來源 | 中外葡萄與葡萄酒
為進一步優(yōu)化和構建葡萄栽培生態(tài)指標體系，劃分釀酒葡萄優(yōu)生區(qū)，促進葡萄產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。以中國839個氣象站點2008—2017年逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎，采用多元線性回歸，反距離權重以及克里金方法進行氣象數(shù)據(jù)分析。通過對水熱系數(shù)K進行分析，劃分了6—9月逐月K值<1.5、1.5~2.5、>2.5的分布區(qū);通過對日照時數(shù)進行分析，劃分了4—9月1200~1400h分布區(qū)域以及7—9月600~700h分布區(qū)域;構建了濕熱指數(shù)ET新指標，劃分出了ET<65、65~70、70~75、75~80、>80的區(qū)域;提出了優(yōu)勢區(qū)域綜合評價三級復合指標體系:一級指標為7—9月日照時數(shù)，二級指標為7—8月水熱系數(shù)，三級指標為7—8月濕熱指數(shù)。利用該復合指標對中國釀酒葡萄優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)進行了劃分，A區(qū)主要分布于寧夏賀蘭山東麓、甘肅(酒泉、張掖及武威)和新疆南部;B區(qū)分為兩個亞區(qū)，B1分布于新疆北部地區(qū)，B2分布于環(huán)渤海地區(qū)，主要包括遼東半島、山東半島、北京、天津、河北秦皇島及懷涿盆地等地區(qū);C區(qū)分為3個亞區(qū)，C1分布于陜西中部及山西晉中太原盆地，C2分布于河南地區(qū)，C3分布于云南及四川南部地區(qū)。該區(qū)劃結果為中國葡萄區(qū)域化發(fā)展提供了參考依據(jù)。
進入21世紀中國葡萄產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，葡萄產(chǎn)量及栽培面積分別位居世界第一和第二位，葡萄酒產(chǎn)量位居世界第六位，葡萄酒進口量躍居世界第三位。葡萄具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈，有利于形成產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
歐亞種在世界釀酒葡萄生產(chǎn)中起主導作用，其最佳生態(tài)適宜區(qū)是冬春溫潤、夏秋干燥的地中海氣候類型。中國北方葡萄主產(chǎn)區(qū)屬于典型的大陸季風氣候區(qū)，即冬季干寒、夏季濕熱，并不屬于歐亞種葡萄的優(yōu)生區(qū)。歐美學者對葡萄生態(tài)區(qū)劃指標的選擇評價大多基于地中海氣候類型或其本國氣候類型，提出了很多葡萄生態(tài)區(qū)劃的評價指標，溫度、光照、降水和土壤條件的作用均被認可，但在具體評價方法上則各有不同，主要提出了活動積溫、有效積溫、日光能系數(shù)、水熱系數(shù)、土壤-氣候指數(shù)和生物-土壤-氣候指數(shù)等理論，較少針對大陸性季風氣候進行驗證。中國科研人員從20世紀80年代開始進行葡萄生態(tài)區(qū)劃工作，基本沿用了國外的指標，同時也根據(jù)中國北方冬季嚴寒的氣候條件提出了補充指標。中國葡萄專家羅國光以有效積溫或活動積溫、水熱系數(shù)進行生態(tài)區(qū)域劃分，進入21世紀李華團隊以三級復合指標(無霜期、干燥度、埋土防寒線或成熟季降水量)對多個省區(qū)進行了區(qū)劃，其中，干燥度是葡萄在生長季的蒸發(fā)蒸騰量(實際需水量，ETc)與降水量的比值，由于ETc屬于估算數(shù)值，因此存在準確性問題。大部分國內專家認為，我國日照時數(shù)不是限制因子，因此較少納入?yún)^(qū)劃指標，但我國季風氣候特征明顯，光照不足是制約釀酒葡萄生產(chǎn)的重要因素。因此，本團隊在對國內外有關葡萄區(qū)劃的各種指標進行了歸納和分析的基礎上，采用活動積溫、降水量、水熱系數(shù)、日照時數(shù)指標進行區(qū)劃分析，創(chuàng)建了濕熱指數(shù)，最終構建了影響釀酒葡萄次生代謝品質為核心的復合指標，并對中國的優(yōu)勢釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)進行生態(tài)區(qū)劃，為鮮食葡萄栽培模式及釀酒葡萄區(qū)化提供了參考。
