Coping with heatwaves: management strategies for vineyard resilience and berry survival

Abstract

Climate change is leading to an increase in average temperature and in the frequency and severity of heatwaves that is already significantly affecting grapevine phenology and berry composition (Webb et al., 2010). This is compounded by water stress, which is well known to increase the vulnerability of grapevines and berries to heatwaves. In hot climate regions like australia, grape production is only possible due to relatively secure supplies of water for irrigation. However, the upper temperature limits for berry survival of well-watered grapevines remains to be tested. As the most widely planted variety in Australia, understanding berry compositional responses and even survival thresholds of Shiraz will be essential to plan future adaptation strategies for the local wine industry. This knowledge would provide thresholds to aim at through canopy management and heat mitigation strategies in the vineyard, and lead to improved capacity to adjust the winemaking process or wine styles when working with heat-affected fruit. In the longer term, it provides a planning threshold at which such actions will no longer be sufficient to counteract rising temperatures, and a more informed approach for relocating vineyards or re-planting with more heat-tolerant varieties.  The aim of this project was to investigate the sensitivity of tannins, but also other metabolites to extreme high temperature and to determine the upper temperature limits for berry survival of well-watered Shiraz grapevines. While the synergistic effect of light and temperature on anthocyanins has been intensively examined, more knowledge is required for tannins as their metabolic pathway is yet to be fully elucidated, and their structural analysis is limited due to their complex nature. Shiraz berries were heated directly using fan heaters during 3 days at 3 key phenological stages and at different temperature maximum spanning 40-55 °c (Gouot et al., 2019a,b,c). Tannin accumulation showed an elastic response to high temperature. Results also showed that as long as berries were not shrivelled, grape quality was not impaired at harvest by the sole effect of temperature. The experiments highlighted the importance of phenological stage, heat intensity and their interaction on the level of damage observed. The phenological stage heat treatments were conducted at was the most critical parameter, and the flowering-fruit set period was more sensitive than véraison. The sensitivity of each stage was also dependent on temperature intensity. Berry metabolism responses were, as expected, more pronounced under extreme temperatures, although the actual temperature survival threshold varied with the phenological stage. Overall, the experiments provided enhanced knowledge on upper temperature limits for viable wine production, in turn informing critical timing for mitigation strategies. This work will assist with immediate and long-term planning for grape growers and winemakers to deal with extreme heat events. Finally, through this research, growers will gain knowledge on when berries are most at risk, helping them to fine-tune the application timing of mitigation methods for more optimal and cost-effective protection.

Comment gérer les vagues de chaleur : stratégies de gestion pour la résilience des vignobles et la survie des baies 

Le changement climatique entraîne une augmentation de la température moyenne ainsi que de la fréquence et de la gravité des vagues de chaleur, et affecte déjà de manière significative la phénologie de la vigne et la composition des baies (webb et al., 2010). Dans de grandes régions viticoles à climat chaud en australie, la production de raisin est possible grâce à des approvisionnements relativement sécurisés en eau pour l’irrigation. Bien que la combinaison du stress hydrique et des températures élevées soit déjà bien connue pour augmenter la vulnérabilité des vignes et des baies aux vagues de chaleur, il convient de tester les limites de température supérieures pour la survie des baies des vignes bien irriguées. En tant que variété la plus largement plantée en australie, comprendre les réponses compositionnelles des baies et même les seuils de survie de la shiraz sera essentiel pour planifier l’adaptation future de l’industrie vinicole. Cela fournira un objectif pour la gestion de la canopée et les stratégies d’atténuation des vagues de chaleur dans le vignoble, ainsi qu’une plus grande capacité à ajuster le processus de vinification ou les styles de vin lorsque les raisins sont impactés par la chaleur. A long terme, cela donne un seuil de planification au-delà duquel de telles actions ne seront plus suffisantes pour contrer l’augmentation des températures, et plus d’informations pour évaluer la relocalisation des vignobles ou la replantation avec des variétés plus tolérantes à la chaleur. Le but de ce projet était principalement axé sur les tanins des baies, entre autres métabolites, pour déterminer si leur synthèse dans les baies est sensible aux températures élevées. Alors que l’effet synergique de la lumière et de la température sur les anthocyanes a été intensivement examiné, des connaissances supplémentaires sont nécessaires pour les tanins car leur voie métabolique n’est pas encore complètement élucidée et leur analyse structurale est limitée en raison de leur nature complexe. De plus, l’objectif était d’étudier les limites de température supérieures pour la survie des baies des vignes de shiraz bien irriguées. Avec le système expérimental (chauffages individuels) utilisé pour cette thèse, l’accumulation de tanins a montré une réponse élastique aux températures élevées et si les baies n’étaient pas flétries, la qualité n’était pas altérée à la récolte par l’effet unique de la température. Deux paramètres importants ont été mis en évidence par les expérimentations. Premièrement, le stade phénologique des traitements thermiques était le paramètre le plus critique, avec la période de floraison-nouaison plus sensible que la véraison. Deuxièmement, la sensibilité de chaque stade dépendait également de l’intensité de la température. Les réponses métaboliques des baies étaient, comme prévu, plus prononcées sous des températures extrêmes, bien que le seuil de température critique varie avec le stade phénologique. Dans l’ensemble, les expérimentations ont amélioré les connaissances sur les limites de température supérieures pour une production viticole viable, ce qui permet d’être ensuite informé sur le moment critique pour les stratégies d’atténuation. Ce travail peut aider à la planification immédiate et à long terme des viticulteurs et des vinificateurs pour faire face aux événements de chaleur extrême qui augmentent en fréquence et en intensité. Enfin, grâce à cette recherche, les producteurs ont pu acquérir des connaissances sur les moments où les baies sont en réel danger, ce qui aide à affiner le timing d’application des méthodes d’atténuation pour une protection plus optimale et rentable.

