1

NSW Wine Industry Association Inc 

GRASSROOTS SOLUTIONS IMPLEMENTATION PLAN 

MANAGING HEAT AFFECTED VINEYARDS 

FEBRUARY 10TH‐12TH SUNRAYSIA FIELD TOUR   Richard Hilder ‐ NSWWIA R&D Chairman Tony Marshall ‐ Fosters Australia Grower Liaison Officer ‐ Sunraysia Dr Dennis Greer ‐ Vineyard Heat Effects Research Stream Leader ‐ National Wine and Grape Industry Centre Duncan Farquhar ‐ National Extension Manger ‐ National Wine and Grape Industry Centre Jason Cappello – Viticulture Extension Officer Griffith ‐ National Wine and Grape Industry Centre  Special thanks to the Macquarie Agribusiness, Chalmers Vineyard Asset Manager,  Michael Jurca and Katie Harris, Angelo Giofiorelli, Vineyard Manager Giofiorelli’s vineyard, Gary Thomas Coomealla vineyard and John Kuzmann vineyard manager at Bellevue vineyards.  

  Pictured: Visit to Macquarie Agribusiness, Chalmers Vineyard, from left Duncan Farquhar, Katie Harris, Jason Capello, Tony Marshall, Michael Jurca, Dennis Greer, Richard Hilder.

2

Introduction Heat effects on viticulture production during 2008/2009 and 2009/2010 growing seasons for many vineyards have seen reduced crops from berry loss, winery quality downgrades, and rejection of entire blocks, due to heat damaged fruit.   Grape Growers in hot climate viticulture production regions during the past two years have manipulated growing conditions, to reduce the impacts from periods of intense heat waves experienced such as in February 2009 and in November 2009.  Two outcomes targeted by this work are that:  1) NSW growers benefit from a report on these discussions and are able to implement best practice management of heat effects in vineyards.  2) NWGIC researchers and extension officers are prepared to provide best practice advice in the context of industry best practice.  A team led by NSW Wine and Industry Association R&D Chairman, Richard Hilder, monitored a group of grower case studies, from the Sunraysia region in February 2010.  This was to document practices these growers have undertaken to reduce effects from intense heat waves to maintain quality winegrape production. The purpose of these case studies is to give direction to growers across NSW.   Major Research achievements into Heat Stress effects on vines Research into heat effects on vines is an area of growing interest, as the climate variations change and heat extremes across production regions of Australia become more intense (Hall and Jones 2009). The experience of Sunraysia may become increasingly relevant to other regions.    The five most influential researchers that have opened the industries knowledge into heat effects on vines can be acknowledged as  

1. W. Mark Kliewer, Department of Viticulture and Enology, University of California, Davis  

2. Nick Dokoozlian, Department of Viticulture and Enology, University of California, Davis 

3. Dennis Greer, National Wine and Grape Industry Centre Australia 4. Victor Sadras, South Australian Research and Development Institute 

Australia 5. Leanne Webb, Commonwealth Scientific Industry Research Organisation 

Australia  W. Mark Kliewer defined the impact of heat on the ripening process within vines through the use of carbon 14 tracer (Sepúlveda et al. 1986a). Mark Kliewer also convincingly identified high temperatures cause berry sugar accumulation to stop (Kliewer 1977; Matsui et al. 1986a).  