收集了中國839個氣象站點2008—2017年逐日氣象數(shù)據(jù)，主要氣象要素包括逐日最高氣溫、最低氣溫、降雨量、相對濕度、日照時數(shù);各站點的經(jīng)緯度、海拔高度等。90m(3s)分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)由SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)傳感器獲得，地理信息數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心國際科學數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)，后經(jīng)鑲嵌、掩模、重采樣后得到500m分辨率的高程數(shù)據(jù)，插值生成的各指標柵格分辨率為500m。 1.2 生態(tài)指標
計算各站點6—9月的水熱系數(shù)(K)并進行劃分，計算公式為:K=∑P/(0.1·∑Ta)式中:∑Ta為>10°C時的日均溫之和，∑P為同時期降水量之和。劃分K為<1.5、1.5~2.5、>2.5的區(qū)域。計算全年、4—9月及7—9月的日照時數(shù)并進行劃分，以全年日照時數(shù)>2000h和4—9月日照時數(shù)≥1250h為葡萄生產(chǎn)臨界線，并以7—9月日照時數(shù)作為評價紅色釀酒葡萄次生代謝品質的指標。借鑒評價人類舒適度的炎熱指數(shù)，并針對我國雨熱同季的氣候特征，構建了濕熱指數(shù)ET并進行劃分，以ET<65劃為低濕熱區(qū)，ET介于65~70劃為較低濕熱區(qū)，ET介于70~75劃為中等濕熱區(qū)，ET介于75~80劃為較高濕熱區(qū)，ET>80劃為高濕熱區(qū)。ET計算公式為:當RH≤80%時，ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-35)×(1-0.8)+32；當RH>80%時，ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-35)×(1-RH)+32； 1.3 區(qū)劃方法
采用三級復合指標進行優(yōu)勢區(qū)域綜合評價，一級指標為7—9月日照時數(shù)(<600h弱光照，600~700h較適光照，700~800h適宜光照，>800h強光照);二級指標為7—8月水熱系數(shù)K(<1.5優(yōu)質，1.5~2.0優(yōu)良，2.0~2.5一般，>2.5不適宜);三級指標為7—8月濕熱指數(shù)ET(<65低濕熱區(qū)，65~70較低濕熱區(qū)，70~75中等濕熱區(qū)，75~80較高濕熱區(qū)，>80高濕熱區(qū))。
1.4 數(shù)據(jù)處理
對熱量指標采用基于DEM的多元線性回歸模型插值，熱量指標的多元回歸模型為:∑=?(φ,ω,h)+ε。其中，φ為經(jīng)度，ω為緯度，h為海拔，ε為地理模型殘差，模型建立后使用反距離權重插值法對模型殘差插值，訂正后得到最終的熱量指標柵格。其中生長季活動積溫:∑=-29.621·φ-63.143·ω-0.964·h+9659.640，R2=0.942**;7月份濕熱指數(shù):∑=-0.183·φ-0.266·ω+0.008·h+110.007，R2=0.918**;8月份濕熱指數(shù):∑=-0.164·φ-0.388·ω+0.008·h+110.491，R2=0.934**。對水熱系數(shù)和日照時數(shù)插值的過程中采用普通克里金插值，以交叉驗證作為精度檢驗方法，其中6、7、8、9月的水熱系數(shù)插值的標準均方根誤差分別為4.25、4.26、3.78、4.89;7—9月日照時數(shù)、4—9月日照時數(shù)的標準均方根誤差分別為0.910、0.918。
2.1.1水熱系數(shù)指標
