葡萄的生长发育受环境因素(如光照、温度、水分)显著影响,而种植行向能够调控其空间布局,是决定冠层微气候的关键因素之一。不同行向导致光照度、通风条件及水分利用效率的差异,进而影响作物的光合作用、茎流特征及生长发育。对面包小麦[1]、仙人掌[2]的研究表明,东-西行向种植时,小麦生长和仙人掌水分利用效率更高;而东-西行向对超高密度杏[3]的生长发育具有负面影响。在山东地区,南-北行向种植能够维持葡萄植株两侧光合性能与温度的平衡[4]。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[5]。Hunter等[6-7]研究发现,东-西行向种植时葡萄果粒体积更大、单粒质量更高、果实可溶性固形物含量较低。研究表明,东-西行向种植时,水稻较南-北行向增产5%~25%[8]。小麦套种棉花时,东-西行向种植棉花的日均辐射量和累计光照时间分别比南-北行向提高42.8%和43.2%[9]。冯永祥等[10]研究表明,东-西行向种植的小麦株高高于南-北行向。玉米与大豆间作时,东-西行向的大豆株高较南北行向更高,分枝数更多,有利于大豆冠层结构及光形态的建成[11]。与南-北行向种植相比,东-西行向种植水稻结实率更高[12]。东-西行向种植的玉米[13]、花生[14]荚果和大豆[11]产量分别比南-北行向提高4.5%、8.4%和52.77%。但研究发现,烤烟在南-北行向种植时,土壤温度和株间光照均高于东-西行向[15]。因此,作物种植效果因种类、种植模式以及种植地区而异。
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应用,但地表蒸发与作物蒸腾造成的水分损耗较为严重,农业用水仍然紧张。因此,研究作物耗水规律、精准灌水、提高水分利用率势在必行。茎干液流是土壤-植物-大气连续体水流路径中的重要环节[16-17],作为水分和养分运输的关键指标,间接调控果实发育。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[18]。研究发现,植物从土壤中吸收的水分约99.8%通过蒸腾作用进入大气,只有极少部分贮存在植物体内,为植物生长和生理活动提供需求。在正常情况下,植物1 d的蒸腾耗水量通常与树干液流总量相等[19-20]。因此,通过测定植株茎流,能够掌握植株耗水情况。
本研究以新疆产区主栽品种巨峰葡萄为研究对象,采用包裹式茎流计监测植株茎流速率,分析不同种植行向的葡萄茎流变化规律及种植行向对植株生长发育的影响。研究结果为石河子垦区乃至新疆产区葡萄灌水制度及栽植行向提供理论指导与参考依据。
试验于2023年在国家葡萄产业技术体系北疆试验站(86.03°E,44.31°N)进行,土壤质地为灰漠土,属于温带大陆性气候,年平均气温6.4 ℃,平均海拔450 m,夏季干旱少雨,冬季寒冷干燥,年降雨量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。
以12年生巨峰葡萄(扦插苗)为研究对象,株行距为1.2 m×3.5 m,采用高“厂”平棚架(图1),树势均匀一致,管理水平中等。
图1 植株栽培模式——高“厂”架式水平叶幕
Fig.1 Light and simplified cultivation mode-high“plant”frame horizontal curtain
试验采用单因素随机区组设计,根据葡萄栽植行向设置2个处理,南-北行向(处理1),东-西行向(处理2)。各处理设置3个独立重复小区(17.5 m2·区-1),每个小区5棵样树。试验田地势平坦,各处理间灌水制度相同,均采用水肥一体化滴灌系统,水肥施用量一致。不同处理间以及同一处理间不同葡萄藤间的主蔓距地面高度、主蔓长度、新梢数量、新梢间距及新梢长度基本保持一致,确保处理间仅行向存在差异,其余冠层结构较为一致。每个处理安装2套包裹式茎流仪(每套配置4个加热套,分别安装于4株样树上)。在果实膨大期至成熟采收期(2023年7月6日至9月26日),连续监测并记录植株茎流变化动态。
1.4.1 茎流速率 使用包裹式茎流计(Flow32-1k美国,Dynamax公司)进行测定,每个处理均设置8棵树安装茎流仪作为重复,茎流仪安装于葡萄藤主干距地面50 cm处(避开节间或疤痕部位)。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[21]。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15 min·次-1。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)[22]:
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);ΔT:加热段与未加热段的温度差(℃)。遵循随机原则,每个处理安装8个加热套。由于线路故障、太阳能板故障、传感器接触不良等原因,确保每个时间段每个处理可用的茎流重复数为4~8。
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。
1.4.3 气象数据 从试验地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。典型雨天选取参照国家标准《降雨量等级》(GB/T 28592—2012)(表1)。
