Assessing the role of climate variability on grape berry quality parameters in Portugal

Abstract

Climate is a strong modulator of grape berry composition. Over the last decades, model projections have shown that ongoing climate changes are to continue in the future, but the direction and degree of climate change impact on fruit composition of winegrape cultivars is puzzling. Thus, the study how climatic variables, namely temperature and precipitation, have impacted berry composition during the last decades is of utmost importance to understand future scenarios. This was the main idea of the present study that was carried out in three Portuguese wine regions – Douro, Dão and Alentejo – and targeted two varieties with a strong national importance (Touriga Nacional and Aragonez). Berry weight, titratable acidity (TA), pH, probable alcohol (PA), anthocyanins and total phenols index (TPI) data, which were collected two to three weeks after the end of the véraison until technological maturity for > 10 years, since 1991 in Douro, 2004 in Alentejo and 2008 in Dão, were collected and compiled into a database. Climatic data were obtained from automatic weather stations (owned by Sogrape Vinhos S.A.) and from an estimated climatic database (provided by UTAD) at a very-high resolution grid (<1 Km). The influence of climate variables - monthly average (TG), maximum (TX) and minimum (TN) air temperature (November-October) and precipitation totals (April to June and July to September) – on the above-mentioned berry quality parameters was explored through correlation analyses. This approach was a starting point to identify the months/periods more influential in grape berry composition, as well as the most affect vineyards. Next, different statistical approaches were carried out to explore in detail the influence of climate variables in the vineyards identified as most affected previously. Results showed that, at technological maturity, temperature was negatively correlated to berry weight, TA, anthocyanins and TPI, but was positively correlated to pH and PA. Moreover, in warmer regions the berry weight was lower, and TA, anthocyanins and TPI followed the same trend, while in colder regions, pH and PA were lower than in warmer regions. Besides, a clustering analysis showed significant temperature differences between years where the quality parameter was higher (cluster 1) and years where it was lower (cluster 2). Additionally, results showed that the temperature differences between clusters resulted from differences between warmer and colder years. Moreover, we showed that temperatures at véraison and maturation periods (namely June to August) are more influential in determining grape berry composition at maturity. Regarding precipitation, its influence was dependent on vineyard and variety. Results also suggested that the berry composition from Alentejo vines is more affected by inter-annual climate variability than Douro vines. Furthermore, Aragonez variety seems more resistant to climatic variations than Touriga Nacional. The obtained results about the role of climate variability on grape berry quality parameters presented here provided important knowledge for the development of forecasting models. These models can predict changes in berry composition in response to changing climate.

O clima é um forte modulador da composição do bago de uva. Nas últimas décadas, projeções modelo mostraram que as mudanças climáticas presentes devem continuar no futuro, mas a direção e a extensão do impacto das alterações climáticas na composição do bago da uva não são totalmente conhecidas. Assim, a compreensão de como as variáveis climáticas, nomeadamente a temperatura e a precipitação, influenciaram a composição do bago nas últimas décadas é de extrema importância para a compreensão de cenários futuros. Esta foi a ideia principal do presente estudo que foi realizado em três regiões vitivinícolas portuguesas – Douro, Dão e Alentejo – e em duas variedades de forte importância nacional (Touriga Nacional e Aragonez). Dados de peso do bago, acidez titulável (AT), pH, álcool provável (AP), antocianinas e índice de fenóis totais (IFT) - medidos duas a três semanas após o fim do véraison até à fase de maturação tecnológica durante > 10 anos, desde 1991 no Douro, 2004 no Alentejo e 2008 no Dão - foram recolhidos e compilados numa base de dados. Os dados climáticos foram obtidos a partir de estações meteorológicas automáticas (pertencentes à Sogrape Vinhos S.A.) e a partir de uma base de dados climática estimada (fornecida pela UTAD) numa grelha de resolução muito elevada (<1 Km). A influência das variáveis climáticas - temperatura média (TG), máxima (TX) e mínima (TN) mensal (novembro-outubro) e totais de precipitação (abril a junho e julho a setembro) - nos parâmetros de qualidade do bago foi explorada através de análises de correlação. Esta abordagem constituiu um ponto de partida para identificar os meses/períodos mais influentes na composição do bago, bem como as vinhas mais afetadas. Depois seguiram-se diferentes abordagens estatísticas para explorar em detalhe a influência das variáveis climáticas nas vinhas anteriormente identificadas como as mais afetadas. Os resultados mostraram que, à maturação tecnológica, a temperatura foi negativamente correlacionada com o peso do bago, AT, antocianinas e IFT, mas positivamente com o pH e o AP. Além disso, nas regiões mais quentes, o peso do bago foi menor, e a AT, antocianinas e IFT seguiram a mesma tendência, enquanto nas regiões mais frias o pH e o AP foram menores do que nas regiões mais quentes. Uma análise de agrupamento mostrou diferenças significativas de temperatura entre os anos em que o parâmetro de qualidade foi maior (grupo 1) e os anos em que foi menor (grupo 2). Adicionalmente, provou-se que as diferenças de temperatura entre grupos resultaram de diferenças entre os anos mais quentes e os mais frios. Mostrou-se ainda que as temperaturas na fase de pintor e na maturação (de junho a agosto) são mais determinantes na composição do bago à maturidade. Relativamente à variável climática precipitação, os resultados mostraram que o seu efeito foi dependente da vinha e da variedade. Os resultados mostraram ainda que a composição do bago das vinhas do Alentejo é mais afetada pela variabilidade climática inter-anual do que as vinhas do Douro. Além disso, a variedade Aragonez parece ser mais resistente às variações climáticas do que a Touriga Nacional. Os resultados obtidos sobre o papel da variabilidade climática nos parâmetros de qualidade do bago da uva obtidos no presente trabalho constituem uma ferramenta importante para o desenvolvimento de modelos de previsão. Esses modelos podem prever mudanças na composição do bago em resposta às alterações climáticas.