乌海市中晚熟酿酒葡萄生长的气候适宜度分析

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　　摘 要 葡萄产业是内蒙古自治区乌海市优势农业产业，定量评估酿酒葡萄生长季气候适宜度特征及其对气候变化的响应具有重要意义。此次研究基于1981—2010年乌海市逐旬气象资料，应用模糊数学方法，结合酿酒葡萄气象指标，建立了旬尺度的温度和日照适宜度模型，并应用几何平均法建立了酿酒葡萄综合气候适宜度模型;基于2009—2019年乌海市逐旬气象资料及酿酒葡萄品质资料进行了模型验证。
　　关键词 中晚熟酿酒葡萄;模糊数学法;气候适宜度模型;内蒙古乌海市
　　中图分类号：S663.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.086
　　进入20世纪90年代以来，农业受气候变化的影响越趋明显[1]。因此，在气候变暖的大环境下，研究农作物、经济作物气候适宜度迫在眉睫。气候适宜度是指通过对比日照时间、气温、降水量这3个参数值来评价国家或者地区的地理气候对人类以及动植物生产生活的适宜程度。葡萄是内蒙古自治区乌海市特色作物。20世纪90年代年乌海市就已建成多个品种兼有的大型葡萄基地，再加上政府的大力支持，如今已形成生产基地+种植大户的发展模式。近年，该地区葡萄产业不断发展壮大，除了原产品还有制酒业。通过定量评估酿酒葡萄气候适宜性，将更加有助于提高乌海市葡萄及葡萄酒地区品牌效应，增强市场竞争力。对于制酒业来说，酿酒葡萄的生产状况在很大程度上影响着酿酒企业的生产方向，而气候条件对农产品的品质影响极大，其中气温、日照、降水量的影响又尤为显著。乌海市处于传统酿造红葡萄酒优良的中晚熟品种赤霞珠葡萄最适宜生态区内，域内大面积种植赤霞珠[2]。相关人员在乌海市葡萄生长受气候影响研究方面做了不少工作，但对于酿酒葡萄生长期间气候适宜度特征及变化趋势研究尚未见报道。基于此，利用气候适宜度评价模型及乌海酿酒葡萄的代表品种赤霞珠，对乌海市中晚熟酿酒葡萄生长气候适宜度特征进行综合分析，探究气候因素与中晚熟酿酒葡萄品质的关系，把握乌海中晚熟酿酒葡萄生长气候适宜度。
　　1 材料与方法
　　1.1 资料来源
　　乌海市国家一般站（机场站）常年（1981—2017年）降水量、平均气温、日照时间，乌海市自动站（乌兰镇）2018、2019年平均气温等气象数据资料来源于乌海市气象局;中晚熟酿酒葡萄生育期资料、各生育期三基点温度[3]、适宜光照、适宜降水[4]运用参考网络资料、实地调查、专家咨询等方法梳理并调整得出;赤霞珠葡萄品质数据来源于位于乌海市的葡萄酒企业、宁夏气象局科研所。
　　1.2 葡萄气候适宜度模型的建立
　　设F是论域X到[0，1]的一个映射，即F∶X→[0，1]，x→F（x）称F是X上的模糊集，而函数F（·）称为模糊集F的隶属函数，F（x）称为x对模糊集F的适宜度，表示x属于F的程度[5]。
　　可以定义不同的模糊集，例如中晚熟酿酒葡萄生育期内的温度、日照、降水等不同的模糊集，通过建立日照（S）、温度（T）、降水（R）的适宜度函数
　　T（·）、S（·）、R（·），计算作物生育期内逐旬的日照、温度、降水（S、T、R）对于模糊集S、T、R的适宜度S（S）、S（T）、S（R），即日照、温度、降水（S、T、R）对晚熟酿酒葡萄生长发育的适宜程度。
　　1.2.1 气温适宜度函数
　　通过分析酿酒葡萄各生育期生长发育对于乌海市气温的满足程度，引入酿酒葡萄生长对气温变化的响应函数，结果发现，气温适宜度可用公式（1）计算[6]：
　　（1）
　　其中，，S（T）为作物生育期的温度适宜度评价指数，T为生育期平均气温，Tmin、Tmax、T0分别为作物在某生育期所需的下限温度、上限温度和最适温度。S（T）是由实际气温T和Tmin、Tmax、T0决定的葡萄温度适宜度。
　　当T≤Tmin或T≥Tmax时，S（T）=1;当T=T0时，S（T）=1。