表1 降雨量等级划分
Table 1 Classification of rainfall intensity levels
1.4.4 植株生长发育指标 自花后35 d(7月5日)开始,每5 d测定一次果实纵横径、果实干质量、果实鲜质量、叶片干质量、叶片鲜质量、可溶性固形物含量。每个处理随机选取3穗果实,每穗果实分别从上、中、下、前、后各取1粒果实,使用游标卡尺测定果实纵横径,并计算平均值。随后,将果粒用蒸馏水冲洗表面,擦干水分,使用天平(精度0.01 g)称量其鲜质量;然后将果粒放置105 ℃烘箱中杀青30 min,再将烘箱温度调至80 ℃,持续烘干至恒质量,获得果实干质量。每个处理随机选取新梢基部向上第3~5节位的成熟、无破损的健康叶片10枚,用滤纸擦去叶片表面灰尘等残留物,去除叶柄后,称取叶片鲜质量,计算平均值;随后在与果实相同条件下测定叶片干质量,并计算平均值。葡萄果实和叶片的干鲜比计算公式为:
干鲜比/%=(葡萄果实或叶片干质量/葡萄果实或叶片鲜质量)×100。
同样自花后35 d开始,每5 d测定1次。每个处理随机选取10穗果实,每穗果实分别从上、中、下各取1粒果实,使用手持数显折射仪测定葡萄可溶性固形物含量。
1.4.5 产量指标 在果实成熟采收期,每个处理随机选取10穗果实,分别测定果穗长度、果穗宽度、穗质量。随后,从每穗果实上、中、下、前、后各取1粒果实,共50粒,称取果实总质量并计算平均值,记录为单粒质量。根据单穗质量、各处理的总穗数,计算试验区产量,经换算后获得最终产量。
试验数据使用IBM SPSS 25.0、Excel 2016、Origin 2018软件进行分析与作图。
葡萄茎流速率因天气、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晴天(日总日照时数>10 h)、阴天(日总日照时数<1 h)、中雨天(日降雨量约20 mm)、小雨天(日降雨量约1.9 mm)分析不同行向种植的葡萄茎流日变化特征。如图2所示,晴天时,各处理茎流速率整体呈双峰“几”字形变化,上午与下午各出现1个峰值,下午的峰值高于上午,且东-西行向的峰值高于南-北行向;阴天时,茎流速率同样呈昼高夜低的“几”字形变化,但出现多个峰值;中雨天时,茎流速率日变化趋势与晴天、阴天相同,但两个行向处理的峰值出现时间不同,南-北行向的峰值出现在下午,东-西行向的峰值出现在上午,且茎流速率随降雨量大小而变化,峰值出现在降雨量大且降雨较为集中的时段;小雨天时,茎流速率变化趋势与中雨天时相似,但茎流速率低于中雨天和阴天。由图3可知,不同天气状况下,东-西行向栽植的葡萄日均茎流速率显著高于南-北行向。
图2 不同天气条件下各处理茎流速率变化规律
Fig.2 Changes in stem flow rates of each treatment under different weather
A.晴天;B.阴天;C.中雨天;D.小雨天。
A.Sunny;B.Cloudy;C.Moderate rainy;D.Light rainy.
图3 不同天气条件下日均茎流速率
Fig.3 The average daily stem flow rate under different weather conditions
不同小写字母表示差异显著(P<0.05),不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。
Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05),and different uppercase letters indicate extremely significant differences(P<0.01).The same applies below.
由表2可知,不同天气下,大气温度变化幅度小,尤其阴、雨天,温度均值浮动范围仅0.2 ℃,晴天浮动范围为6.0~6.2 ℃;空气湿度变化范围较大,雨天达到85.34%,较阴天与晴天分别提高29.88%、56.12%;阴天风速最高,其次是雨天,晴天最低。本试验测量了不同处理下的叶下光照度(即冠层内部果穗附近的光照度),结果表明东-西行向的叶下光照度高于南-北行向,表明东-西行向种植时,冠层结构更加理想,叶片能够吸收更多光能促进植株生长。雨天时,南-北行向土壤湿度(体积含水量)大于东-西行向;而阴天与晴天时,东-西行向土壤湿度均大于南-北行向,表明东-西行向条件下,根系能够吸收更多水分供应地上部生长。
晴天时,茎流速率达到峰值时间晚于阴天。阴天和晴天时,东-西行向茎流速率达到峰值时间较南-北行向分别延迟15 min(阴天)和30 min(晴天);而雨天时,两个处理间峰值时间相差较大。阴天和雨天时,东-西行向茎流启动时间均较南-北行向延迟15 min;而晴天时,两个处理的茎流在同一时间启动,这可能与太阳照射时间有关,南-北行向种植时,早晨太阳升起时叶片受光较早,从而茎流启动较早。东-西行向茎流结束时间也晚于南-北行向,晴天时,茎流结束时间晚约30 min。综合光照度等因素,东-西行向的强光照、高茎流条件利于葡萄光合产物的积累。
