酮、總黃烷-3-醇以及果皮中的總花色苷含量[21]。采用流動分析儀測定土壤速效磷、銨態(tài)氮、全磷、全氮含量；用火焰光度計(jì)法測定土壤速效鉀和全鉀含量[22]。土壤pH值用pH計(jì)測定。采用TOC-L總有機(jī)碳分析儀測定土壤樣品中的全碳、總有機(jī)質(zhì)含量[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2017軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；用IBM SPSS Statistics 21軟件進(jìn)行方差分析；采用Rstudio軟件進(jìn)行主成分分析和聚類分析，并用Duncan’s檢驗(yàn)進(jìn)行多重差異顯著分析，利用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理對葡萄果實(shí)基本理化指標(biāo)的影響

不同覆蓋處理對葡萄果實(shí)基本理化指標(biāo)的影響如表1所示。

表1 不同覆蓋處理下葡萄果實(shí)的基本理化指標(biāo)Table 1 Determination of fruit physicochemical indicators under different mulching treatments

由表1可知，GB處理葡萄縱橫徑、百粒質(zhì)量均顯著高于其他處理。CK處理葡萄的可溶性固形物含量為15.00%，與LF處理無顯著差異，但二者均顯著高于PF和GB處理。還原糖含量以GB處理最高，LF處理最低，二者均與其他處理存在顯著差異。各處理的可滴定酸含量較CK均下降，其中PF下降幅度最大，達(dá)到14.24%。與之相對應(yīng)的M值以PF處理最高，顯著高于其他處理；各覆蓋處理的M值均高于CK，表明行內(nèi)覆蓋能夠提高葡萄果實(shí)的成熟度。

2.2 不同覆蓋處理對葡萄皮、籽中酚類物質(zhì)的影響

2.2.1 葡萄皮 由表2可知，PF與GB處理葡萄的葡萄皮總酚含量與CK之間無顯著差異，但三者均顯著高于LF處理。CK的葡萄皮總黃烷-3-醇含量顯著高于各覆蓋處理。與CK相比，各覆蓋處理均顯著提高了葡萄皮中的總花色苷和總類黃酮含量。其中覆蓋方式對葡萄皮總花色苷含量的影響最大，各處理之間均具有顯著差異，4個(gè)處理依次表現(xiàn)為LF>GB>PF>CK。此外，PF處理的葡萄皮總類黃酮含量及GB處理的葡萄皮總單寧含量均顯著高于其他處理。

表2 不同覆蓋處理對葡萄皮中酚類物質(zhì)含量的影響Table 2 Effects of different mulching treatments on content of phenolic substances in grape skin mg/g

2.2.2 葡萄籽 由表3可知，與CK相比，各覆蓋處理均顯著提高了葡萄籽中的總酚、總黃烷-3-醇和總類黃酮含量，且以GB提高幅度最大。葡萄籽總酚、總黃烷-3-醇含量在各處理間均有顯著差異，且均表現(xiàn)為GB>LF>PF>CK?？傤慄S酮含量以GB處理最高，LF處理次之，二者之間無顯著差異，但均顯著高于PF處理和CK?？倖螌幒恳訡K最高，顯著高于其他處理。綜上可知，覆蓋處理能夠顯著提高葡萄籽中的總酚、總黃烷-3-醇和總類黃酮含量，并顯著降低單寧含量。

表3 不同覆蓋處理對葡萄籽中酚類物質(zhì)含量的影響 Table 3 Effects of different mulching treatments on content of phenolic substances in grape seed mg/g

