Размещено на http://www.allbest.ru/

Зависимость физико-химических показателей винограда от внешних лимитирующих факторов

Процесс адаптации растений, разворачиваясь во времени, реализует наследственную информацию адекватно условиям выращивания. Реализуясь, механизмы адаптации поддерживают гомеостаз растений, то есть стабильность их внутренней среды, что чрезвычайно важно для реализации потенциальной продуктивности. Между продуктивностью и экологической устойчивостью существует определенная зависимость. Ее существование имеет принципиальное значение для сортов винограда, ценность которых определяется их урожайностью и качеством полученного вина. В связи с этим представляют огромный теоретический интерес и практическую значимость изучение механизмов регуляции потенциальной продуктивности растений и физико-химической структуры ягод, а в дальнейшем, на основе полученных знаний, разработка методов управления продукционным процессам в разных экологических условиях. Для прогнозирования поведения сорта и, следовательно, его урожайности и качества сырья в разных экологических зонах необходимо знать не только лимитирующие факторы, превалирующие в данной зоне, но и степень адаптации генотипа к ним. Поэтому важным является осуществление математического моделирование реакции генотипов на изменение условий внешней среды по фазам развития.

Управление урожайностью и качеством винограда состоит в том, чтобы имея в руках математические модели реакции сорта на конкретные лимитирующие факторы среды и подробные карты экологических ситуаций региона, для каждого сорта подобрать экологическую нишу, наиболее соответствующую его генотипическим требованиям.

Полученные эмерджентные модели можно использовать в производстве: для оптимизации размещения сортов в условиях, наиболее соответствующих их генотипическим свойствам; для корректировки технологии выращивания, направленной на наиболее полную реализацию генетического потенциала сорта; в науке: для прогнозирования качества продукции, полученной из плодов или ягод.

Предложенный нами методический подход к оценке эмержентных свойств винограда, влияющих на качество вин представляет собой многоступенчатый процесс. Для примера использования методики были выбраны два современных, перспективных сорта различного происхождения Гечеи заматош и Виорика в трех агроклиматических зонах: центральной и анапо-таманской зонах Краснодарского края и восточной зоне Ставропольского края. Моделирование с подробным математическим анализом и оценкой доли влияния каждого фактора проводили в три ступени (рис.1).

На первой ступени в рамках пяти фенологических фаз каждого сорта, ограниченных календарными датами начала и конца, были вложены значения выбранных пяти метеофакторов (?t_акт, ^оС, t_min, ^оС, t_max, ^оС и др.). Для каждого структурного признака были созданы монофакторные регрессионные линейные модели. Например, в одной модели сумма активных температур по всем пяти фазам, в другой - минимальная суточная воздуха по всем пяти фазам и т.д.

Кроме того, для каждого признака были выполнены линейные модели, включающие все факторы во все фазы развития (25 переменных). Из каждой монофакторной модели были выбраны более значимые факторы, а на второй ступени для каждого признака из них были получены многофакторные модели II порядка с эффектами взаимодействия.

На третьей ступени моделирования для каждого сорта были получены модели зависимости дегустационной оценки от структурных признаков - сахаристости, кислотности и урожайности. Все рабочие модели были адекватны и имели высокий коэффициент детерминации.

виноград лимитирующий экологический фактор

Чтобы получить вино высокого качества нужно знать условия формирования основных параметров, из которых оно складывается. Качество вина зависит как от сорта, так и от экологических условий его выращивания.

Рис.1 Структура процесса моделирования

1 ступень - монофакторные признаковые модели; 2 ступень - многофакторные линейные и нелинейные модели; 3 ступень - нелинейные модели ведущего признака

В наших исследования была поставлена задача выяснения причинно следственных связей сахаристости, кислотности, урожайности и дегустационной оценки с конкретными метеорологическими факторами.

Изучение проводили на сортах с разной родословной: Гечеи заматош и Виорика. было взято пять периодов характеризующих фазы вегетации виноградного растения: начало распускания почек - начало цветения; начало цветения - конец цветения; конец цветения - начало созревании ягод; начало созревания - техническая зрелость; техническая зрелость - листопад.

Использовали множественный регрессионный анализ с оценкой долей влияния каждого фактора и общей детерминации по программе Step 1 ПК в Exel.

Для анализа особенностей формирования качественных характеристик сорта Гечеи заматош было получено более 20 моделей, из которых мы выбрали 8 - 4 линейных (все с коэффициентом детерминации RІ ~ 1) и 4 модели второго порядка.

Линейные модели, включающие в себя все 25 факторов (5 погодных признаков в 5 фазах) мы здесь не приводим, но анализируем направление и доли влияния изучаемых факторов (табл.1).