综上所述,在不同天气条件下,东-西行向种植的葡萄较南-北行向具有更理想的冠层结构、更高的叶下光照度和土壤湿度(除雨天外),茎流启动和结束时间普遍延迟,光合作用时间长,利于光合产物的积累。
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依据。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,经公式转换后等同于冠层蒸腾消耗的水量[23]。以东-西行向为例,监测了典型天气条件下,茎流日累计量(蒸腾量)变化过程。由图4-A可知,不同天气条件下茎流日累计量均呈S形变化,其大小排序为晴天>中雨天>阴天>小雨,较南-北行向分别提高6.2%、10.4%、21.5%、5.36%,且不同行向间植株蒸腾量存在极显著差异;同一行向下,晴天、阴天、中雨天植株日蒸腾量存在极显著差异,但阴天与小雨间无显著差异(图4-B),蒸腾作用与光合作用、根系吸水能力存在密切联系,较高的蒸腾量通常对应更大的气孔开度,有利于光合作用。另外,持续稳定的高蒸腾量依赖于根系的水分吸收与运输能力,因此东-西行向植株的高蒸腾反映出其更有利于光合作用与更强的水分吸收能力,且在灌溉时需求量更大。
图4 不同天气条件下各处理植株蒸腾的变化规律
Fig.4 The variation pattern of plant transpiration under different weather conditions
通过测定不同行向葡萄生长关键期(7—9月)的单位叶面积茎流速率,评估了栽植行向对树体蒸腾耗水的影响。结果(图5)显示,在观测期内,东-西行向栽植时,单位叶面积茎流速率总体上显著高于南-北行向,且不同行向的单位面积茎流速率呈现相似的动态变化趋势,即7月最高,8月、9月相对较低。行向的效应在不同月份间存在差异,东-西行向下,不同月份单位面积茎流速率(7—9月:180.34 g·h-1·m-2、134.9 g·h-1·m-2、89.64 g·h-1·m-2)存在极显著差异;南-北行向下,7月(120.74 g·h-1·m-2)与8月(78.9 g·h-1·m-2)存在极显著差异,而8月与9月(59.79 g·h-1·m-2)只达到显著水平,且9月不同行向之间也未达到极显著水平。综上所述,东-西行向栽植时,葡萄植株具有更高的水分传输能力与蒸腾耗水强度,该结果与图4的结果一致。
图5 行向对葡萄单位叶面积茎流速率的影响
Fig.5 The influence of row orientation on the stem flow rate of grape per unit leaf area
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下巨峰葡萄各生育期的茎流速率变化特征,分别于果实膨大期(7月1—5日)、转色期(8月1—5日)、成熟采收期(9月1—5日)各选择5 d,以5 d的茎流速率平均值绘制曲线,观测各处理不同生育期茎流速率的变化特征。由图6可知,同一行向时,果实膨大期的茎流速率最高,峰值分别达到606.16 g·h-1(南-北行向)、696.92 g·h-1(东-西行向);转色期次之,峰值分别为517.76 g·h-1、589.82 g·h-1;成熟采收期最低,峰值分别为443.47 g·h-1、512.35 g·h-1。不同行向时,各生育期东-西行向的葡萄茎流速率均高于南-北行向。
图6 各处理不同生育期茎流速率变化规律
Fig.6 Changes in stem flow rate at different growth stages under various treatments
研究表明,茎流速率与光合有效辐射、平均气温呈正相关,与空气相对湿度、降水量呈负相关[24-26]。本试验研究了巨峰葡萄茎流速率对空气温度、水汽压亏缺、空气相对湿度、日照时长、风速、土壤温度、土壤湿度等因子的响应情况。以东-西行向为例,选择典型晴天,采集茎流速率与气象因子相关数据进行分析。如图7所示,日尺度下,曲线趋势直观反映出茎流速率与空气相对湿度呈负相关,与空气温度、日照时长呈正相关。在14:00,空气温度与日照时长仍然处于较高水平,但茎流速率降低。此现象发生的原因是随着气温升高,日照时长增加,光照度增强,在14:00光照度达到最大值,导致葡萄叶片气孔开度减小甚至关闭,以减少叶片水分蒸发,这属于植物自我保护性反应。
图7 日尺度下茎流速率与气象因子变化规律
Fig.7 Variation patterns of stem flow rate and meteorological factors on a daily scale
由图8可知,日尺度下,茎流速率与土壤温度呈负相关,东-西行向的土壤温湿度均高于南-北行向,且南-北行向的土壤温湿度波动幅度较东-西行向大,表明东-西行向土壤温湿度较稳定。
图8 日尺度下茎流速率与土壤温湿度变化规律
Fig.8 Changes in stem flow rate and soil temperature/humidity under different treatments at the daily scale
A.南-北行向;B.东-西行向。
A.North-South direction;B.East-West direction.