Cómo afrontar las olas de calor: estrategias de gestión para la resiliencia de los viñedos y la supervivencia de las bayas 

El cambio climático está provocando un aumento en la temperatura promedio y en la frecuencia y gravedad de las olas de calor, y ya está afectando significativamente la fenología de la vid y la composición de las bayas (Webb et al., 2010). En regiones cálidas de gran tamaño en australia, la producción de uva es posible gracias a suministros relativamente seguros de agua para riego. Si bien se sabe que la combinación de estrés hídrico y altas temperaturas aumenta la vulnerabilidad de las vides y las bayas a las olas de calor, se deben probar los límites de temperatura superiores para la supervivencia de las bayas de las vides bien regadas. Como la variedad más plantada en australia, entender las respuestas composicionales de las bayas e incluso los umbrales de supervivencia del Shiraz será esencial para planificar la adaptación futura de la industria vitivinícola. Esto proporcionará un objetivo para la gestión del dosel y las estrategias de mitigación del calor en el viñedo, y una capacidad mejorada para ajustar el proceso de vinificación o los estilos de vino al trabajar con frutas afectadas por el calor. A largo plazo, proporciona un umbral de planificación en el que tales acciones ya no serán suficientes para contrarrestar el aumento de las temperaturas, y un enfoque más informado para reubicar viñedos o replantar con variedades más tolerantes al calor. El objetivo de este proyecto estaba principalmente centrado en los taninos de las bayas, entre otros metabolitos, para determinar si son sensibles a las altas temperaturas. Si bien el efecto sinérgico de la luz y la temperatura sobre las antocianinas ha sido examinado intensivamente, se necesita más conocimiento para los taninos, ya que su vía metabólica aún no está completamente elucidada y su análisis estructural es limitado debido a su naturaleza compleja. Además, el objetivo era investigar los límites de temperatura superiores para la supervivencia de las bayas de las vides de shiraz bien regadas. Con el sistema experimental utilizado para esta tesis, la acumulación de taninos mostró una respuesta elástica a las altas temperaturas y si las bayas no estaban arrugadas, la calidad no se veía afectada en la cosecha por el único efecto de la temperatura. Dos parámetros importantes fueron destacados por los experimentos. En primer lugar, el estado fenológico de los tratamientos térmicos fue el parámetro más crítico, siendo el período de floración-cuajado más sensible que la veraison. En segundo lugar, la sensibilidad de cada etapa también dependía de la intensidad de la temperatura. Las respuestas del metabolismo de las bayas fueron, como se esperaba, más pronunciadas bajo temperaturas extremas, aunque el umbral de temperatura real variaba con la etapa fenológica. En general, el proyecto proporcionó un conocimiento mejorado sobre los límites de temperatura superiores para la producción de vino viable, lo que a su vez informa sobre el momento crítico para las estrategias de mitigación. Ayudará con la planificación inmediata y a largo plazo para viticultores y enólogos para hacer frente a eventos de calor extremo que están aumentando en frecuencia e intensidad. Finalmente, a través de esta investigación, los productores están adquiriendo conocimiento sobre cuándo las bayas están en riesgo, lo que ayuda a ajustar el momento de aplicación de los métodos de mitigación para una protección más óptima y rentable.