　　1.2.2 光照适宜度函数
　　葡萄在生长过程中，充足的光照条件可以使花芽更好的分化，叶片的生长色绿、肥厚，果实着色较为良好，新梢粗壮，尤其是对光照要求高的欧洲葡萄品种，例如本次试验所用的赤霞珠，必须在阳光直射的条件下才可以正常着色。但并不是所有葡萄对光照的需求都是越强越好，有的葡萄在强光的照射下，果实表面温度可达50℃以上，葡萄果穗的日烧病便会产生。葡萄叶片在中午光照条件最强的时候，则会发生“午休现象”（光合作用的低谷）。因此可以说，过强的光照对葡萄的生长是不利的。所以本文以日照时间达可照时间的60%～90%（日照百分率）为临界点[7]，认为日照百分率达到60%以上，90%以下，葡萄对光照的反应可达到最佳适宜状态。研究表明，日照适宜度可用公式（2）计算[8]：
　　（2）
　　式中，S（S）为作物生育期日照适宜度评价指数;S为作物生育期旬实际日照时间（h）;S0为作物相应生育期光照条件达到可照时间的60%时的日照时间（h），S1为作物相应生育期光照条件达到可照时间90%时的日照时数（h）。
　　1.2.3 降水适宜度函数
　　按照徐学选等[9]的降水量与作物产量的关系曲线图，以内蒙古自治区乌海市的葡萄正常生长所需水量作为其适宜需水量标准，葡萄的降水适宜度[6]可以使用下式计算：
　　（3）
　　式中，F（P）为某生育期的降水适宜度，数值范围为0～1，P为某一生育阶段降水量，W为作物某一阶段生理需水量。当P略大于W，且是土壤适宜储存接纳的量，可认为F（P）≈1。
　　通过文献资料与以及向专家了解，可得出结论：乌海市降水不足以滿足葡萄各生育期生长需求，但是由于该地区发展灌溉农业，可采用灌溉方式保证葡萄各生育期的需水量，并保证灌溉水量合适。因此，降水并不作为衡量葡萄生长适宜度的限制因子。 　　1.2.4 气候适宜度函数
　　生态条件与葡萄的生长过程及最终果实产量的形成关系错综复杂，尤其是气候因子间组合的变化对其影响较大，因子之间会产生叠加效应，或因子加强，或被减弱，甚至被完全抵消。为了综合反映叠加因子对葡萄适宜度的影响，合理评估葡萄对可能提供的气候资源的适宜动态，按照上述分析选择光温适宜度计算葡萄生长的综合气候适宜度。
　　可用公式（3）计算酿酒葡萄的气候适宜度[6]：
　　（4）
　　式中SY代表气候适宜度，ST表示温度适宜度，SS表示光照适宜度。
　　由上述模型计算得出，乌海市酿酒葡萄生育期气候适宜度如表1所示，气候适宜度均值为99%。
　　1.3 气候适宜度验证
　　1.3.1 建模方法验证
　　1.3.1.1模型的验证
　　品质是产品的特征，反映中晚熟酿酒葡萄品质的主要理化指标有中晚熟酿酒葡萄品种的含糖量、可滴定酸、pH值和酚类物质等。含糖量是酿酒葡萄最重要的品质因子，对酿酒葡萄品质及后续生产影响极大。李记明等[10]研究表明，含糖量与葡萄酒的品质之间呈现正相关关系，含糖量高的葡萄果实酿出的葡萄酒，酒体醇厚丰满;含糖量在一定程度上也能反映芳香物质的情况。李记明等[11]认为，酿酒葡萄超出最佳适宜酸度范围会使葡萄酒出现酸涩、粗硬、平淡或乏味、少筋情况。pH值主要作用是在葡萄酒酿造过程中控制其不稳定性。糖酸比反映酿酒葡萄含糖量和含酸量的平衡，糖酸比太高和太低不易酿造出好的葡萄酒。因糖酸比是综合反映酿酒葡萄品质的重要指标，在评价酿酒葡萄品质时，经与葡萄酒厂技术人员交流，结合国内专家研究成果，最终选择酿酒葡萄糖酸比作为酿酒葡萄品质的评价指标。根据乌海市气象局前期对酿酒葡萄品质等级的研究表明，品质达到优以上等级的酿酒葡萄糖酸比在35～50，不在35～50的等级均为优以下。
　　1.3.1.2糖酸比与气候适宜度
　　将2009—2017年气候适宜度数据与2009—2017年乌海市各酒厂提供的酿酒葡萄糖酸比数据对比分析，可发现当气候适宜度指数达到90%以上时，酿酒葡萄品质等级均能达到优。表明本次设计的葡萄气候适宜度模型能客观反映乌海市酿酒葡萄种植的气候适宜性水平。
　　1.3.2 建模数据代表性验证
