北疆综合试验站

  引言

  葡萄的生长发育受环境因素（如光照、温度、水分）的显著影响，而种植行向调控作物空间布局，是决定冠层微气候的关键因素之一。不同行向导致光照强度、通风条件及水分利用效率的差异，进而影响葡萄的光合作用、茎流特征及生长发育。在山东，南-北行向种植时，维持了葡萄植株两侧光合性能与温度的平衡。在香格里拉地区，低海拔南-北行向、中高海拔东-西行向更有利于葡萄还原糖含量的提高。

  新疆地处我国西北地区，属于干旱半干旱气候，尽管滴灌等节水技术逐渐被应用，但是地表蒸发与作物蒸腾比较严重，农业用水仍然紧张，研究作物耗水规律，精准灌水，提高水分利用率势在必行。而茎干液流是土壤－植物－大气连续体水流路径中的重要环节，其作为水分和养分运输的关键指标，间接调控果实发育。通过测定茎流有助于分析植物生理作用对环境因子的适应性和响应特征。本研究以新疆产区主栽品种‘巨峰’为研究对象，采用包裹式茎流计监测植株茎流速率，分析不同种植行向下葡萄茎流变化规律。研究结果为石河子垦区葡萄灌水制度及栽植行向提供理论指导与参考依据。

  1 材料与方法

  1.1 试验地概况

  试验于2023年在石河子农业科学研究院葡萄示范园内进行（86.03°E，44.31°N），土壤质地为灰漠土，属于温带大陆性气候，夏季干旱少雨，冬季寒冷干燥，年降雨量为200～250 mm，年蒸发量1500～2000 mm，昼夜温差大，年均日照时数≥2800 h，无霜期160～180 d。

  1.2 供试品种

  试验以12年生‘巨峰’葡萄为研究对象，株行距为1.2 m×3.5 m，采用高“厂”平棚架，树势均匀一致，管理水平中等。

  1.3 试验设计

  试验采用单因素随机区组设计，根据葡萄栽植行向，设两个处理，处理1（南-北行向），处理2（东-西行向）。各处理设3个重复，1个重复5棵树。每个处理安装2套包裹式茎流计，2023年7月6日-9月26日期间，连续监测记录植株茎流变化规律。

  1.4 测定项目及方法

  1.4.1 茎流速率

  采用包裹式茎流计（Flow32-1k 美国，Dynamax公司）进行测定，测定原理是热平衡法，加热茎干后，茎流会带走部分热量，通过测量热量的损失反推水分运输速率。安装时选择健康、直径≥10 mm的新梢（避免节间或疤痕部位）。测量茎干直径，计算横截面积（A =πr2）。清理茎干表面，去除粗糙树皮，确保加热带紧密贴合。螺旋缠绕加热带（宽度通常5~10 mm），覆盖茎干测量区域。用绝缘胶带固定，避免松动。径向热电偶安装在加热带上下方，测量径向热损失（Qr）。纵向热电偶安装在加热段上方和下方5~10 cm处，测量纵向热损失（Qv)）。用铝箔包裹整个测量区，减少环境温度影响。外层加防水膜防止雨水干扰。将加热带和热电偶连接至数据采集器，设置数据采集频率15min/次。记录初始参数如加热功率（P）、茎干直径、环境温湿度等。通过以下公式计算茎流速率（F）：

式中：

  F：茎流速率（g· h⁻¹）。  

  P：加热功率（W）。  

  Qr：径向热损失（通过茎干传导损失的热量，W）。  

  Qv：纵向热损失（通过茎干上下端的热量，W）。  

 

 

  Cp：水的比热容（4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹）。  

  ∆T：加热段与未加热段的温度差（℃）。

  1.4.2 土壤温湿度  

  采用土壤水分传感器监测记录，与茎流计同一时间埋入距植株基部30 cm土壤中，纵向土层深度为40 cm，设置数据记录频率为15 min/次。

  1.4.3 气象数据  

  从试验地的气象站获取，气象数据包括空气温度、空气相对湿度、降水量、日照时数、风速、风向。在葡萄整个生育期内连续监测记录，记录频率60 min/次。

  1.5 数据处理

  试验数据采用IBM SPSS 25.0、Excel 2016、Origin 2018软件进行分析与作图。

  2 结果分析

  2.1 不同天气条件下各处理茎流速率变化规律

  葡萄茎流速率受天气、冠层结构、种植模式的影响而不同，为探究不同天气状况下，‘巨峰’葡萄茎流速率的变化规律，在果实膨大期选取典型阴天、雨天、晴天分析不同行向种植的葡萄茎流日变化特征。如图1所示，晴天时，各处理茎流速率整体呈双峰“几”字形变化，上午、下午分别有1个峰值，下午的峰值高于上午，且处理2峰值高于处理1，阴天时，‘巨峰’葡萄茎流同样呈昼高夜低的“几”字形变化，但是出现多个峰值。本研究选取的是中雨天气（降雨量20mm），中雨时，各处理茎流速率日变化趋势与晴天、阴天相同，但是两个处理峰值出现时间不同，处理1峰值出现在下午，处理2的峰值在上午，茎流速率随雨量大小而变化，峰值出现在降雨大且较为集中的时间段。