3

Nick Dokoozlian investigated the area of direct sun exposure on berries and its effects on flavours and berry characteristics in red wine grape varieties (Bergqvist et al. 2001).  Dennis Greer developed a hypothesis that the attenuation of sugar accumulation affected by heat was either by the impact of heat on the source of carbon, the transport or the uploading process. The results of the study (Greer and Weston 2010) showed that the supply process was affected by high temperatures on vines because the photosynthetic process was suppressed.  Sugar accumulation in berries was reduced up to 35% after vines experienced a major heat event compared to berries not exposed to the heat event.  Dennis has also demonstrated that vines during flowering are particularly sensitive to heat effects if exposed to temperatures over 40°C for four or more days, with berry loss significant in bunches that are at the flowering stage (Greer and Weston 2010).  Dennis undertook research to investigate the effects on sunburn damage to pome fruit from the use of Surround® which reduced damage to fruit from sunburn (Glenn et al. 2001; Schupp et al. 2002; Wünsche et al. 2004)).  The use of Surround® also reduced individual leaf photosynthesis due to reduced light incidence received by individual leaves, but overall there was an increase in canopy photosynthetic rates (Wünsche et el. 2004), from more reflectance of light through the canopy from leaves covered with Surround to all leaves within the canopy Greer pers comm.). Use of Surround on Chardonnay vines at veriason saw the product stick to leaves but not to berries (Greer pers comm.)  Victor Sadras, demonstrated sun exposure effects on berry characters. In Shiraz increased heat regimes did not result in impacts on ripeness of berries, also no effect to berry growth was demonstrated (Soar et al.2009).  Leanne Webb surveyed 100 growers after the 2009 heat event. The survey reported that four vineyard variables had a major influence on the level of damage reported. These were water, canopy and cover, phenology and orientation. The ways in which these variables influenced the damage levels are in line with best practice advice and give us some new details on how best to minimise heat damage. Leanne also completed a PhD into the effects of increased temperatures across Australian viticulture regions and it effects on winegrape returns from changes to fruit quality (Webb et al. 2009).  Strategies to Ameliorate Heat Effects Viticulture operators and researchers have investigated many methods, to reduce the effects of heat stress to vines. Several methods identified currently to ameliorate heat effect include;  Those being studied 

4

‐ Shading of vines with canopy structures ‐ this does reduce temperatures of vines by 5°C to 8°C (Cartechini and Palliotti 1995; Greer pers comm.) 

‐ Vineyard Hydro cooling – methods are being investigated where micro sprays systems will be used to reduce the temperature of the vineyard environment (Aljibury et al. 1975; Greer pers comm.). 

‐ Use of calcium carbonate and kaolin (sunscreen) spray products has been trialled by many researches, for various ways to reduce heat effects on vines and other tree crops (Wünsche et el. 2004). Further information on these newer products such as an evaluation trial, of the current available products in a commercial warm climate vineyard, could help growers adopt better use of these available products.  

‐  Practical vineyard practices 

‐ Use of active covercrop’s or mid row grass swords during summer growing season, can reduce the overall vineyard temperature environment. 

‐ Irrigating vines to maximum soil moisture levels provides plants with ample water for transpiration. This method is possible to achieve where vineyards have ample access to good quality water and suitable irrigation infrastructure. 

‐ Row orientation during vineyard design should be considered for the site wind and sun orientation during the day, to reduce the level of heat damage incurred by the vines. Westerly hot wind conditions with hot afternoon radiant sun, can severely burn leaves and fruit exposed to the extreme conditions (Webb et al 2009).  

 Heating of grapevines can be caused by either radiative or convective conditions (Greer and Weston 2010). Radiative heating arises from direct exposure of the canopy to sun such as occurs in the morning on the eastern sides and in the afternoon on the western sides of the canopies.  Convective heating arises from mass air heating such as when ambient air temperatures exceed 40oC and affects all sides of the canopy equally.  Canopy temperatures above ambient air temperatures are generally due to direct radiation (Greer and Weston 2010).  Impacts to the industry from Heat Effects  Extreme heat where the ambient temperature is above 40 can cause cooked fruit where precautionary measures have not been taken to protect the grape bunches from direct sun and/ or lower the ambient temperature.  Our estimates are that more than $15M worth of fruit was rejected due to this form of fruit spoilage in the 2009 vintage.  Heat effects can delay ripening of fruit, leading to extended hang periods for fruit to be harvested and potential downgrades or rejection of entire blocks due to loss of fruit quality during this extended hang period for fruit to ripen. Quality downgrades in the order of $100 per tonne would not be unusual for this fruit.  If 10% of 