综上所述,在日尺度下,葡萄茎流速率与空气温度、日照时长呈正相关,与空气相对湿度、土壤温度呈负相关,但在高温强光的正午时段因气孔关闭出现暂时下降,且东-西行向的土壤温湿度更高且稳定。
由图9可知,葡萄茎流速率与日均气温、水汽压亏缺、日照时长呈极显著正相关,相关系数分别为0.89、0.88、0.85;与空气相对湿度、土壤温度呈极显著负相关,相关系数分别为-0.71、-0.77;与土壤湿度呈负相关,相关系数为-0.38;与风速无相关性。该结果与图7所示结果一致。茎流速率与上述各因子的相关系数(绝对值)排序为空气温度>水汽压亏缺>日照时长>土壤温度>空气相对湿度>土壤湿度>风速。土壤温度与空气温度、日照时长呈极显著负相关,与空气相对湿度、风速呈正相关;土壤湿度与空气温度、日照时长呈负相关,表明地下环境状况受地上环境因子的影响,二者共同调控作物的生长发育。因此,在生产中需兼顾调控地上与地下环境,以保障作物正常生长。此外,土壤温度与土壤湿度呈极显著正相关,这也正是生产中,农户在霜冻来临前采取灌溉防冻措施的原因。
图9 葡萄茎流速率与气象因子及土壤温湿度间的相关性分析
Fig.9 Correlation analysis among grape stem flow rate,meteorological factors,soil temperature and humidity
*P<0.05 **P<0.01
综上所述,葡萄茎流速率与环境因子密切相关,且受气孔调节和土壤环境稳定性影响。在生产中,需协同调控地上与地下环境以促进作物生长。
2.7.1 葡萄果实纵横径及可溶性固形物含量对行向的响应 葡萄栽植行向对光照影响最大。光照是葡萄进行光合作用、积累糖分、形成风味物质的基础,而行向直接决定了叶幕接受直射光的时间和有效性;此外,光照还影响葡萄架面内的温度、湿度等微环境,进而影响葡萄生长。因此,根据品种特性及环境条件,选择适宜的栽植行向至关重要。由图10可知,在花后35~45 d时,果粒纵径快速增加,且南-北行向的葡萄纵径大于东-西行向;花后45 d之后,果粒进入快速膨大期,两个处理组的果粒横径开始增加,南-北行向的增速(0.233 mm·d-1)比东-西行向(0.243 mm·d-1)小0.01 mm·d-1,此时间段内果粒纵径增速减慢;花后55 d时,果粒大小生长放缓,此时葡萄进入转色及糖分积累阶段;花后65 d后,果粒大小趋于平稳,果实可溶性固形物含量迅速上升,风味物质加速形成。
图10 行向对巨峰葡萄果粒纵横径的影响
Fig.10 The influence of row direction on the longitudinal and transverse diameters of Kyoho grape berries
由图11-A可知,可溶性固形物含量随时间呈“S”形曲线变化。在坐果初期,南-北行向葡萄可溶性固形物含量较高;开花55 d后,东-西行向葡萄可溶性固形物含量上升较快,直到成熟时其含量仍偏高。东-西行向葡萄可溶性固形物含量均值较高,数值分布范围更大(4.9%~21.5%,图形较细长,表明其果实酸含量更高;南-北行向图形更宽更短,表明葡萄果实可溶性固形物含量高的居多,其品质更稳定(图11-B)。综上所述,葡萄栽植行向通过影响光照进而调控果实的发育与品质。东-西行向栽植的葡萄虽在后期膨大较快、可溶性固形物含量均值更高,但果实酸含量差异大、品质稳定性较差;而南-北行向果实甜度更稳定,品质更均匀。
图11 行向对巨峰葡萄可溶性固形物含量的影响
Fig.11 The influence of row orientation on the soluble solids content of Kyoho grape
2.7.2 巨峰葡萄果实及叶片干物质积累对行向的响应 干物质积累是产量形成的物质基础与最终来源,果实干物质积累能力越强,表明作物丰产性越强[27]。坐果初期,南-北行向果实鲜质量高于东-西行向;自膨大期开始,东-西行向则较大(图12-A)。果实干质量在坐果55 d之前,两个处理间无差别;55 d之后东-西行向果实干质量明显大于南-北行向(图12-B)。果实干鲜比整体呈现先下降后上升的“V”字形变化趋势,临近转色前,果实快速膨大,干物质积累缓慢;进入转色期后,果实大小不再急剧变化,干物质开始快速积累,干鲜比迅速增加;直到成熟期,干物质积累仍为主导,且整个生育期果实干鲜比差异较小,东-西行向略高于南-北行向,仅在花后65 d时东-西行向明显高于南-北行向,表明行向对果实干物质积累影响较小(图12-C)。
图12 行向对巨峰葡萄果实及叶片干物质积累的影响
Fig.12 Effects of row orientation on dry matter accumulation in fruits and leaves of Kyoho grapes
由图12-D~E可知,叶片干鲜质量及干鲜比均呈“U”字形变化趋势。南-北行向叶片鲜质量整体小于东-西行向,而干鲜比高于东-西行向,表明南-北行向叶片干物质积累能力较强,叶片组织较厚,蒸腾作用较弱。这与茎流速率的研究结果一致,同时表明在缺水条件下,南-北行向葡萄更抗旱。
综上所述,行向通过影响微环境从而调控葡萄干物质积累,但对果实干物质积累无明显影响。南-北行向叶片干鲜比更高、干物质积累能力更强,蒸腾作用较弱,表现出更强的抗旱性。
2.7.3 行向对巨峰葡萄产量的影响 作物栽植行向通过影响植株冠层结构和群体环境,进一步影响作物的生长、产量和品质。本研究分析了石河子垦区行向对巨峰葡萄产量的影响。如表3所示,东-西行向栽植时,葡萄果穗(长、宽)、单粒质量、单穗质量及单位产量均显著高于南-北行向,分别较南北行向高12.30%、25.90%、10.27%、13.59%、9.00%。综上所述,在石河子垦区,东-西行向更利于提高产量。