  为深入研究雨天茎流特征，以处理2为例，选取小雨天气（1.9mm）观测茎流变化规律。如图1（C）所示，小雨时，葡萄茎流速率变化趋势与中雨时相似但茎流速率远低于中雨天，与图1相比，小雨天茎流速率低于阴天时的茎流速率。综上，不同天气状况下，处理2茎流速率均值都高于处理1。

 

  2.2 不同天气条件下各处理气象因子与茎流速率变化特征

  表1中展示了不同天气条件下，日尺度水平上不同处理气象因子均值及葡萄茎流速率变化特征。可以看出，不同天气下，空气温度变化幅度小，尤其阴、雨天，气温均值浮动范围仅0.2 ℃左右，晴天浮动范围在6～6.2 ℃之间；空气相对湿度的变化范围较大，雨天达到85.34%，较阴天与晴天分别高29.88%、56.12%；阴天风速最高，其次是雨天，晴天最小。本试验测量了不同处理的叶下光强（即冠层内部果穗附近的光照强度），发现处理2叶下光强大于处理1，表明东-西行向种植时，冠层结构比较理想，叶片能吸收更多的光供植株生长；雨天处理1土壤湿度（体积含水量）较处理2大，但阴天与晴天时，处理2土壤湿度均大于处理1，表明处理2条件下，根系能吸收更多的水分供地上部生长。

  如表1所示，晴天时茎流速率达到峰值时间（18：00～19:00）晚于阴天（15：00～16:00）。阴天和晴天时，处理2茎流速率峰值时间均晚于处理1，分别晚15 min、30 min，但雨天时，两个处理达到峰值时间相差较大。处理2在阴、雨天茎流启动时间均较处理1晚15 min，而晴天时两个处理茎流在同一时间启动，以上现象出现的原因可能与太阳照射时间有关，南-北行向时，早晨太阳升起时，叶片受光较早，所以茎流启动也早。据每日茎流监测数据看，处理2茎流结束时间也晚于处理1，晴天时，茎流结束时间晚30min左右，综合光强等因素，处理2的强光、高茎流条件利于葡萄光合产物积累。

  综上所述，在不同天气条件下，东-西行向种植的葡萄相较于南-北行向的具有更理想的冠层结构、更高的叶下光强和土壤湿度（除雨天外），茎流启动和结束时间普遍延迟，光合时间长，有利于光合同化产物的积累。

 

 

  2.3 不同天气条件下各处理茎流日累计量的变化

  葡萄单日茎流累计量是反映植株蒸腾量的关键指标，也是指导灌溉的重要指标。通常认为，在土壤含水量充足的条件下，植株流经木质部的液流量，经公式转换求算等同于冠层蒸腾消耗的水量。本研究监测了典型天气条件下，各处理茎流累计量变化过程，由图2可知，不同天气条件下茎流累计量变化均呈“S”形，且处理2高于处理1，不同天气状况下，茎流累计量大小排序为晴天＞中雨天＞阴天＞小雨天，不同处理茎流累计量为处理1：晴天（15343.3g）；中雨天（11050.54g）；阴天（5217.32g），处理2：晴天（16294g）；中雨天（12199.29g）；阴天（6336.71g）；小雨天（5350.8g）。晴天、中雨天、阴天时，处理2茎流量较处理1分别高6.2%、10.4%、21.5%。表明处理2蒸腾较处理1大，即光合作用强，植株根系吸水能力强，反映出较高的水分运输能力，因此，在灌溉时，处理2灌水要比处理1多6.2%。总的来说，在不同天气条件下，处理2的葡萄单日茎流累计量均高于处理1，表明其蒸腾更强、光合效率与根系吸水能力更高。

 

 

  2.4 不同生育期各处理茎流速率变化规律

  葡萄不同生育期茎流速率受多种因素影响，为探究不同行向种植时，‘巨峰’葡萄各生育期的茎流速率变化特征。在果实膨大期（7月1日-5日）、转色期（8月1日-5日）、成熟采收期（9月1日-5日）各选择5 d，用5 d的茎流速率均值绘制曲线，观测各处理不同生育期茎流速率变化特征。图3显示了南-北行向与东-西行向种植时，各生育期葡萄茎流速率变化情况，可以看出同一行向时，果实膨大期的茎流速率最高，处理1、处理2峰值分别达到636.16g/h、664.64g/h；转色期居中，峰值分别为621.65g/h、629.82g/h；成熟采收期最低，峰值分别为443.47g/h、512.35g/h。不同行向种植时，各生育期东-西行向的葡萄茎流速率均高于南-北行向的葡萄。综上所述，在不同生育期中，东-西行向种植的葡萄茎流速率均高于南-北行向，且同一行向下茎流速率由高至低依次为果实膨大期、转色期和成熟采收期。

 

 

  3 结论

  综上所述，‘巨峰’葡萄在东-西行向栽植时，其茎流速率及茎流累积量较大，表明植株蒸腾量高，光合作用强，叶片及果实的干物质积累能力强，有利于植株的生长发育，但在东-西行向栽植时，蒸腾强意味着耗水量大，需注意植株生长表现，及时灌水，以防水分胁迫影响葡萄产量与品质。