Таблица 1 - Направление и доли влияния (%) погодных факторов по фазам вегетации на формирование признаков качества винограда и вина из сорта Гечеи заматош

*Лимитирующие факторы за фазу вегетации

?t_акт - сумма температур выше +10°С,°С

t_{min -} минимальная температура воздуха,°С

t_max - максимальная температура воздуха,°С

ОВВ - относительная влажность воздуха, %

На накопление сахара у сорта Гечеи заматош с самой большей долей положительно влияет минимальная суточная температура в третью фазу (24%) и количество осадков во вторую фазу (10%). При этом количество осадков в 1 и 3 фазы (-9%, - 9%), относительная влажность воздуха в 3 фазу (-8%) и минимальная суточная температура в 1 и 2 фазу (-6%, - 6%) снижают сахаристость в ягодах у сорта Гечеи заматош. Чтобы выявить причинно-следственные связи сахаристости с метеофакторами по фазам, была получена рабочая модель II порядка со взаимодействиями (1):

у - содержание сахара;

Х₁ - Х₂₅ - метеофакторы по фазам развития (см. табл.1).

Для реализации эмерджментных качеств генетического потенциала виноградных сортов при смене лимитов по фазам развития будут меняться генетические формулы управления ими. Так, при меняющихся по годам погодных условиях в начальные фазы развития растений для лучшей реализации генетического потенциала растениям потребуются неодинаковые условия и в последующие фазы онтогенеза.

Самая большая по величине (20%), но отрицательная по направлению доля влияния принадлежит эффекту взаимодействия Х₄ Х₂₅. Учитывая, что прямое влияние осадков в начале вегетации отрицательно влияет на сахаронакопление (табл.1) и их взаимодействие с относительной влажностью воздуха в конце вегетации тоже отрицательное, то благоприятным для накопления сахара будет сочетание сухой погоды в первую фазу и высокая влажность в конце вегетации. А если весна случится дождливая, то по теории переопределения генетических формул при смене лимитов, чтобы сохранить сахаристость, желательно чтобы в конце вегетации воздух был сухим.

Второе место по доле влияния (18%) занимает отрицательный эффект взаимодействия суммы активных температур в начале цветения с количеством осадков в фазу созревания (Х₆Х₁₄), то есть для накопления сахара в сорте Гечеи заматош благоприятны умеренные температуры во 2 фазу с небольшой влагообеспечением в начале созревания.

По эффекту взаимодействия осадков в начале вегетации с относительной влажностью воздуха в начале созревания (Х₁₄, Х₁₅) можно отметить, что при небольшом количестве осадков в 1 фазу благоприятнее будет сухая погода в 3 фазу. В эту же фазу желательно, чтобы было тепло и сухо (Х₆Х_{14 -} 18%, Х₆Х₁₅ - 9%).

Таким образом для сорта Гечеи заматош важным на протяжении всего вегетационного периода является температурно-влажностное взаимодействие: (Х₄ - осадки в первую фазу, Х₁₂ - t_min в третью фазу, Х₁₅, Х₂₅ - относительная влажность воздуха в 3 и 5 фазы).

В первую и третью фазу - тепло и сухо, а во вторую фазу желательно, чтобы осадков было достаточно при широком температурном коридоре (прохладные ночи полезны).

Рабочая модель по кислотности Гечеи заматош с генерацией при R² = 0,80:

Для формирования титруемой кислотности у сорта Гечеи заматош эффект взаимодействия Х₄Х₂₅ также, как и для сахара, является ведущим (21%).

Значит, для небольшого накопления кислоты благоприятными будут условия, когда присутствуют осадки в начале вегетации, умеренные температуры в начале созревания (сужение температурного коридора) и умеренная относительная влажность воздуха в конце вегетации.

Таким образом, для винограда сорта Гечеи заматош 1, 2 и 3 фазы - самые главные для формирования сахаристости и кислотности. В результате гармоничного их соотношения в эти периоды затем формируется качественное вино. При формировании урожайности положительное влияние можно отметить со стороны повышенной влагообеспеченности в 1 фазу (9% и 5%) и достаточный прогрев воздуха во 2 (7%) и 3 фазы (8% и 8%).

Рабочая модель по урожайности Гечеи заматош при генерации R²=0,75:

Высокая дегустационная оценка больше всего зависит от ширины температурного коридора и количества осадков в 5 фазу (t_min ~ - 6%, t_max = 10%, количество осадков 10%).

Рабочая модель зависимости дегустационной оценки от погодных условий в вегетационный период получается с R² = 0,82.

Самую большую долю влияния на дегустационную оценку оказывает температурный эффект взаимодействия максимальной температуры воздуха в 1 фазу и суммы активных температур в начале созревания.

Таким образом, оценивая наилучшие условия для формирования сахаристости, кислотности, урожайности и дегустационной оценки для сорта Гечеи заматош, можно сказать, что избыточная влага в начале вегетации снизит и содержание сахара, и содержание кислоты.

В начале цветения желательно не иметь резких колебаний температуры, при достаточной влагообеспеченности, сухая, теплая погода в начале созревания и повышенная влажность воздуха без парного эффекта в конце вегетации (5 фаза) также положительно скажется на дегустационной оценке.

Формирование этих признаков не одинаково зависит от экологических условий в разные фазы.