5

Australia’s vintage were effected this represents damage in the order of $15‐$20M in years where high temperatures are observed.  Berry loss during flowering has been documented in vineyards across South eastern Australia related to heat waves experienced during November 2009, where temperatures were about 40°C for four consecutive days while vines were flowering.  Vintage 2010 could be affected by a yield reduction as high as 10% across the country by this effect.  This amounts to a fruit value in the order of $50M.  Case Study Reports  Vineyard 1 – Macquarie Agricultural Investment ‘Chalmers Vineyard’, Euston, NSW  The take home: Use of mulch is a useful tool to conserve soil moisture. Starting the season with a soil profile full of water allows strong early season growth. Top up irrigation to meet vine demands allows vines to evaporative cool.  Macquarie Agricultural Services (MAS) operates Chalmers Vineyard located in Euston NSW. The property has over 800 hectares planted with vines, with 25 commercial varieties the main ones being Pinot Gris, Chardonnay,  Sauvignon Blanc, Vermentino, Cabernet Sauvignon, Merlot and Shiraz . There are another 40 varieties on experimental trials with the vineyard supplying grapes to 25 wineries. Chalmers Vineyard is a large scale modern vineyard set on the bank of the Murray River. Vine rows are both orientated in a north/south and east/west direction, with the preferred orientation now being recognised to be in the east/west direction. Vines are trained on a 2 wire fruiting cordon plus an over head single foliage wire to prevent the canopy from rolling exposing fruit to the sun and winds.   The vineyard is maintained with a weed free mid row all year. Mechanical aeration of the mid row is carried out post harvest to aid with rainfall filtration into the mid row soil profile.   Composted cow manure combined with top soil from the mid row forms a 250mm mounded bank 1 metre wide beneath the vines. .  This practice was set in place pre planting to increase organic matter with the aim of conserving soil moisture and providing nutrition for the young vines.  Further additions of composted cow manure mixed with top soil are applied annually to the under vine bank.  Vines on Chalmers Vineyard are encouraged to promote early cane growth, to establish adequate canopies to protect the fruit zone from sun and heat damage prior to fruit set. The advanced growth protects the developing fruit from heat and sun in the vineyard through to fruit set. From bunch closure irrigation inputs are carefully monitored to maintain quality fruit production and balanced vines.  Active tip growth usually ceases 2 weeks before veraison.  

6

During the February 2009 extreme days of heat, the sections of vineyard with east west rows were able to withstand the cooking effect on grapes even though the vineyard maintained a bare earth floor cover.    During November 2009 extreme heat conditions of 40°C most varieties except Shiraz, had completed flowering and therefore were not affected by that heat wave. Development of the Shiraz berries on the other hand have shown a reduced crop yield by about 25 percent in affected areas, due to ‘hen and chicken’ caused by the severe heat.  The bare earth approaches in this vineyard would lead to higher vineyard temperatures than would be the case with grassed alleyways.  Noting the experience at Bellevue described below the authors recommend at least trialling a section of vineyard with grassed alleyways.  Given the size of the enterprise, designed trials sowing different inter row species would be expected to be cost effective, especially since the costs of these trials could attract a research and development tax deductions.  Vineyard 2 ‐ Giofrelle's Vineyard, Robinvale, VIC  The take home: Encourage early season shoot growth to shade and protect fruit from direct sun by having a full soil profile before budburst.  Angelo Giofrelle manages the family vineyard using a mid row grass sward throughout the year.  The 180HA vineyard is planted to Chardonnay, Pinot Gris, Gordo, Red Frontignac, Grenache, Cabernet Sauvignon, Merlot and Shiraz.  No cultivation of the vineyard soil is conducted so as to maintain optimum soil structure. Irrigation is a combination of Trickle and Overhead Sprinklers.   Angelo manages the irrigation early in the season to by ensuring the soil profile is at Field Capacity before budburst.  This ensures maximum early canopy growth which allows the vine canopy to adequately protect the developing fruit during heat wave periods experienced in the region. Crop loads are carefully managed through pruning, irrigation and nutrient programs.    Once bunch closure is achieved the vines are maintained to produce optimum fruit quality.  By this stage canopy shoot growth is providing adequate shade to bunches and tip growth is slowing down.  Prior to major forecasted heat events additional irrigation water is applied to the vineyard to allow vines to meet the expected evaporation demand during the heat events.  Overhead sprinklers are used to maintain the ground cover.    The authors have discussed possible use of overhead sprinklers to cool vines when temperatures are above 40oC.  Whilst this may protect from high temperature damage, effects on disease pressure would be a concern. 

