苗木生产岗位

王军

 

　　1　引言

 

　　考虑到葡萄树体水分状况对产量和质量参数的重要性，其测量对灌溉葡萄园和非灌溉葡萄园的管理和研究都非常重要，过去50多年研发了多种方法，其中的许多方法首先应用在一年生作物或果树作物上，然后又用在葡萄园。葡萄树体水分吸收的测量根据三个不同途径可被归为土壤水分测量、生理指标测量和水分平衡建模。

 

　　其中的某些方法更适宜于研究，另一些方法更适宜于葡萄园管理实践。葡萄是生根深的物种，经常在石质土壤中栽培，因此用张力计的土壤水势测量、用中子水分探头或时域反射计（TDR）的土壤含水量测量难以实施。葡萄树体水分状况也可以通过利用生理学指标来监测，这些指标是基于葡萄树体生理学受水分亏缺而改变这样一个原理。过去40年研发了许多生理指标：蒸腾作用、水势、茎或浆果直径的微小变化、叶片温度和气温之间的差异、葡萄果实糖分测定的C同位素鉴别、树液流测量和生长参数。本文将描述这些精确的生理指标之中两个实用的确定葡萄树体水分状况的方法：茎水势和葡萄果实糖分测定的C同位素鉴别。

 

　　利用压力室可以测量葡萄器官（通常为叶片）的水势，葡萄器官中的水势与葡萄树体水分状况紧密相关，已研发出水势的多种应用。水势代表了葡萄树体瞬时水分状况，必需定期进行若干测量以跟踪葡萄树体水分状况的季节动态变化。

 

　　大气CO2含有大约1.1%的13C稳定同位素，植物体优先利用12C，因而“歧视”13C。在水分胁迫条件下，同位素的辨别不太有效。因此，基于光合作用所产生的糖分测量的13C/12C之比（也称作δ13C）将随着葡萄树体水分状况而变化，可被用作葡萄树体水分状况的指示。当测量是基于成熟时葡萄果实糖分时，这个比值可被用作是从转色到成熟平均水分吸收条件的综合测量值。这项测量可以外包给专业实验室，除了果实取样外不需要其他田间工作。

 

　　2　茎水势

 

　　维管植物中的水势可以借助于压力室测量，这些势可以在植物器官水平上测量，通常为叶片。压力室技术可以用来测量叶片日水势、黎明前叶片水势和茎水势。

 

　　在压力室技术的三个应用之中，茎水势提供了葡萄树体水分状况的精确和稳健的估测。

 

　　茎水势是在日间的叶片上测量，测量之前至少1小时要将叶片密封于不透明的塑料袋中。茎水势值在刚到下午达到最小，这时通常被选作地点之间测量值的比较。取决于葡萄园小区的大小和小区内葡萄树体水分状况的变化，不同葡萄植株上的6~10个测量值对某一个葡萄园小区水分状况的代表来说是必需的。为了进行侧量，将叶片从葡萄植株上剪下，叶柄用锋利的刀具重新切削，将叶片放入压力室，叶柄从压力室盖的小孔中伸出，借助于瓶中的压缩氮气，逐渐升高压力室中的压力，当叶柄切口上出现树液滴时，停止往压力室压入氮气，此时压力室内的压力就显示在压力计上，这个压力就相当于茎水势。茎水势总是负值，以MPa（1MPa =10bar）表示。不透明袋是用来防止叶片蒸发，在封入袋中和进行测量的1个小时内，叶片中的水势与茎木质部中的水势达到平衡。虽然测量是在一片叶子上进行的，但所得到的值代表整个葡萄树体的水分状况。因此，当测量是在同一株葡萄上的几个叶片上进行时，茎水势的变异系数（%）总是低于黎明前叶片水势或叶片水势（表1）

 

 

 

　　2.1　土壤有效水和气候条件对茎水势的影响

 

　　茎水势反映了土壤水分有效性，但也取决于测量日的气候参数（温度、太阳辐射、蒸汽压亏缺）。为了评价土壤有效水和气候条件对茎水势值的影响，在波尔多的一个葡萄园的46个小区（3株/小区）连续两天测量‘美乐’的茎水势，一天为凉爽的多云条件（2004-9-7），一天为温暖的阳光条件（2004-9-8），46个小区之间土壤含水量变化很大，但对给定的小区而言，两天之间的土壤含水量可以认为是稳定的。两天所测量的茎水势值紧密相关（图1）。茎水势范围在-0.42 MPa至-1.36 MPa，取决于土壤有效水（表2），两日测量的平均茎水势值的差异反映了气候对茎水势的影响：9月7日为-0.94 MPa，9月8日为-1.02。因而可以得出结论，气候对茎水势的影响仅限于与土壤有效水的影响的比较。然而，通过茎水势读数的土壤有效水比较最好是在相似的气候条件下进行，例如，在晴天且无极端温度。

