來(lái)源 | 中外葡萄與葡萄酒
為進(jìn)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，促進(jìn)葡萄產(chǎn)業(yè)健康可持續發(fā)展。以中國839個(gè)氣象站點(diǎn)2008—2017年逐日氣象數據為基礎，采用多元線(xiàn)性回歸，反距離權重以及克里金方法進(jìn)行氣象數據分析。通過(guò)對水熱系數K進(jìn)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;通過(guò)對日照時(shí)數進(jìn)行分析，劃分了4—9月1200~1400h分布區域以及7—9月600~700h分布區域;構建了濕熱指數ET新指標，劃分出了ET<65、65~70、70~75、75~80、>80的區域;提出了優(yōu)勢區域綜合評價(jià)三級復合指標體系:一級指標為7—9月日照時(shí)數，二級指標為7—8月水熱系數，三級指標為7—8月濕熱指數。利用該復合指標對中國釀酒葡萄優(yōu)勢產(chǎn)區進(jìn)行了劃分，A區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區分為兩個(gè)亞區，B1分布于新疆北部地區，B2分布于環(huán)渤海地區，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;C區分為3個(gè)亞區，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，C3分布于云南及四川南部地區。該區劃結果為中國葡萄區域化發(fā)展提供了參考依據。
進(jìn)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(jìn)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(shí)現較高的經(jīng)濟效益和社會(huì )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)適宜區是冬春溫潤、夏秋干燥的地中海氣候類(lèi)型。中國北方葡萄主產(chǎn)區屬于典型的大陸季風(fēng)氣候區，即冬季干寒、夏季濕熱，并不屬于歐亞種葡萄的優(yōu)生區。歐美學(xué)者對葡萄生態(tài)區劃指標的選擇評價(jià)大多基于地中海氣候類(lèi)型或其本國氣候類(lèi)型，提出了很多葡萄生態(tài)區劃的評價(jià)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(jià)方法上則各有不同，主要提出了活動(dòng)積溫、有效積溫、日光能系數、水熱系數、土壤-氣候指數和生物-土壤-氣候指數等理論，較少針對大陸性季風(fēng)氣候進(jìn)行驗證。中國科研人員從20世紀80年代開(kāi)始進(jìn)行葡萄生態(tài)區劃工作，基本沿用了國外的指標，同時(shí)也根據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(zhuān)家羅國光以有效積溫或活動(dòng)積溫、水熱系數進(jìn)行生態(tài)區域劃分，進(jìn)入21世紀李華團隊以三級復合指標(無(wú)霜期、干燥度、埋土防寒線(xiàn)或成熟季降水量)對多個(gè)省區進(jìn)行了區劃，其中，干燥度是葡萄在生長(cháng)季的蒸發(fā)蒸騰量(實(shí)際需水量，ETc)與降水量的比值，由于ETc屬于估算數值，因此存在準確性問(wèn)題。大部分國內專(zhuān)家認為，我國日照時(shí)數不是限制因子，因此較少納入區劃指標，但我國季風(fēng)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(guān)葡萄區劃的各種指標進(jìn)行了歸納和分析的基礎上，采用活動(dòng)積溫、降水量、水熱系數、日照時(shí)數指標進(jìn)行區劃分析，創(chuàng )建了濕熱指數，最終構建了影響釀酒葡萄次生代謝品質(zhì)為核心的復合指標，并對中國的優(yōu)勢釀酒葡萄產(chǎn)區進(jìn)行生態(tài)區劃，為鮮食葡萄栽培模式及釀酒葡萄區化提供了參考。
收集了中國839個(gè)氣象站點(diǎn)2008—2017年逐日氣象數據，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(shí)數;各站點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔高度等。