由于我國南北跨度大，葡萄成熟時間差異大，將水熱系數(shù)的統(tǒng)計時間擴展到6—9月可以看出(圖1)，6月南方地區(qū)K>2.5的區(qū)域較普遍，北方大部分葡萄產(chǎn)區(qū)K<1.5;7月南方及華北大部分地區(qū)K值處于1.5~2.5區(qū)間，K>2.5的區(qū)域縮小到湖北東部、江蘇中部、安徽中部及南部、山東中南部地區(qū);8月K>2.5的區(qū)域集中于西南、華南南部以及東北的吉林東南部、遼寧東部，K<1.5的區(qū)域分布于西北及內蒙古大部、河北中部及北部地區(qū)、山西中部及南部、黑龍江西南部、吉林西部等地區(qū);9月份K<1.5的區(qū)域主要分布于新疆大部、甘肅西部及沿河西走廊北部地區(qū)、賀蘭山東麓、內蒙古大部、山西南部，以及河北、北京、天津、山東、遼寧、吉林、黑龍江南部、湖北中部及東部、安徽南部、湖南大部、江西、福建西部、貴州中部、兩廣北部地區(qū)，K>2.5的區(qū)域集中在西北、西南、華南及東北少部分地區(qū)，主要有甘肅河西走廊以南、甘肅南部、寧夏南部、陜西南部、四川大部、青海、西藏、云南北部及南部、兩廣南部地區(qū)、福建與浙江部分沿海地區(qū)、黑龍江北部、內蒙古呼倫貝爾中部及北部等地區(qū)。
2.1.2日照時數(shù)指標
世界釀酒葡萄的著名產(chǎn)區(qū)生長季(4—9月)日照時數(shù)都在1250h以上。日照時數(shù)在1200~1400h是葡萄生長季光照條件的臨界區(qū)或基本適宜區(qū)，通過統(tǒng)計我國4—9月的日照時數(shù)(圖2)，1200~1400h臨界區(qū)域(除去東北山葡萄特殊栽培區(qū))從東至西南呈帶狀分布，從膠東半島向西經(jīng)過河北、北京、天津、山西、陜西北部、甘肅南部、寧夏南部、青海東南及西藏中部等地區(qū)。臨界光照帶以北的地區(qū)包含了我國大部分傳統(tǒng)的葡萄產(chǎn)區(qū)，日照時數(shù)從東至西、從南向北兩個方向呈帶狀分布的增強趨勢。與全年日照時數(shù)劃分差異較大的是位于西南的云南省。但在西南地區(qū)年光照的臨界帶從四川盆地西部向南延伸至云南東部地區(qū)，由此可以看出云南地區(qū)4—9月的光照條件不佳，但全年光照與山東半島類似。
由圖3可知，全國7—9月日照時數(shù)600~700h這一臨界區(qū)域從東北向西南延伸，包括黑龍江大部，內蒙古呼倫貝爾北部，吉林中部、遼寧大部，河北秦皇島、唐山、承德南部、張家口懷來、涿鹿、蔚縣、陽原等;山西北部、陜西北部、寧夏南部、甘肅中部，繼續(xù)向西南經(jīng)青海中部延伸至西藏中部，這條線以北日照時數(shù)呈梯度增加趨勢。這一臨界區(qū)域以南地區(qū)包括山東半島煙臺北部和東南沿海地區(qū)7—9月日照時數(shù)也在600~700h范圍內。
700~800h光照區(qū)域中著名葡萄產(chǎn)區(qū)包括寧夏(石嘴山、銀川、吳忠)、內蒙古(烏海)、甘肅(張掖、武威)以及南疆(和田、于田、民豐等)，此外還有東南地區(qū)的江西東部、福建南部以及廣東沿海地區(qū);>900h的區(qū)域集中在新疆北部與東部、甘肅敦煌北部及內蒙古阿拉善西部。2.1.3濕熱指數(shù)指標
對中國7、8月份濕熱指數(shù)進行分析和區(qū)域劃分(圖4)發(fā)現(xiàn)，7月是全國濕熱情況比較嚴重的月份，ET值(<55)較小的地區(qū)主要位于高海拔地區(qū)如青藏高原、昆侖山脈、天山山脈、新疆阿勒泰北部地區(qū)、四川西部等地區(qū)。葡萄主產(chǎn)區(qū)中只有云南、山西大部、寧夏南部及沿河西走廊南部至隴南地區(qū)濕熱指數(shù)<70，山東、陜西中部、河北南部和東部、寧夏賀蘭山東麓、新疆天山北麓、江蘇東北部、四川盆地西部等地區(qū)濕熱指數(shù)在75~80，南方大部分地區(qū)處于高溫濕熱狀態(tài)，濕熱指數(shù)在80以上;8月甘肅、寧夏及新疆北部率先退出濕熱狀態(tài)，濕熱指數(shù)比7月下降近一個梯度，濕熱指數(shù)在80以上的區(qū)域縮小，而濕熱指數(shù)在75~80的區(qū)域進一步擴大至河南、山東、河北、安徽北部、江蘇北部、湖北北部等地區(qū);新疆除天山、昆侖山等山區(qū)外，大部分較7月下降一個梯度。