 

　　2.2　茎水势的可能用

 

　　（1）葡萄树体水分状况与土壤有效水关系的评价

 

葡萄树体水分状况高度依赖于土壤有效水（可蒸发的土壤水分部分，FTSW），因此，一个地块与另一个地块葡萄树体水分状况的变化取决于土壤特性。2015年（干燥年份）在波尔多的一个葡萄酒庄监测了三个地块的葡萄树体水分状况，一个地块为碎石土（‘G’，土壤持水力低）；另一块地为粘质土（‘C’，土壤持水力中等）；第三个地块为沙质土，但地下水位达到了葡萄根（‘S’）。取决于土壤有效水的葡萄树体水分状况的差异可以很容易地通过茎水势的季节性动态表现出来（图2）。

 

 

　　（2）年份之间季节性葡萄树体水分状况动态评价

 

　　葡萄树体水分状况与可蒸发的土壤水分部分有关，而可蒸发的土壤水分部分的季节变化取决于年份的气候条件（降水量和分布、潜在的蒸发蒸腾作用或ET0）。茎水势可用于评价葡萄园小区的葡萄树体水分状况的季节性动态、比较年份之间的变化，图3显示了波尔多Saint-Emilion地区定植于碎石土的葡萄园小区2004年（中等干旱年份）、2005年（极干旱年份）和2007年（湿润年份）的葡萄树体水分状况的季节性动态。

 

 

　　（3）茎水势在灌溉管理上的应用

 

　　因为茎水势代表了日整个葡萄树体的水分状况，所以是灌溉管理上特别有用的工具。即使土壤含水量不均匀，如灌溉葡萄园，茎水势准确代表了葡萄树体水分状况。然而，造成叶幕和葡萄果实不可逆损伤的茎水势的特定阈值随葡萄树体生长势而变化。水分亏缺的损伤是由维管栓塞造成的，遭受早期水分胁迫的葡萄树体的木质部导管小，而在水分吸收条件未受到限制情况下发育的导管大。对具有大的木质部导管的生长势强的葡萄植株来说，突然遭受严重的水分胁迫，在茎水势达到-1.2 MPa时，可能发生不可逆的栓塞。生长势弱的葡萄植株逐渐受到水分胁迫，可能抵抗-1.6 MPa的茎水势水平（没有过多的叶片坏死，没有浆果皱缩）。黎明前叶片水势在灌溉管理上用处不大，因为当灌溉葡萄园土壤水分不均匀时，黎明前叶片水势低估了葡萄树体水分状况。

 

　　3　葡萄果实糖分测定的碳同位素鉴别

 

　　外界大气CO2中含有98.9%的12C同位素和1.1%的13C同位素，12C同位素更容易被光合作用负责己糖合成的酶利用。因此，光合作用产生的糖分比环境CO2含有更高比例的12C同位素，这一过程被称作“同位素歧视”。当植物面对水分胁迫条件，同位素歧视减弱是因为气孔关闭。因此，光合同化物中的13C/12C之比提供了光合同化物合成期间植物体水分状况的信号。当测定了成熟时葡萄果实的糖分后，13C/12C之比（即δ13C）指示了葡萄成熟过程中平均的葡萄树体水分状况。

 

　　专业实验室可以很容易地利用质谱法测量δ 1 3C。由成熟时或接近成熟时采集的葡萄果实样品得到葡萄汁， 冷冻的葡萄汁也不改变1 3C / 1 2C 之比。将2ml的葡萄汁移入Eppendorf管，离心（ 1 0 , 0 0 0 r pm） 。将锡囊（6×4mm）小心放入96微孔板（8mm）中。用微量移液器将5μl葡萄汁移入锡囊，样品的位置一定要认真标记。将微孔板置于不通风的烘箱中，60°C下24小时。压缩锡囊，使之变为小的圆球，没有残余的空气，一定要避免与手或其他含C材料接触。样品最好应该双重密封以避免“粘性样品”问题。将微孔板包好并寄送至专业稳定同位素分析实验室。