90m(3s)分辨率的數字高程數據(DEM)由SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)傳感器獲得，地理信息數據來(lái)源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò )信息中心國際科學(xué)數據鏡像網(wǎng)站地理空間數據云平臺(http://www.gscloud.cn)，后經(jīng)鑲嵌、掩模、重采樣后得到500m分辨率的高程數據，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(diǎn)6—9月的水熱系數(K)并進(jìn)行劃分，計算公式為:K=∑P/(0.1·∑Ta)式中:∑Ta為>10°C時(shí)的日均溫之和，∑P為同時(shí)期降水量之和。劃分K為<1.5、1.5~2.5、>2.5的區域。計算全年、4—9月及7—9月的日照時(shí)數并進(jìn)行劃分，以全年日照時(shí)數>2000h和4—9月日照時(shí)數≥1250h為葡萄生產(chǎn)臨界線(xiàn)，并以7—9月日照時(shí)數作為評價(jià)紅色釀酒葡萄次生代謝品質(zhì)的指標。借鑒評價(jià)人類(lèi)舒適度的炎熱指數，并針對我國雨熱同季的氣候特征，構建了濕熱指數ET并進(jìn)行劃分，以ET<65劃為低濕熱區，ET介于65~70劃為較低濕熱區，ET介于70~75劃為中等濕熱區，ET介于75~80劃為較高濕熱區，ET>80劃為高濕熱區。ET計算公式為:當RH≤80%時(shí)，ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-35)×(1-0.8)+32；當RH>80%時(shí)，ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-35)×(1-RH)+32； 1.3 區劃方法
采用三級復合指標進(jìn)行優(yōu)勢區域綜合評價(jià)，一級指標為7—9月日照時(shí)數(<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K(<1.5優(yōu)質(zhì)，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ET(<65低濕熱區，65~70較低濕熱區，70~75中等濕熱區，75~80較高濕熱區，>80高濕熱區)。
1.4 數據處理
對熱量指標采用基于DEM的多元線(xiàn)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(cháng)季活動(dòng)積溫:∑=-29.621·φ-63.143·ω-0.964·h+9659.640，R2=0.942**;7月份濕熱指數:∑=-0.183·φ-0.266·ω+0.008·h+110.007，R2=0.918**;8月份濕熱指數:∑=-0.164·φ-0.388·ω+0.008·h+110.491，R2=0.934**。對水熱系數和日照時(shí)數插值的過(guò)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(shí)數、4—9月日照時(shí)數的標準均方根誤差分別為0.910、0.918。
2.1 葡萄優(yōu)質(zhì)栽培生態(tài)指標 2.1.1水熱系數指標
由于我國南北跨度大，葡萄成熟時(shí)間差異大，將水熱系數的統計時(shí)間擴展到6—9月可以看出(圖1)，6月南方地區K>2.5的區域較普遍，北方大部分葡萄產(chǎn)區K<1.5;7月南方及華北大部分地區K值處于1.5~2.5區間，K>2.5的區域縮小到湖北東部、江蘇中部、安徽中部及南部、山東中南部地區;8月K>2.5的區域集中于西南、華南南部以及東北的吉林東南部、遼寧東部，K<1.5的區域分布于西北及內蒙古大部、河北中部及北部地區、山西中部及南部、黑龍江西南部、吉林西部等地區;9月份K<1.5的區域主要分布于新疆大部、甘肅西部及沿河西走廊北部地區、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，K>2.5的區域集中在西北、西南、華南及東北少部分地區，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、福建與浙江部分沿海地區、黑龍江北部、內蒙古呼倫貝爾中部及北部等地區。
2.1.2日照時(shí)數指標
世界釀酒葡萄的著(zhù)名產(chǎn)區生長(cháng)季(4—9月)日照時(shí)數都在1250h以上。日照時(shí)數在1200~1400h是葡萄生長(cháng)季光照條件的臨界區或基本適宜區，通過(guò)統計我國4—9月的日照時(shí)數(圖2)，1200~1400h臨界區域(除去東北山葡萄特殊栽培區)從東至西南呈帶狀分布，從膠東半島向西經(jīng)過(guò)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。臨界光照帶以北的地區包含了我國大部分傳統的葡萄產(chǎn)區，日照時(shí)數從東至西、從南向北兩個(gè)方向呈帶狀分布的增強趨勢。與全年日照時(shí)數劃分差異較大的是位于西南的云南省。但在西南地區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，由此可以看出云南地區4—9月的光照條件不佳，但全年光照與山東半島類(lèi)似。