2.2 我國釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區(qū)域
基于轉色期光照對釀酒葡萄次生代謝及品質的重要作用，成熟季節(jié)水熱系數(shù)對積溫條件和降水量的綜合反應及插值模型較降水量具有的優(yōu)越性，濕熱指數(shù)綜合考慮到對葡萄光合、呼吸及蒸騰的影響且合理性得以驗證的基礎上，本文提出了優(yōu)勢區(qū)域評價的綜合指標，即一級指標為7—9月日照時數(shù)(<600h弱光照，600~700h較適光照，700~800h適宜光照，>800h強光照)，二級指標為7—8月水熱系數(shù)K(<1.5優(yōu)質，1.5~2.0優(yōu)良，2.0~2.5一般，>2.5不適宜)，三級指標為7—8月濕熱指數(shù)ET(<65低濕熱區(qū)，65~70較低濕熱區(qū)，70~75中等濕熱區(qū)，75~80較高濕熱區(qū)，>80高濕熱區(qū))。利用三級組合指標(表1)進行了釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區(qū)劃分，得到我國優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)評價(圖5)。由A到C優(yōu)勢區(qū)級別逐漸降低，A區(qū)主要分布于寧夏賀蘭山東麓，甘肅酒泉、張掖及武威地區(qū)和新疆南部。B區(qū)分為兩個亞區(qū)，B1分布于新疆北部地區(qū)，B2分布于環(huán)渤海地區(qū)，主要包括遼東半島、山東半島、北京、天津、河北秦皇島及懷涿盆地等地區(qū)，這一區(qū)域7—9月日照時數(shù)處于600~700h臨界值，受年份影響較大，日照時數(shù)接近700h的年份葡萄著色較好，靠近600h的年份著色較差。C區(qū)7—9月日照時數(shù)較低，不足600h，分為3個亞區(qū)，C1分布于陜西中部及山西晉中太原盆地，C2分布于河南地區(qū)，C3分布于云南及四川南部地區(qū)。
3.1 釀酒葡萄優(yōu)質栽培生態(tài)指標體系
評價釀酒葡萄品質的重要指標是果皮顏色和次生代謝物質。7—9月是釀酒葡萄轉色關鍵時期，此時期的光照、溫度和水分對葡萄果實次生代謝品質具有重要的作用。因此，本研究在構建釀酒葡萄生態(tài)指標評價體系時著重綜合評價7—9月的光照、溫度和水分指標。光照一方面通過影響光合作用進而影響次生代謝產(chǎn)物的形成，另一方面通過影響花青素合成途徑從而影響花色苷的合成與分解。據(jù)調查，生長季節(jié)1200~1400h光照臨界區(qū)的煙臺地區(qū)(蓬萊、龍口)7—9月日照時數(shù)達到700h的年份葡萄著色較好，當日照時數(shù)只有600h時的年份葡萄著色較差。由此本研究將7—9月日照時數(shù)納入?yún)^(qū)劃指標，并以日照時數(shù)>700h作為優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)劃分的依據(jù)。我國季風氣候特征為雨熱同季，因此區(qū)劃指標需要綜合考慮溫度和濕度。冷涼的溫度有利于釀酒葡萄次生代謝產(chǎn)物的積累，溫度過高影響植物花青素的代謝，引起果實著色困難甚至促進花青素的降解。研究表明，葡萄花青素在20°C顯著上升，當溫度達到35°C顯著降低。濕度包括土壤和大氣濕度，土壤水分過多促進葡萄枝葉生長，導致葉幕郁閉，加重病蟲害發(fā)生，并影響果實受光抑制著色。反應土壤水分的指標主要有降水量和水熱系數(shù)，轉色至成熟期的降水量是葡萄品質發(fā)育及病害防治的關鍵因素之一，為此有學者參照波爾多地區(qū)若干年葡萄成熟期的降水條件，將7—9月份的降水量作為葡萄氣候區(qū)劃的水分指標，以280、380mm為成熟季降雨總量的分節(jié)點。修德仁等認為，葡萄果實成熟季節(jié)的月降水量應≤100mm或旬降水量≤30mm，以此作為紅葡萄品種區(qū)劃的水分指標。但降水量未反應積溫條件，而水熱系數(shù)指標綜合反映了積溫條件和降水量，應用范圍廣，并且成熟期水熱系數(shù)<1.5是世界著名產(chǎn)區(qū)的共同特征。