2.3 不同覆蓋處理對葡萄園表層土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的影響

由圖1可知，各覆蓋處理均可顯著增加葡萄園表層土壤全氮含量，其中以GB處理最高，顯著高于其他處理，其余處理依次表現(xiàn)為PF>LF>CK。土壤銨態(tài)氮含量也以GB處理顯著高于其他處理，其余處理依次表現(xiàn)為LF>CK>PF。各覆蓋處理顯著增加了表層土壤的全磷含量，其中以LF處理最高，其余處理依次表現(xiàn)為GB>PF>CK。速效磷含量和全鉀含量在各處理間均無顯著差異。速效鉀含量以LF處理顯著高于其他處理，其余處理間無顯著差異。各處理全碳含量與總有機(jī)質(zhì)含量均無顯著差異。地面覆蓋可以顯著增加表層土壤的pH值，各覆蓋處理的pH值均在7.1～7.6，4個(gè)處理依次表現(xiàn)為LF>GB>PF>CK。綜上可知，與CK相比，覆蓋處理可顯著提高土壤全氮、全磷含量及土壤pH值，而對全鉀、速效磷、全碳和總有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響。

圖1 不同覆蓋處理對葡萄園表層土壤基本理化性質(zhì)的影響Fig.1 Effects of different mulching treatments on basic physical and chemical properties of topsoil in vineyard

2.4 基于主成分分析與聚類分析評價(jià)的不同覆蓋處理對葡萄果實(shí)品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響

為了進(jìn)一步分析葡萄園地面覆蓋對葡萄果實(shí)品質(zhì)及土壤理化的影響，對果實(shí)花色苷、可溶性固形物、還原糖、可滴定酸、單寧以及土壤pH、氮、磷、鉀等22個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖2所示。圖2-a顯示，特征值>1的2個(gè)主成分PC1(87.44%)和PC2(11.81%)的累積貢獻(xiàn)率為99.25%，說明這2個(gè)主成分能充分反映原始數(shù)據(jù)的大部分信息，可以達(dá)到降維的目的。除葡萄籽總單寧外的所有指標(biāo)均位于PC1正半軸，表明其與PC1呈正相關(guān)關(guān)系。除葡萄籽總單寧、還原糖、葡萄皮總酚外，大部分指標(biāo)位于PC2正半軸，表明其與PC2呈正相關(guān)關(guān)系。此外，PCA分布圖(圖2-b)顯示，各處理組可以明顯區(qū)分開，表明各處理之間均有顯著差異。

圖2 不同覆蓋處理葡萄果實(shí)品質(zhì)與土壤理化性質(zhì)主成分分析的因子載荷圖(a)與分布圖(b) Fig.2 Factor load diagram (a) and PCA distribution map (b) of principal component analysis on grape fruit quality and soil physical and chemical properties under different coverage treatments

通過熱圖聚類分析不同覆蓋處理對果實(shí)品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果如圖3所示。圖3表明，不同覆蓋處理葡萄的品質(zhì)指標(biāo)和土壤理化性質(zhì)指標(biāo)可以分為5類：第Ⅰ類為葡萄皮總酚、還原糖、葡萄籽總單寧、葡萄皮總黃烷-3-醇；第Ⅱ類為葡萄皮總類黃酮、M值；第Ⅲ類為葡萄籽總酚、葡萄籽總黃烷-3-醇、葡萄籽總類黃酮、pH、全磷、速效鉀、葡萄皮總花色苷；第Ⅳ類為全氮、葡萄皮總單寧、全鉀、銨態(tài)氮；第Ⅴ類為可溶性固形物、可滴定酸、速效磷、總有機(jī)質(zhì)、全磷。其中，第Ⅰ類指標(biāo)以CK與GB處理高于PF與LF處理，第Ⅱ類以PF與GB處理高于CK與LF處理，第Ⅲ類指標(biāo)與第Ⅴ類均以LF、GB處理高于CK、PF處理，而第Ⅴ類指標(biāo)以PF、LF、GB處理均高于CK。覆蓋方式分為4類：第Ⅰ類為CK，第Ⅱ類為PF，第Ⅲ類為LF，第Ⅳ類為GB，其中GB處理組得分高于其他處理，總體表現(xiàn)為GB>LF>PF>CK。

CK1、CK2、CK3代表CK處理的3組重復(fù)，PF、LF、GB同理；顏色深淺代表各成分標(biāo)準(zhǔn)化后含量的高低 CK1,CK2 and CK3 represent three groups of repetitions processed by CK,the same for PF,LF and GB.Color represents the content of each component after standardization圖3 不同覆蓋處理葡萄果實(shí)品質(zhì)與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的聚類分析結(jié)果Fig.3 Cluster analysis of grape fruit quality and soil physical and chemical properties under different mulching treatments