由圖3可知，全國7—9月日照時(shí)數600~700h這一臨界區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(lái)、涿鹿、蔚縣、陽(yáng)原等;山西北部、陜西北部、寧夏南部、甘肅中部，繼續向西南經(jīng)青海中部延伸至西藏中部，這條線(xiàn)以北日照時(shí)數呈梯度增加趨勢。這一臨界區域以南地區包括山東半島煙臺北部和東南沿海地區7—9月日照時(shí)數也在600~700h范圍內。
700~800h光照區域中著(zhù)名葡萄產(chǎn)區包括寧夏(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)，此外還有東南地區的江西東部、福建南部以及廣東沿海地區;>900h的區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濕熱指數指標
對中國7、8月份濕熱指數進(jìn)行分析和區域劃分(圖4)發(fā)現，7月是全國濕熱情況比較嚴重的月份，ET值(<55)較小的地區主要位于高海拔地區如青藏高原、昆侖山脈、天山山脈、新疆阿勒泰北部地區、四川西部等地區。葡萄主產(chǎn)區中只有云南、山西大部、寧夏南部及沿河西走廊南部至隴南地區濕熱指數<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濕熱指數在75~80，南方大部分地區處于高溫濕熱狀態(tài)，濕熱指數在80以上;8月甘肅、寧夏及新疆北部率先退出濕熱狀態(tài)，濕熱指數比7月下降近一個(gè)梯度，濕熱指數在80以上的區域縮小，而濕熱指數在75~80的區域進(jìn)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;新疆除天山、昆侖山等山區外，大部分較7月下降一個(gè)梯度。
2.2 我國釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區域
基于轉色期光照對釀酒葡萄次生代謝及品質(zhì)的重要作用，成熟季節水熱系數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)勢區域評價(jià)的綜合指標，即一級指標為7—9月日照時(shí)數(<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K(<1.5優(yōu)質(zhì)，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ET(<65低濕熱區，65~70較低濕熱區，70~75中等濕熱區，75~80較高濕熱區，>80高濕熱區)。利用三級組合指標(表1)進(jìn)行了釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區劃分，得到我國優(yōu)勢產(chǎn)區評價(jià)(圖5)。由A到C優(yōu)勢區級別逐漸降低，A區主要分布于寧夏賀蘭山東麓，甘肅酒泉、張掖及武威地區和新疆南部。B區分為兩個(gè)亞區，B1分布于新疆北部地區，B2分布于環(huán)渤海地區，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，這一區域7—9月日照時(shí)數處于600~700h臨界值，受年份影響較大，日照時(shí)數接近700h的年份葡萄著(zhù)色較好，靠近600h的年份著(zhù)色較差。C區7—9月日照時(shí)數較低，不足600h，分為3個(gè)亞區，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，C3分布于云南及四川南部地區。
3.1 釀酒葡萄優(yōu)質(zhì)栽培生態(tài)指標體系
評價(jià)釀酒葡萄品質(zhì)的重要指標是果皮顏色和次生代謝物質(zhì)。7—9月是釀酒葡萄轉色關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)期的光照、溫度和水分對葡萄果實(shí)次生代謝品質(zhì)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(jià)體系時(shí)著(zhù)重綜合評價(jià)7—9月的光照、溫度和水分指標。光照一方面通過(guò)影響光合作用進(jìn)而影響次生代謝產(chǎn)物的形成，另一方面通過(guò)影響花青素合成途徑從而影響花色苷的合成與分解。據調查，生長(cháng)季節1200~1400h光照臨界區的煙臺地區(蓬萊、龍口)7—9月日照時(shí)數達到700h的年份葡萄著(zhù)色較好，當日照時(shí)數只有600h時(shí)的年份葡萄著(zhù)色較差。由此本研究將7—9月日照時(shí)數納入區劃指標，并以日照時(shí)數>700h作為優(yōu)勢產(chǎn)區劃分的依據。我國季風(fēng)氣候特征為雨熱同季，因此區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(guò)高影響植物花青素的代謝，引起果實(shí)著(zhù)色困難甚至促進(jìn)花青素的降解。