因此國內諸多學者認為水熱系數(shù)比較適宜。本研究認為，在較大區(qū)域進行葡萄栽培的適宜性評價時建議采用水熱系數(shù)。在某一小區(qū)域如省、市等進行規(guī)劃時可以采用水熱系數(shù)，也可以采用降水量指標，如波爾多地區(qū)通常依據(jù)該產(chǎn)區(qū)不同年份葡萄成熟期降雨量的多寡來判斷葡萄酒的好壞年份。大氣濕度不僅影響病害發(fā)生，還對葡萄葉片生理功能產(chǎn)生影響，仝培江等的研究表明，高溫高濕顯著降低了黃瓜葉片凈光合速率Pn和ΦPSII，且高溫高濕傷害略大于高溫常濕?；诖?，本研究創(chuàng)新引入反映濕度及溫度的濕熱指數(shù)，并對該指標參與葡萄區(qū)劃體系的科學性以及實際應用的合理性得到了驗證。因此，我們最終構建了能夠反應中國大陸性季風氣候的生態(tài)區(qū)劃評價指標體系，即一級指標為7—9月日照時數(shù)，二級指標為7—8月水熱系數(shù)K，三級指標為7—8月濕熱指數(shù)ET。該復合指標為中國釀酒葡萄生態(tài)區(qū)劃提供可靠的參考指標體系。 3.2 中國優(yōu)勢釀酒葡萄區(qū)劃
利用7—9月日照時數(shù)、7—8月水熱系數(shù)和濕熱指數(shù)三級組合指標對中國釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區(qū)進行劃分，得到A區(qū)主要分布于寧夏賀蘭山東麓，甘肅酒泉、張掖及武威地區(qū)和新疆南部，該區(qū)7—9月日照時數(shù)在700h以上，7—8月水熱系數(shù)均<1.5，7—8月濕熱指數(shù)70~75，說明該區(qū)域果實著色期日照充足，氣溫冷涼，空氣和土壤含水量低有利于果實糖分和次生代謝產(chǎn)物的積累，適合種植經(jīng)典優(yōu)質歐亞種釀酒葡萄品種，如‘赤霞珠’‘霞多麗’‘西拉’等。B區(qū)分為兩個亞區(qū)，B1分布于新疆北部地區(qū)，該區(qū)域日照時數(shù)充足，在700h以上，7—8月水熱系數(shù)均<1.5，但7—8月濕熱指數(shù)70~75，高于A區(qū)，該區(qū)域也較適合歐亞種釀酒葡萄的生產(chǎn)，容易生產(chǎn)出優(yōu)質葡萄酒;B2區(qū)分布于環(huán)渤海地區(qū)，主要包括遼東半島、山東半島、北京、天津、河北的秦皇島及懷涿盆地等地區(qū)。這一區(qū)域7—9月日照時數(shù)處于600~700h臨界值，該區(qū)域7—8月水熱系數(shù)均在2~2.5，7—8月濕熱指數(shù)在70~75，均較高，不同年份間日照時數(shù)和降雨差別較大，因此受年份影響大，如遇上光照不足、降雨較多的年份則不能生產(chǎn)優(yōu)質葡萄酒，建議該區(qū)域適當種植一定比例抗性釀酒葡萄品種如‘香百川’(Chambourcin)、‘白維拉’(VillardBlanc)等，來生產(chǎn)大眾佐餐酒。C區(qū)7—9月日照時數(shù)較低，不足600h，分為3個亞區(qū)，C1分布于陜西中部及山西晉中太原盆地;C2分布于河南地區(qū)，兩區(qū)域7—8月水熱系數(shù)較低，分別為<1.5和1.5~2，7—8月濕熱指數(shù)均在75~80，日照時數(shù)均較低，低于600h，不利于釀酒葡萄著色，建議種植對直射光不敏感的品種，也可考慮種植一定比例抗性釀酒葡萄品種;C3分布于云南及四川南部地區(qū)，其中云南以山地高原、山中盆地為主，高海拔增加了光照強度，紫外光強度也高于平原，而高光強和紫外線對釀酒葡萄次生代謝品質尤為重要，這在一定程度上彌補了光照時間不足對葡萄果實的影響。但由于我國安裝的氣象監(jiān)測系統(tǒng)基本都是監(jiān)測日照時數(shù)，只有少數(shù)國外進口設備是監(jiān)測光照強度，因此目前條件下所能大范圍比較的還是以日照時數(shù)為主，對生態(tài)復雜的地區(qū)進行區(qū)劃可引入光照強度進行區(qū)劃。
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