Линейные модели, включающие в себя 5 погодных факторов во все фазы вегетации показали, что на формирование сахаристости в ягодах сорта Виорика уже в первую фазу положительно влияет сумма активных температур и максимальная суточная температура воздуха (доля влияния 9%, 7%), то есть начало вегетации должно быть теплым (табл.2).

Таблица 2 - Направление и доли влияния (%) погодных факторов по фазам вегетации на формирование 4-х признаков качества винограда и вина из сорта Виорика

В первые три фазы развития требования сорта Виорика аналогичны требованиям сорта Гечеи заматош.

Сходство между сортами заключается в том, для сорта Гечеи заматош также, как и для Виорики, главными являются первые три фазы развития. Но для сорта Гечеи заматош важен не только температурный режим, но и количество осадков в начале вегетации. Условия развития в 4 и 5 фазы не особенно сказываются на качестве вина, однако важно, чтобы в эти фазы было тепло и не было "парникового" эффекта.

На второй ступени для всех структурных признаков обоих сортов были составлены модели II порядка. На примере уравнения (5) видна зависимость формирования кислотности сорта Гечеи заматош от внешних лимитирующих факторов.

(5)

Из уравнения (5) видно, что формирование кислотности на 80% зависит всего от трех факторов и их взаимодействий. (Х_{4 -} максимальной температуры воздуха в первую фазу вегетации, Х ₁₃ - осадков в третью фазу и Х _{25 -} относительной влажности воздуха в пятую фазу развития). Таким образом, для формирования оптимальной кислотности в винограде сорта Гечеи заматош нужны следующие условия: тепло в самом начале вегетации, не жаркая погода в начале созревания и отсутствие "парникового" эффекта в конце созревания.

Подобные рабочие модели зависимости формирования сахаристости. урожайности, дегустационной оценки от метеоусловий в различные фазы развития были составлены и для Виорики, и для Гечеи заматош. Показано, что формирование этих признаков в разные фазы вегетации не одинаково и зависит от экологических условий.

На конечном этапе рассматриваемой методики были получены модели причинно-следственной связи дегустационной оценки со структурными признаками. Рабочие модели для сортов Гечеи заматош и Виорика приведены в уравнениях (6) и (7):

(6)

, (7)

где:

у₁ - дегустационная оценка сорта Гечеи заматош, балл;

у₂ - дегустационная оценка сорта Виорика, балл;

Х_{1 -} сахаристость винограда, г/100 смі;

Х_{2 -} титруемая кислотность, г/дмі;

Х₃ - урожайность, ц/га.

Из уравнений (6) и (7) видно, что доли влияния кислотности у обоих белых сортов выше, чем доли влияния сахаристости. Эффект взаимодействия сахаристости и кислотности у обоих сортов высокий и положительный (13 и 10%).

На примере сортов Гечеи заматош и Виорика было проведено глубокое исследование зависимости дегустационной оценки вин от урожайности и физико-химических показателей винограда, а также их причинно-следственные связи с внешними лимитирующими факторами среды во все фазы вегетации. Из полученных моделей видно четкое генотипическое различие изучаемых сортов как по реакции их на метеоусловия в разные фазы онтогенеза, так и по характеру формирования дегустационной оценки вин.

На протяжении всего вегетационного периода для сорта Гечеи заматош важными являются температурно-влажностные взаимодействия: сухая погода в первую фазу и высокая влажность в конце вегетации. Если в первую фазу были осадки, то в третью фазу благоприятной будет сухая теплая погода. Для начальной стадии созревания желательна теплая влажная погода, а в четвертую фазу - сухая погода. Для накопления сахаристости и кислотности в пятую фазу количество осадков в этот период для накопления сахаристости и кислотности безразлично. Для формирования невысокой кислотности у сорта Виорика в течение всего периода вегетации благоприятными будут условия такие же, что и для накопления сахара. А именно теплая влажная погода в первые три фазы вегетации, а в период созревания и технической зрелости теплая и сухая погода. Для Виорики во вторую фазу вегетации очень вредны возвратные холода (для Гечеи заматош это нехарактерно). В конце созревания и для Виорики, и для Гечеи заматош нежелателен парной эффект, так как вызовет гниение винограда и ухудшение качества вина.

Выясненные генетические требования изучаемых сортов позволяют по многолетним погодно-климатическим данным подыскать для них наиболее благоприятные экологические ниши возделывания.

Оптимизация размещения сортов винограда с наибольшим соответствием экологических условий зон выращивания их генотипическим требованиям не только повышает их продуктивность, Нои улучшает качество полученных из них вин.

Модели, отражающие зависимость дегустационной оценки от сахаристости, кислотности, урожайности и их, в свою очередь, от внешних лимитирующих факторов на протяжение всего вегетационного периода, позволяют предвидеть (прогнозировать) как возможные оптимумы качества, так и возможные его спады и значит управлять процессом формирования качества вин.

Если производитель хочет получать вино с высокой дегустационной оценкой, он должен знать в каких условиях оно формируется.

Модели позволяют сделать предварительные расчеты и виды на качество вина.

Размещено на Allbest.ru