表3 行向对巨峰葡萄产量的影响
Table 3 The influence of row orientation on the yield of Kyoho grapes
作物的生长发育受多种因素共同影响,除遗传因子外,还包括环境条件、栽培措施等[28]。茎流速率是植株蒸腾强弱的直接指标,其日变化规律受气象因子的综合调控。研究显示,棉花[29]、玉米[30]、苹果[31]、葡萄[32]等在不同天气条件下,其茎流速率表现出不同的变化规律。对柳树[33]、冷杉[34]、梨树[35]、油松[36]等的研究结果显示,植物茎流速率与太阳辐射、空气温度、空气湿度等因子显著相关。本研究证实,日照时长、水汽压亏缺和空气温度是驱动茎流的关键环境因子,与茎流速率呈极显著正相关;而茎流速率与土壤相对湿度则呈极显著负相关。这些因子共同作用于叶片气孔开度,从而调控蒸腾作用。
晴天时,茎流启动早,但峰值出现较晚,且常呈午休特征。这是正午过强的太阳辐射和较高的大气蒸发,迫使植株通过主动收缩气孔以减少水分散失,这是一种典型的光抑制与水分保护机制。周翠鸣等[37]在荷木上的研究揭示了类似的气孔调节行为。阴天与雨天时,茎流速率总体降低,但作用机制不同。阴天主要受太阳辐射减弱的限制;而小雨天,属于阴闷天气,高湿、低光环境共同抑制了蒸腾作用;中雨天气(太阳雨)虽然雨量大,但间歇性出现的强太阳辐射和较高气温为蒸腾作用提供了充足动力,导致其茎流速率反而高于阴天。根压驱动的夜间茎流:在中雨天气的凌晨观测到茎流启动,此时蒸腾驱动力为零,其主导机制为根压的主动吸水。这揭示了在无蒸腾条件下植株水分补给的另一条重要途径。
行向是重要的栽培措施,通过改变冠层的光照、温度、湿度及通风状况,形成独特的微环境,从而深刻影响植株的生理活动。多项研究表明,在农田生态系统中,99%的灌溉水最终以蒸腾形式返回大气中[38-40]。因此,单株茎流量被认为是冠层蒸腾量。本研究发现,东-西行向葡萄茎流日累计量与单位叶面积茎流速率均更高,表明在该行向下,植株日蒸腾量更大,光合作用更强,具备更旺盛的生理活动与较大的生长潜力。这与东-西行向植株能更充分利用全天的太阳辐射(包括早晚的侧光)直接相关。高蒸腾必然伴随较高的水分消耗。东-西行向植株抗旱性相对较差,更易发生水分胁迫。这一结论与叶片干鲜比(反映组织含水量)及土壤温湿度的观测结果相互印证,即东-西行向土壤更干,叶片含水量更低,表明该处理下植株处于更严重的水分亏缺状态。
研究表明,黄瓜在东-西行向栽植时产量更高[41];而玉米、大豆、烤烟等作物在南-北行向种植时产量更高[42-44];这表明在不同行向栽植时,作物产量因地域、环境、气候、品种而异。南-北行向栽植时,阳光从行间射入冠层,两侧光照相对均匀,这导致了茎流启动时间提前(尤其阴天时,架面东侧先受光),且峰值出现时间较早,但整体蒸腾强度较低。这种受光一致性,最终体现为果实品质的均一性。虽然东-西行向的果实纵横径和产量略高,但南-北行向的葡萄品质更为均匀。但在石河子垦区或者新疆地区栽植时,需考虑风向因素。新疆盛行西北风且多伴随扬尘天气,东-西行向栽植时,可减少风沙天气对果实外表皮的损伤,提高外观品质;而且东-西行向通风良好,能够减少葡萄病害的发生。由于品种特性,巨峰葡萄的果粉较厚,表皮较厚,果色较深,因此不易发生日灼,消除了西晒对果实的影响。
本研究缺乏对萌芽期及开花坐果期的茎流观测,未能为全生育期的精准灌溉提供完整图谱。茎流速率与土壤温度、土壤湿度呈极显著负相关,暗示当土壤水分和土壤温度较高时,植株可能存在某种生理抑制机制(如根系活性变化或地上部与地下部的信号传导),其内在机制值得在未来研究中深入探讨。
东-西行向种植的葡萄茎流速率和蒸腾作用更强,且通过优化光能利用率,在保证果实外观品质(减少风伤、病害)的前提下,实现了更高的生物量积累量(果实干鲜比高)和产量。因此,东-西行向为巨峰葡萄在北疆地区的优势栽植行向。葡萄生长表现受环境影响较大,且我国南北方气候差异明显,建议各地根据立地条件和品种特性,因地制宜,科学选择。
[1] Alwan M B,Amini R,Ali Mohammed A,Mohammadi Nassab A D.Influence of row orientation and planting density on some growth characteristics,grain yield and quality indices of bread wheat cultivars[J].IOP Conference Series:Earth and Environmental Science,2025,1487(1):012101.
[2] Da Silva T G F,De Medeiros R S,Arraes F D D,Ramos C M C,Do Nascimento Araújo G Jr,Da Rosa Ferraz Jardim A M,Alves C P,Campos F S,Da Silva M V,De Morais J E F,De Souza C A A,Silva S M S E,Dos Santos D C,De Carvalho A A,De Souza L S B.Cactus-sorghum intercropping combined with management interventions of planting density,row orientation and nitrogen fertilisation can optimise water use in dry regions[J].Science of the Total Environment,2023,895:165102.