 

7

Vineyard 3 ‐ Gary Thomas Vineyard, Coomealla, NSW 

The take home: Careful irrigation management in anticipation of heat events can be used to manage heat effects. 

Gary operates a 28 hectare family vineyard in Coomealla irrigation district. The original vineyard has been redeveloped to a modern vineyard using drip irrigation and double cordon trellis systems. Varieties Gary produces include Cabernet Sauvignon, Merlot, Shiraz and Chardonnay.  

From the heat conditions experienced in November 2009, Gary believes bunch size is smaller across varieties that were flowering, during the heat wave.  Garry also applies extra irrigation water if prolonged heat is forecasted during the growing season, to allow vines meet evaporative demand and aims to keep the vineyard moist and cooler.  Vine mid rows are a natural grass sward which is mown as required, aiming to maintain soil structure and reduce vineyard floor temperatures.  Also, to provide a mulch, pruning refuse is left on the vineyard floor.  

Vineyard 4 ‐ "Bellview Estate" at Ellerslie, NSW   

The take home: Grassed alleyways can dramatically reduce heat damage to fruit.  Hydro cooling is able to be commercially implemented. 

Bellview Estate is a new vineyard, located on the banks of the Darling River 25Kms’ north of Wentworth.  For reasons due mainly to topography the developers chose to plant this 160HA vineyard with the rows running in a north/south direction. 

This vineyard is unique in that it is isolated from other horticultural crops and associated vegetation making an even hotter dry desert environment. 

The grapes were rejected in Vintage 2009 due to the heat wave in February.  Heat damage was exacerbated by the fact that the rows ran North South direction, leading to especially exposed fruit on the westerly side of the canopy. The bare red sandy loam soils also accentuated the heat through re radiation.  Fruit was cooked and essentially unsuitable for winemaking. 

Since the 2009 season the vineyard owners and manager have implemented strategies to combat reflective heat from bare soils in the mid row during extreme heat events.  

Changes were introduced on the blocks rejected in 2009 to reduce vineyard temperatures and reflection of radiated heat from the bare soil by planting a permanent sward of grasses between the rows.  The vines and inter row continue to be irrigated year round by the previously installed under vine sprinklers.   

8

This change of vineyard management proved so successful for the 2009‐10 season that the owners have decided to practice the same management in the future on the rest of their plantings. 

Another innovation at Bellevue is line of overhead sprinklers have strategically placed along the western boundary of the blocks. These are used to spray a mist over the most vulnerable vines during hot windy weather. 

Other outcomes from the visit. 

Discussions were held with Tony Marshall toward a Spring Vine Health Field day to be held 13th or 14th October in Mildura.  Coordinating efforts of the stakeholders including wineries, the National Wine and Grape Industry Centre, State Departments and regional associations in these events will help ensure these events are able to meet vineyard business and other stakeholder’s needs. 

A visit to the AVIA germplasm collection at Dareton research station highlighted the issues the industry has in strategically managing the genetic resource upon which the industry is based and will progress. 

A visit to Murray Valley Winegrowers highlighted the adjustment processes happening in the wine industry in response to oversupply.  The industry environment impacts on grower aspirations and in turn impacts motivation to adapt and adopt new science into operations  

A visit to DPI Victoria’s Irymple research station to see the activities of the grape and wine research team lead by Mark Downey will allow greater connection and understanding between researchers looking at heat effects in different ways. 