 

　　将样品的13C/12C之比与国际标准（也就是PDB标准，PDB标准是岩石中的13C/12C之比，非常稳定）进行比较。表示为p.1000。

 

　　δ13C结果变化在从-20 p.1000（ 严重的水分亏缺胁迫） 到- 2 7p.1000（无水分亏缺胁迫）。重复性极好：测量误差为0.12，变异系数为0.2%（表3）。转色期和成熟期之间的δ13C与茎水势的测量值相关性极好（图4）。

 

 

 

 

 

　　3.1　成熟时葡萄果实糖分测定的碳同位素鉴别的可能应用

 

　　（1）葡萄树体水分状况与年份气候、土壤有效水和葡萄品种关系的评价

 

　　4个年份测量了栽植于三种不同土壤上的3个葡萄品种成熟期葡萄果实糖分的δ13C，葡萄品种为‘美乐’、‘赤霞珠’和‘品丽珠’；土壤为碎石土（土壤持水力低）、粘质土（土壤持水力中等）和沙质土，沙质土的地下水位达到了葡萄根；4个年份中，1997年和1999年为多雨年份，2000年为干旱年份，1998年为非常干旱年份。三因素方差分析表明，年份、土壤和品种对δ13C具有显著影响（表4），土壤影响最大，占总方差的57%。δ13C值表明，葡萄在碎石土上面对的水分亏缺胁迫最大，然后是粘质土，而地下水位高的沙质土上的水分亏缺胁破小。年份气候占总方差的33%，δ13C值表明1998年的水分亏缺胁迫最大，然后是2000年，1999和1997年的水分亏缺胁迫轻微。葡萄品种对δ13C值的影响虽小，但也显著（占总方差的2%）。

 

　　（2）葡萄树体水分状况在葡萄园小区内部的空间变化

 

　　碳同位素鉴别法的优势在于，除了在成熟期采集果实样品外，不需要任何田间测量。所以，许多测量可能很容易地进行，不像压力室那样费时、劳动密集。在干燥的旱地葡萄园，δ13C是确定小区水平，甚至小区内部水平水分亏缺的有益工具。在2005年，测量了波尔多地区一个面积为0.3公顷的葡萄园小区内92个样点（每个样点包括3株葡萄）的δ13C，将这些点的测量值转换为小区内部葡萄树体水分状况变异图（图5a）。为了验证这个图，在2005年9月7日下午1:30至4时，测量了每一个样点每株葡萄的茎水势，将茎水势值转换为小区内部葡萄树体水分状况变异图（图5b）。两张图的可比性很高，但基于茎水势值的图更难获得：测量用了12个人、6台压力室。

 

 

　　（3） 葡萄树体水分状况在酒庄水平上的空间变化

 

　　在酒庄水平上，几乎不可能得到采用压力室技术生成的葡萄树体水分状况图。基于葡萄果实糖分的碳同位素鉴别测定有可能得到这类图，因为只需要采集成熟时的果实样品。在图6a所示的波尔多葡萄酒庄上，干旱小区相应于（高δ13C值）相应于持水力低的碎石土。持水力较高的小区（因土壤中粘土含量较高）表现为具有更加负的δ13C值。在这项研究中，δ13C方法被土壤电阻率测量值所证实。当土壤含有较少粘土和较多碎石时，土壤电阻率高（图6b）；粘土含量高的小区，持水力高，土壤电阻率低。

 

 

　　（4）利用δ13C评价灌溉的必要性

 

　　当旱作种植者想知道是否能从灌溉获益时，δ13C可以作为一个客观的工具来评价其酒庄的每一个葡萄园小区的葡萄树体水分亏缺胁迫水平。但是，因为δ13C是基于成熟时葡萄果实糖分测定的，所以葡萄树体所经受的水分亏缺的评价是在生长季结束时进行的。因此，与茎水势不同，这项技术不能用于逐日的灌溉管理，但可用于验证事后的灌溉策略。

 

　　3.2　葡萄树体水分亏缺的δ13C值的阈值

 

　　表5所示的是葡萄树体水分亏缺的δ13C值范围。为了比较，表5中还包括了葡萄树体水分亏缺正午叶片水势值、黎明前叶片水势值和茎水势值的阈值。