[3] Maldera F,Carone V,Castellarnau I I,Vivaldi G A,Camposeo S.Available PAR,growth and yield of a super high-density almond orchard are influenced by different row orientations[J].Agronomy,2023,13(3):874.
[4] Wang Z X,Yin H N,Yang N,Cao J H,Wang J K,Wang X F,Xi Z M.Effect of vineyard row orientation on microclimate,phenolic compounds,individual anthocyanins,and free volatile compounds of Cabernet Sauvignon (Vitis vinifera L.) in a high-altitude arid valley[J].European Food Research and Technology,2022,248(5):1365-1378.
[5] 尹海宁,王兆祥,王琳,曹建宏,王家逵,惠竹梅.海拔和行向对酿酒葡萄果实生长发育及品质的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2021,49(4):93-101.Yin Haining,Wang Zhaoxiang,Wang Lin,Cao Jianhong,Wang Jiakui,Xi Zhumei.Effects of altitude and row orientation on growth and quality of wine grape berries[J].Journal of Northwest A &F University (Natural Science Edition),2021,49(4):93-101.
[6] Hunter J J,Volschenk C G,Booyse M.Vineyard row orientation and grape ripeness level effects on vegetative and reproductive growth characteristics of Vitis vinifera L.cv.Shiraz/101-14 Mgt[J].European Journal of Agronomy,2017,84:47-57.
[7] Hunter J J,Volschenk C G.Chemical composition and sensory properties of non-wooded and wooded Shiraz (Vitis vinifera L.)wine as affected by vineyard row orientation and grape ripeness level[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2018,98(7):2689-2704.
[8] 宋人.农作物东西行向种植好[J].农技服务,2001,18(5):45.Song Ren.Good planting orientation of crops in east-west direction[J].Agricultural Technology Service,2001,18(5):45.
[9] 郑国喜.不同行向麦棉套种试验[J].安徽农业科学,2007,35(17):5113-5114.Zheng Guoxi.Experiment on relay intercropping wheat and cotton in different row orientation[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2007,35(17):5113-5114.
[10] 冯永祥,杨恒山,李志刚,邢界和,姚静丽.行向、行距对小麦田间光照及产量的影响[J].哲里木畜牧学院学报,2000,6(1):21-24.Feng Yongxiang,Yang Hengshan,Li Zhigang,Xing Jiehe,Yao Jingli.Effect of row directions and row spacing on illumination and yield of wheat colonics[J].Journal of Zhelimu Animal Husbandry College,2000,6(1):21-24.
[11] 巨鹏飞.玉米大豆间作种植行向及田间配置研究[D].南京:南京农业大学,2019.Ju Pengfei.Study on planting direction and field allocation of corn and soybean intercropping[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University,2019.
[12] 于吉庆,刘明贵,张子军.行向及插秧方式对水稻产量的影响[J].北方水稻,2010,40(5):37-39.Yu Jiqing,Liu Minggui,Zhang Zijun.Effect of row direction and seedling transplanting pattern on yield of rice[J].Northern Rice,2010,40(5):37-39.
[13] 鲍玉巧,姚锐,张子学.不同玉米品种及行向对田间漏光率和产量的影响[J].安徽科技学院学报,2015,29(6):18-22.Bao Yuqiao,Yao Rui,Zhang Zixue.Effect on the field lightleaking rate and yield of different maize varieties and row direction[J].Journal of Anhui Science and Technology University,2015,29(6):18-22.
[14] 罗春芳,魏云霞,欧珍贵,黄洁,徐海强,杨龙.种茎行向及芽向对间作木薯和花生产量及品质的影响[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2017,43(5):480-484.Luo Chunfang,Wei Yunxia,Ou Zhengui,Huang Jie,Xu Haiqiang,Yang Long.Yield and quality effect of different row or bud direction of cassava cutting within cassava intercropping peanut[J].Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences),2017,43(5):480-484.
[15] 张林,祖朝龙,解莹莹,徐经年,刘碧荣,季学军,程昌合,沈嘉.行向与行距对烟田水、温和光照条件及烤烟生长的影响[J].中国烟草科学,2013,34(5):7-12.Zhang Lin,Zu Chaolong,Xie Yingying,Xu Jingnian,Liu Birong,Ji Xuejun,Cheng Changhe,Shen Jia.Effects of row directions and row spacing on soil temperature,soil moisture,illumination and growth of flue-cured tobacco[J].Chinese Tobacco Science,2013,34(5):7-12.
[16] Bonan G B.Forests and climate change:Forcings,feedbacks,and the climate benefits of forests[J].Science,2008,320(5882):1444-1449.
[17] Baker J M,Van Bavel C H M.Measurement of mass flow of water in the stems of herbaceous plants[J].Plant,Cell &Environment,1987,10(9):777-782.
[18] 王睿照.树干液流的研究进展[J].辽宁林业科技,2019(6):44-46.Wang Ruizhao.Research progress on trunk sap flow[J].Liaoning Forestry Science and Technology,2019(6):44-46.
[19] Granier A,Huc R,Barigah S T.Transpiration of natural rain forest and its dependence on climatic factors[J].Agricultural and Forest Meteorology,1996,78(1/2):19-29.