3 討論與結(jié)論

地面覆蓋能有效提高低溫季節(jié)地溫，促進(jìn)葡萄生長成熟和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，保墑節(jié)水，從而提高葡萄果實(shí)的大小、質(zhì)量和可溶性固形物含量，改善葡萄品質(zhì)[23-25]。楊凱等[26]對玉露香梨的覆蓋研究表明，地布覆蓋處理香梨的單果質(zhì)量、果肉硬度和可溶性固形物含量均最大；秸稈覆蓋處理的果形指數(shù)最大，酸度最小。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK相比，GB處理能夠提高葡萄果實(shí)的果粒大小和百粒質(zhì)量，覆蓋處理均能顯著降低葡萄漿果中可滴定酸含量，進(jìn)而增加成熟系數(shù)(M值)，表明行內(nèi)覆蓋能夠提高葡萄果實(shí)的成熟度，與前人研究結(jié)果[27]一致。酚類物質(zhì)是葡萄果實(shí)的重要品質(zhì)成分之一，也是葡萄酒骨架的重要成分，決定著葡萄及其葡萄酒的澀味、苦味和抗氧化性能[28]。Xi等[22]研究表明，葡萄園生草能夠增加漿果中的總酚類物質(zhì)。董靈江等[29]發(fā)現(xiàn)，地面覆蓋可以改善果園中下部的光照條件。張艷艷等[30]、羅玲等[31]研究發(fā)現(xiàn)，地面覆蓋可提高葡萄葉片葉綠素含量，進(jìn)而通過增強(qiáng)光合作用來促進(jìn)葡萄轉(zhuǎn)色、提高果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，覆蓋處理顯著提高了葡萄皮中的總花色苷和總類黃酮含量與葡萄籽中的總酚、總黃烷-3-醇和總類黃酮含量，LF處理和GB處理還顯著提高了葡萄皮中的總單寧含量。

研究發(fā)現(xiàn)，在地面覆蓋有機(jī)或無機(jī)材料，可改善土壤的保水持水能力，提高土壤酶的活性[32]，改善土壤結(jié)構(gòu)，優(yōu)化淺根、側(cè)根的發(fā)育條件，增加了根系密度和生長量[33]。劉小勇等[34]研究表明，地面覆蓋可顯著降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤孔隙度，從而提高土壤通透性，有利于果樹根系的生長。研究表明，覆膜與生草可在短期內(nèi)提升土壤養(yǎng)分，提升C/N[35-37]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，覆蓋處理可顯著提高土壤全氮、全磷含量及土壤pH值，而對全鉀、速效磷、全碳和有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響，這與前人的研究結(jié)果[31]基本一致。冬剪枝條中含有豐富的氮、磷、鉀等元素及生物質(zhì)能源[38]，枝條還田可為土壤微生物提供豐富的碳源、能源、無機(jī)離子等，有利于微生物的繁殖[33]，促進(jìn)有機(jī)物的分解，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分含量[7]，并能降低地表蒸發(fā)，改善土壤含水量[39]，最終改善漿果品質(zhì)。在本試驗(yàn)中，與CK相比，碎枝條覆蓋處理(GB)的表層土壤全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量均有所提高，這與羅玲[40]的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK相比，覆蓋處理不僅能夠提高葡萄果實(shí)成熟度及葡萄皮中的總花色苷和總類黃酮含量與葡萄籽中的總酚、總黃烷-3-醇和總類黃酮含量，而且可提高土壤全氮、全磷含量及pH值。其中以GB處理效果總體最好。綜上可知，地表覆蓋可以有效改善陜西關(guān)中地區(qū)媚麗葡萄園土壤的理化性質(zhì)，提高葡萄果實(shí)的品質(zhì)，而枝條粉碎還田是最好的覆蓋方式之一。