研究表明，葡萄花青素在20°C顯著(zhù)上升，當溫度達到35°C顯著(zhù)降低。濕度包括土壤和大氣濕度，土壤水分過(guò)多促進(jìn)葡萄枝葉生長(cháng)，導致葉幕郁閉，加重病蟲(chóng)害發(fā)生，并影響果實(shí)受光抑制著(zhù)色。反應土壤水分的指標主要有降水量和水熱系數，轉色至成熟期的降水量是葡萄品質(zhì)發(fā)育及病害防治的關(guān)鍵因素之一，為此有學(xué)者參照波爾多地區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劃的水分指標，以280、380mm為成熟季降雨總量的分節點(diǎn)。修德仁等認為，葡萄果實(shí)成熟季節的月降水量應≤100mm或旬降水量≤30mm，以此作為紅葡萄品種區劃的水分指標。但降水量未反應積溫條件，而水熱系數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<1.5是世界著(zhù)名產(chǎn)區的共同特征。因此國內諸多學(xué)者認為水熱系數比較適宜。本研究認為，在較大區域進(jìn)行葡萄栽培的適宜性評價(jià)時(shí)建議采用水熱系數。在某一小區域如省、市等進(jìn)行規劃時(shí)可以采用水熱系數，也可以采用降水量指標，如波爾多地區通常依據該產(chǎn)區不同年份葡萄成熟期降雨量的多寡來(lái)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(zhù)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，并對該指標參與葡萄區劃體系的科學(xué)性以及實(shí)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(fēng)氣候的生態(tài)區劃評價(jià)指標體系，即一級指標為7—9月日照時(shí)數，二級指標為7—8月水熱系數K，三級指標為7—8月濕熱指數ET。該復合指標為中國釀酒葡萄生態(tài)區劃提供可靠的參考指標體系。 3.2 中國優(yōu)勢釀酒葡萄區劃
利用7—9月日照時(shí)數、7—8月水熱系數和濕熱指數三級組合指標對中國釀酒葡萄優(yōu)勢生態(tài)區進(jìn)行劃分，得到A區主要分布于寧夏賀蘭山東麓，甘肅酒泉、張掖及武威地區和新疆南部，該區7—9月日照時(shí)數在700h以上，7—8月水熱系數均<1.5，7—8月濕熱指數70~75，說(shuō)明該區域果實(shí)著(zhù)色期日照充足，氣溫冷涼，空氣和土壤含水量低有利于果實(shí)糖分和次生代謝產(chǎn)物的積累，適合種植經(jīng)典優(yōu)質(zhì)歐亞種釀酒葡萄品種，如‘赤霞珠’‘霞多麗’‘西拉’等。B區分為兩個(gè)亞區，B1分布于新疆北部地區，該區域日照時(shí)數充足，在700h以上，7—8月水熱系數均<1.5，但7—8月濕熱指數70~75，高于A(yíng)區，該區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(zhì)葡萄酒;B2區分布于環(huán)渤海地區，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。這一區域7—9月日照時(shí)數處于600~700h臨界值，該區域7—8月水熱系數均在2~2.5，7—8月濕熱指數在70~75，均較高，不同年份間日照時(shí)數和降雨差別較大，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(zhì)葡萄酒，建議該區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(lái)生產(chǎn)大眾佐餐酒。C區7—9月日照時(shí)數較低，不足600h，分為3個(gè)亞區，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，兩區域7—8月水熱系數較低，分別為<1.5和1.5~2，7—8月濕熱指數均在75~80，日照時(shí)數均較低，低于600h，不利于釀酒葡萄著(zhù)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，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(xiàn)對釀酒葡萄次生代謝品質(zhì)尤為重要，這在一定程度上彌補了光照時(shí)間不足對葡萄果實(shí)的影響。但由于我國安裝的氣象監測系統基本都是監測日照時(shí)數，只有少數國外進(jìn)口設備是監測光照強度，因此目前條件下所能大范圍比較的還是以日照時(shí)數為主，對生態(tài)復雜的地區進(jìn)行區劃可引入光照強度進(jìn)行區劃。
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