　　1.3.2.1验证数据来源
　　采取与建模数据及验证模型使用数据同属乌海市的同品类酿酒葡萄赤霞珠成熟前产品作为检验样品，送往宁夏气象局科研所进行品质测定得到2018及2019年的品质数据。采样的两个葡萄基地是乌海市具有代表性的汉森和吉奥尼两个葡萄酒厂，两厂酿酒葡萄的种植小气候及土壤条件各有特色，代表了乌海及贺兰山北麓的各种葡萄园小气候。用不同于建模使用的小气候酿酒葡萄样品检验可以验证建模使用数据的代表性。
　　1.3.2.2验证结果
　　将2018—2019年用乌海市乌兰镇原始数据得出的气候适宜度数据与建模未使用的另一小气候葡萄产品的糖酸比数据对比分析，依然符合当气候适宜度指数达到90%以上时，酿酒葡萄品质等级能达到优的规律，表明本次建模数据及验证模型使用数据具有代表性、可信性。
　　2 结果与分析
　　2.1 葡萄各生育期适宜度年际变化分析
　　2.1.1 葡萄各生育期气温适宜度年际变化分析
　　由图1可以得出，1981年以来各生育期气温适宜度波动较大的生育期有出土期、浆果生长期、新梢成熟和落叶期、埋土期，因此葡萄种植户在从事种植活动期间，应特别关注出土期春霜冻，浆果生长期连阴寡照，新梢成熟和落叶期、埋土期秋季冷害。
　　2.1.2 葡萄各生育期光照适宜度年际变化分析
　　分析图2可以得出，1981年以来各生育期光照适宜度没有波动，非常适宜。因此光照在乌海不作为气候限制因素，从事农事活动不用过多考虑。
　　2.1.3 葡萄各生育期气候适宜度年际变化分析
　　内蒙古自治区乌海市中晚熟酿酒葡萄各生育期气候适宜度年际变化如图3所示。一般认为光温适宜度大于0.8即为较适宜，由图3可以看出，1981年以来各生育期气候适宜度波动较大的生育时期只有出土期和埋土期，因此葡萄种植户在从事种植活动期间，应特别关注出土上架时间、埋土越冬时间及埋土深度，及时关注天气情况，做好农事活动安排。
　　2.2 葡萄全生育期适宜度年际变化分析
　　从图4可知，酿酒葡萄1981—2019年全生育期气温、光照及气候适宜度平均值均在0.9以上。其中，光照适宜度最高，平均值为1;其次是气候适宜度，均值为0.97;最小的是气温适宜度，平均值为0.93。近年来，气候适宜度及气温趋势渐好，有回升迹象，均在2009年出现波谷，之后波动上升。光照适宜度则不同，一直处于非常稳定的适宜状态。因此可以看出，气候适度的變化趋势由温度适宜度的变化趋势主导。在全球大环境背景下，近两年来乌海地区的温度适宜度波动变化趋势对种植葡萄产生了负效应，在一定的程度上增加了葡萄种植风险。但只需要注意响应生育期的管理，乌海气候对酿酒葡萄生长发育仍有利。
　　3 结论与讨论
　　结果表明：1）1981—2019年，乌海市酿酒葡萄生长季内气候适宜度较高，均超过0.9;酿酒葡萄整个生长发育期内适宜度波动最小的是光照适宜度，气候适宜度居于中间，气温适宜度的波动最为明显。因此，未来限制乌海市酿酒葡萄产品质量和产量的因子仍然可能是气温因子。2）1981年以来，乌海市酿酒葡萄各个生育期的气候适宜程度呈现不稳定的上下波动趋势，但是近10年趋势渐好，有回升迹象，所以，在酿酒葡萄种植过程中，管理人员可以在不同的生长时期采取针对性的农业管理措施。3）经检验，此次酿酒葡萄气候适宜度模型在反映乌海市酿酒葡萄种植适宜性上表现良好，可以作为决策和农业服务的理论基础。4）定量评估得出结论，乌海地区酿酒葡萄气候适宜性极高。基于此，利用乌海酿酒葡萄的代表品种赤霞珠可继续研究设置认证气候条件指标，建立气候品质评价模型，综合评价确定气候对生产阶段的农产品品质的影响，最终评定农产品气候品质等级，探究气候因素与中晚熟酿酒葡萄品质的关系，把握乌海中晚熟酿酒葡萄气候品质，为气候品质认证工作打下坚实基础。
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　　（责任编辑：赵中正）
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