 

Summary and recommendations for growers 

Through the information collected from vineyard operators across the Sunraysia region, the following key points for vineyard operators to consider when dealing with upcoming extreme heat events include: 

• Ensure the vineyard soil profile is at field capacity before budburst 

• Aim to achieve adequate canopy growth prior to bunch closure, to protect fruit from extreme sun and heat exposure 

• Maintain groundcovers in vineyards during the summer months to reduce areas of bare earth causing radiated sun exposure 

• Plan and ensure soil moisture levels are adequate for forecasted heat waves, to allow vines to meet daily evaporative demands (playing catch up is poor irrigation management). 

9

• Further evaluation of currently available commercial plant sunscreen products on vines has been identified as an area of opportunity. 

• Plant vineyards East:West in warm to hot viticulture regions. 

                                               

10

Literature cited  Aljibury FK, Brewer R 1975 Grape response to cooling with sprinklers Am J Enol 

and Vitic 26, 214‐217 Bergqvist J, Dokoozlian N, Ebisuda N  (2001) Sunlight exposure and temperature 

effects  on  berry  growth  and  composition  of  Cabernet  Sauvignon  and Grenache in the central San Joaquin Valley of California. American Journal of Enology and Viticulture 52, 1‐7. 

Cartechini  A,  Palliotti  A  (1995)  Effect  of  shading  on  vine  morphology  and productivity  in  grapevines  in  the  field.  American  Journal  of  Enology  and Viticulture 46, 227‐234. 

 Glenn DM, Puterka GL, Drake SR, Unruh TR, Knight AL, BaherleP, Prado E, Baugher TA  2001 Particle film application influences apple leaf physiology, fruit yield and fruit quality. J Amer Soc Hort Sci 126, 175‐181 

Greer DH, Weston C 2010 Heat stress affects flowering, berry growth, sugar accumulation and photosynthesis of Vitis vinifera cv. Semillon grapevines grown in a controlled environment chamber Functional Plant Biology 37, 206 ‐ 214 

Hall,  A.  and  G.  V.  Jones  (2009)  Effect  of  potential  atmospheric  warming  on temperature‐based  indices  describing  Australian  winegrape  growing conditions. Australian Journal of Grape and Wine Research 15(2): 97‐119. 

Kliewer WM, (1977a) Effect of high temperatures during the bloom‐set period on fruit‐set, ovule fertility, and berry growth of several grape cultivars. American Journal of Enology and Viticulture 28, 215‐222. 

Matsui A, Ryugo K, Kliewer WM 1986 Growth  inhibition of Thompson Seedless and  Napa  Gamay  berries  by  heat  stress  and  its  partial  reversibility  by applications  of  growth  regulators.  American  Journal  of  Enology  and Viticulture 37, 67‐71.  

Sepúlveda  G,  Kliewer  WM,  Ryugo  K  (1986a)  Effect  of  high  temperature  on grapevines (Vitis vinifera L.). I. Translocation of 14C‐photosynthates. American Journal of Enology and Viticulture 37, 13‐19. 

Sepúlveda G, Kliewer WM 1986b Effect of high temperature on grapevines (Vitis vinifera L.). II Distribution of soluble sugars. American Journal of Enology and Viticulture 37, 20‐25. 

Schupp JR, Fallahi E, Chun IJ 2002 Effect of particle film on fruit sunburn, maturity and quality of ‘Fuji’ and ‘Honeycrisp’ apples. HortTechnology 12, 87‐90  

Soar  CJ,  Collins  MJ,  Sadras  VO  (2009)  Irrigated  Shiraz  vines  (Vitis  vinifera) upregulate  gas  exchange  and maintain  berry  growth  in  response  to  short spells of high maximum temperature in the field. Functional Plant Biology 36, 801‐814. 