[20] 郭燕,张树航,张馨方,李颖,刘金雨,范丽颖,刘师源,高倩,王广鹏.板栗全生长季树干液流及蒸腾耗水特征[J].中国农业科学,2024,57(9):1794-1806.Guo Yan,Zhang Shuhang,Zhang Xinfang,Li Ying,Liu Jinyu,Fan Liying,Liu Shiyuan,Gao Qian,Wang Guangpeng.Stem sap flow and water consumption of chestnut during growth season[J].Scientia Agricultura Sinica,2024,57(9):1794-1806.
[21] 牛敏,刘娜,杨文忠,叶晓宏,张志霞,包小琴,董锦,徐国前.葡萄茎流速率变化规律及其影响因素研究[J].江苏农业科学,2025,53(1):200-208.Niu Min,Liu Na,Yang Wenzhong,Ye Xiaohong,Zhang Zhixia,Bao Xiaoqin,Dong Jin,Xu Guoqian.Study on the variation pattern of grape stem flow rate and its influencing factors[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2025,53(1):200-208.
[22] 张晶莹.关中地区葡萄园蒸散耗水机制及模拟[D].杨凌:西北农林科技大学,2025.Zhang Jingying.Mechanism and simulation of evapotranspiration water consumption in the vineyard in Guanzhong region[D].Yangling:Northwest A&F University,2025.
[23] 孙凯,刘文娟,裴志永,张世纪,朱心宇,陈宏伟,杨建军.沙柳人工林液流速率对土壤供水状况的响应及其影响因素[J].浙江农林大学学报,2025,42(1):163-174.Sun Kai,Liu Wenjuan,Pei Zhiyong,Zhang Shiji,Zhu Xinyu,Chen Hongwei,Yang Jianjun.Response of sap flow rate in Salix psammophila plantation to soil water supply and its influencing factors[J].Journal of Zhejiang A &F University,2025,42(1):163-174.
[24] 胡宏远,王静,李红英,祁焕军,雷晓婷.调亏灌溉对贺兰山东麓赤霞珠葡萄主干茎流规律及品质的影响[J].江苏农业学报,2023,39(3):798-806.Hu Hongyuan,Wang Jing,Li Hongying,Qi Huanjun,Lei Xiaoting.Effects of regulated deficit irrigation on stem flow and quality of Cabernet Sauvignon grape in eastern foot of Helan Mountain[J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,2023,39(3):798-806.
[25] 王志军,于海云,勾芒芒.基于响应曲面法的毛乌素沙地柠条茎流速率与环境因子的关系[J].中国水土保持,2025(4):80-85.Wang Zhijun,Yu Haiyun,Gou Mangmang.The relationship between stem flow rate of Caragana korshinskii and environmental factors in the Mu Us sandy land based on response surface methodology[J].Soil and Water Conservation in China,2025(4):80-85.
[26] 王雪梦,胡笑涛,冉辉,余昭君,王文娥,国银银.不同施肥处理葡萄着色成熟期茎流规律及对气象因子的响应[J].中国农村水利水电,2020(6):125-129.Wang Xuemeng,Hu Xiaotao,Ran Hui,Yu Zhaojun,Wang Wene,Guo Yinyin.Stem flow regularity of grape coloring and its response to meteorological factors in different fertilization treatments[J].China Rural Water and Hydropower,2020(6):125-129.
[27] 蒯婕,李真,汪波,刘芳,叶俊,周广生.密度和行距配置对油菜苗期性状及产量形成的影响[J].中国农业科学,2021,54(11):2319-2332.Kuai Jie,Li Zhen,Wang Bo,Liu Fang,Ye Jun,Zhou Guangsheng.Effects of density and row spacing on seedling traits of rapeseed and seed yield[J].Scientia Agricultura Sinica,2021,54(11):2319-2332.
[28] 丁娟娟.光强变化对番茄幼苗生长和光合特性的影响[D].杨凌:西北农林科技大学,2020.Ding Juanjuan.Effects of light intensity change on growth and photosynthetic characteristics of tomato seedlings[D].Yangling:Northwest A&F University,2020.
[29] 贾正茂,崔远来,刘方平,许亚群.不同水分条件下棉花茎流、叶温及茎粗变化规律[J].中国农村水利水电,2012(6):73-77.Jia Zhengmao,Cui Yuanlai,Liu Fangping,Xu Yaqun.Change rule of sap flow,leaf temperature and stem diameters of cotton under different soil water contents[J].China Rural Water and Hydropower,2012(6):73-77.
[30] 朱向明,彭伟,冉恩华,富美玲,郑月姮,张于.典型黑土区春玉米茎流特征及其环境影响因素[J].应用生态学报,2023,34(4):921-927.Zhu Xiangming,Peng Wei,Ran Enhua,Fu Meiling,Zheng Yueheng,Zhang Yu.Characteristics of spring maize sap flow and its environmental influencing factors in typical mollisol area[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2023,34(4):921-927.
[31] 夏桂敏,孙媛媛,王玮志,吴奇,迟道才.‘寒富’苹果树茎流特征及其对环境因子的响应[J].中国农业科学,2019,52(4):701-714.Xia Guimin,Sun Yuanyuan,Wang Weizhi,Wu Qi,Chi Daocai.The characteristics of sap flow of Hanfu apple trees and its response to environmental factors[J].Scientia Agricultura Sinica,2019,52(4):701-714.
[32] 赵楠.干旱绿洲区葡萄和白杨树干液流动态及对环境因子的响应[D].兰州:兰州大学,2021.Zhao Nan.Sapflow dynamics and environmental responses of grape and poplar in arid oasis[D].Lanzhou:Lanzhou University,2021.
[33] Huang J T,Zhou Y X,Yin L H,Wenninger J,Zhang J,Hou G C,Zhang E Y,Uhlenbrook S.Climatic controls on sap flow dynamics and used water sources of Salix psammophila in a semi-arid environment in northwest China[J].Environmental Earth Sciences,2015,73(1):289-301.
[34] Guo Q Q,Zhang W H.Sap flow of Abies georgei var. smithii and its relationship with the environment factors in the Tibetan subalpine region,China[J].Journal of Mountain Science,2015,12(6):1373-1382.
[35] 江振斌,廖康,庞洪翔,曼苏尔·那斯尔,赵世荣,杜润清,董胜利.‘库尔勒香梨’3种树形树干液流变化及其与气象因子的关系[J].果树学报,2016,33(7):814-822.Jiang Zhenbin,Liao Kang,Pang Hongxiang,Mansuer·Nasier,Zhao Shirong,Du Runqing,Dong Shengli.Sap flow changes in‘Kuerle Xiangli’trees with three different canopy shapes and their relationships with climatic factors[J].Journal of Fruit Science,2016,33(7):814-822.
[36] 张涵丹,卫伟,陈利顶,于洋,杨磊,贾福岩.典型黄土区油松树干液流变化特征分析[J].环境科学,2015,36(1):349-356.Zhang Handan,Wei Wei,Chen Liding,Yu Yang,Yang Lei,Jia Fuyan.Analysis of sap flow characteristics of the Chinese pine in typical Loess Plateau Region of China[J].Environmental Science,2015,36(1):349-356.
[37] 周翠鸣,赵平,倪广艳,朱丽薇,王权,梅婷婷,张军彦,蔡锡安.基于树干液流和土壤-叶片水势梯度分析荷木干湿季整树水分利用特征[J].生态学杂志,2011,30(12):2659-2666.Zhou Cuiming,Zhao Ping,Ni Guangyan,Zhu Liwei,Wang Quan,Mei Tingting,Zhang Junyan,Cai Xi’an.Whole-tree water use characteristics of Schima superba in wet and dry seasons based on sap flow and soil-leaf water potential gradient analysis[J].Chinese Journal of Ecology,2011,30(12):2659-2666.
[38] 张建君.农田日蒸散量估算方法研究[D].北京:中国农业科学院,2009:1-20.Zhang Jianjun.Estimation of cropland daily evapotranspiration[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences,2009:1-20.
[39] Jung M,Reichstein M,Ciais P,Seneviratne S I,Sheffield J,Goulden M L,Bonan G,Cescatti A,Chen J Q,De Jeu R,Dolman A J,Eugster W,Gerten D,Gianelle D,Gobron N,Heinke J,Kimball J,Law B E,Montagnani L,Mu Q Z,Mueller B,Oleson K,Papale D,Richardson A D,Roupsard O,Running S,Tomelleri E,Viovy N,Weber U,Williams C,Wood E,Zaehle S,Zhang K.Recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply[J].Nature,2010,467(7318):951-954.
[40] Zhu G F,Li X,Su Y H,Zhang K,Bai Y,Ma J Z,Li C B,Hu X L,He J H.Simultaneously assimilating multivariate data sets into the two-source evapotranspiration model by Bayesian approach:Application to spring maize in an arid region of northwestern China[J].Geoscientific Model Development,2014,7(4):1467-1482.
[41] Russo V M.Bed orientation and position in field inconsistently affect yields of strip-cropped vegetables[J].Journal of Vegetable Crop Production,2001,7(2):13-20.
[42] 石绍河,刘宝海,符强,刘立超,王雷,李炜,肖佳雷,王俊河.不同垄向对玉米增产效果的研究[J].黑龙江农业科学,2011(5):23-25.Shi Shaohe,Liu Baohai,Fu Qiang,Liu Lichao,Wang Lei,Li Wei,Xiao Jialei,Wang Junhe.Research on effect of different direction of ridge in increasing yield of maize[J].Heilongjiang Agricultural Sciences,2011(5):23-25.
[43] 符强.不同垄向栽培对大豆产量影响的研究[J].黑龙江农业科学,2011(4):29-31.Fu Qiang.Effect of different ridge directions on yield of soybean[J].Heilongjiang Agricultural Sciences,2011(4):29-31.
[44] 熊振敏,张林,徐经年,刘碧荣.行向对不同品种烤烟生长的影响[J].安徽农业科学,2011,39(13):7763-7765.Xiong Zhenmin,Zhang Lin,Xu Jingnian,Liu Birong.Effects of row directions on growth of different variety flue-cured tobacco[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2011,39(13):7763-7765.
Analysis of sap flow characteristics and plant growth and development status of Kyoho grapevines based on row orientation