Webb L, Watt A, Hill T, Whiting J, Wigg F, Dunn G, Needs S, Barlow S. 2009 ‘Extreme Heat: Managing grapevine response’ published by GWRDC 

Wünsche JN, Lombardini L, Greer DH 2004 ‘Surround’ particle film applications – effects on whole canopy physiology of apple. Acta Hort 636, 565‐571 

11

 

  Image 1: Table Grape Covers show that some physical interventions are practical to ameliorate environmental effects on viticulture.  Although expensive  in some situations perhaps shading of high value wine grapes could find a practical use.  

  

12

Image 2: Practical method of fixing “Grape Cover” covers using a nail around a support wire. 

  Image3: Under vine sprinklers keep inter row cover alive in Mildura table grape production.  

  Image 4: Dennis Greer discussing water use replacement irrigation management at Macquarie Agribusiness, Chalmers Vineyard, Asset Manager – Michael Jurca 

13

  Image 5: Michael Jurca Showing some vines which were effected by heat at flowering.  

  Image 6: Sparse Shiraz bunches at Chalmers vineyard considered to be influenced by heat at flowering. 

14

  Image 7: A single tendril per vine attached to a foliage wire can prevent cane or cordon rolling and allow foliage to protect fruit from direct sunlight.  

  Image 8: Shows foliage providing shade above wire where tendril is attached.  

15

  Image 9: Shows water being added to composted mound to replace daily water use at Chalmers Vineyard   

  Image 10: Richard Hilder discussing the practicality of application of shade covers to high value wine grapes in front of Angelo Giofiorelli’s well irrigated table grape vineyard. 

16

  Image 11: Dennis Greer discusses the use of “Surround Kaolin clay” in Apples with Angelo Giofiorelli who successfully uses this product to protect Avacado’s from heat effects.  

  Image 12: Winegrapes beginning to senesce, shoot growth stopped and alleyways drying as water withheld in advance of forecast rains after veraison.  

17

  Image 13: Significantly cooler environment in adjacent well watered table grape vineyard.  

  Image 14: High quality merlot at Giofiorelli’s protected by shading from early season shoot growth.  Shoots stopped growth two weeks before veraison.  Thank you for the exchange of research and experiences with us Angelo. 

18

  Image 15: Gary Thomas discusses the Coomealla experience and the practicality of water additions in advance of heat events.  

  Image 16: Gary Thomas Coomealla Vineyard, Two wire trellis with mulched alleyways, a low cost vineyard of good hot climate quality. 

19

  Image 17 Upper cordon more fruitful over time managed with “basket weave” training.  

  Image 18 Open merlot bunches perhaps due more to shading of lower cordon.  Some heat effect at flowering may have also influenced this often shy setter. 

20

  Image 19:  Strategies to manage ground cover depend on the weed spectrum Caltrop – Tribulus terrestris is a spiny disagreeable weed.  It can be suppressed with a well established perennial sward or well established spring cover crop.  

  Image 20: Shiraz at Bellevue vineyards after fruit was rejected last year from heat spoilage. 

21

  Image 21:  The solution at Bellevue vineyards was to encourage growth in the interrow.  This management technique will be extended to the whole vineyard from previously just those contracted to Fosters.  

  Image 22:  The harsh Mildura sands at Bellevue, caused fruit to bake and spoil on the vine when left bare in vintage 2009.  

22

  Image 23: Row of overhead sprinklers on western edge of vineyard for cooling in high Westerly winds.  Although it uses extra water the cooling effect is considered commercially effective at Bellevue.   

  Image 24: Mark Downey shows HPLC preparation column at Irymple.  This instrument separates milligram quantities of grape quality compounds for further experimentation. 

23

 

  Image 25: Dennis Greer, Mark Downey and Duncan Farquhar visit in field facility for studying effects of elevated temperatures at Irymple research station. 

  Image 26:  Device for adding heat to the chamber to elevate vine temperature above surrounding vines for the study of effects of elevated temperatures on fruit derived wine flavours.