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遮雨棚和薄膜覆盖对沙田柚可溶性固形物含量的影响

发布时间:2022年8月6日 点击数:119

引言

沙田柚属芸香料(Rutaceae)柑桔亚科(Aurantiondeae),原产我国广西容县沙田乡,是一种适应性广、结果年限长、经济效益高的柑桔类果树[1]。沙田柚是我国柚类中的珍品,素有“天然罐头”的美誉,目前是我国柚类水果中种植面积最大的品种之一。容县沙田柚是广西驰名地标作物,容县沙田柚果实外观、内质优良,深受市场欢迎[2]。但每年的可溶性固形物含量起伏不定,导致不同年份容县沙田柚的价格波动很大。通过查阅大量的资料和走访调查果农了解到影响容县沙田柚可溶性固形物含量的主要因素是气象条件、品种、以土壤为主的立地条件和管理模式。随着科学技术的发展,农户普遍采用科学的种植方式,选用优良品种,合理施肥及定期修剪等有利于可溶性固形物含量提高的措施,而气象条件却人为难以控制,因此成为影响容县沙田柚可溶性固形物含量最主要的因素。沙田柚产业是容县经济的主要收入项,因此,基于气象条件建立容县沙田柚可溶性固形物含量与遮雨棚和铺设地膜关系预测模型具有重要的实践意义。

为提高作物的品质,人们常用地面覆盖的方法进行果园地面管理[3,4]。这种管理技术具有悠久的应用历史,且被广泛应用于作物的生产管理中[5,6]。有研究表明,覆膜栽培与裸地栽培相比,具有明显改善光照、增温、保水,改善土壤理化性质[7,8]。此外,遮雨棚和铺设地膜在多雨的南方,具有避雨控水功能,是提高产量和改善果实品质的重要措施[9]。目前,铺设地膜是提高玉米、大豆等大田作物产量的重要栽培手段,得到了广泛的推广和应用[10,11]。利用地膜覆盖、遮雨棚对园艺作物进行管理也有报道。地膜覆盖、遮雨棚可以改善果树冠层的微环境,调节棚内外温湿度,促进树干中、下部的光合作用,有利于提高果实的可溶性固形物含量。张学琴等[12]人采用银色地膜覆盖增加苹果树冠内辐照度,改善树冠的受光条件,从而增加树冠的光合量,提高苹果的品质。刘林等[13]人研究发现不同反光膜均有利于改善葡萄果实的品质,各覆膜处理均显著改善了果实品质,但蓝膜的影响效果最为显著。杨飞等[14]人对遮雨棚设施结构对枣园温湿度的影响进行研究,研究发现在晴天高温时,遮雨棚能降温,而在阴雨天温度较低时则能起到保温作用;此外,遮雨棚有利于减少水分的蒸发,使得在相同的气象条件下,棚内湿度高于棚外;雨后棚内与棚外温度变化趋势基本一致,棚外湿度变化剧烈,棚内较为缓和。Yakushiji H等[15]测定了铺设地膜后,温州蜜柑中糖分、土壤、枝条及叶片中水势的变化,发现覆膜后有利于果实中糖分的积累,促进果实可溶性固形物含量的增加。国内近几年,在苹果、柑橘和葡萄等果树上的研究均表明,铺设地膜有利于改善光照条件,从而促进可溶性物质的积累和产量的提高。但,关于遮雨棚和铺设地膜对沙田柚可溶性固形物的积累鲜有报道。

可溶性固形物是指该食物中包含的能溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等占食物总质量或重量的百分率。沙田柚品质一般用柚果可溶性固形物含量高低衡量,其值高时品质好,当其值≥12%以上时,为优质果,糖度高,口感好。目前,针对区域沙田柚可溶性固形物含量定量预测技术尚属空白,没有理论严谨、技术实用和成功应用的案例。主要原因是没有建立基于大数据的定量预测模型,关键问题在于没有找到影响可溶性固形物含量的具体气象指标和模型。本文是在前期对气象条件进行数据挖掘确定影响因素基础上,通过田间试验验证数据挖掘结果的有效性,为区域沙田柚管理和田间调控技术的制定和实施提供技术标准,为合理使用遮雨棚和铺设地膜,提高沙田柚可溶性固形物含量和田间微气象条件调控提供科学依据。

1 材料与方法

容县地处广西壮族自治区东南部,位于北纬22°27′─23°07′和东经110°15′─110°53′之间,属于南亚热带季风气候,夏季高温多雨,冬季温和少雨。境内东西南三面高,中部和东北部低,岭谷相间,丘陵广布。全县以发育于花岗岩、沙页岩冲积物母质土壤为主,分为赤红壤、水稻土、冲积土、红壤、黄壤、紫壤6大类,土层深厚,土壤肥沃,有利于沙田柚的种植。容县是沙田柚的原产地,种植历史悠久,其柚类品种优良,在国内外久享盛名。

1.1 试验背景

本文在确认了容县沙田柚可溶性固形物含量与9月21日-10月31日每日最小相对湿度的平均(呈极显著负相关)、10月每日降水量的累积(呈极显著负相关)、10月每日日照时数的累积(呈极显著正相关)的关系基础上,通过遮雨棚和薄膜覆盖田间试验验证数据挖掘结果的合理性。具体的关系如下:容县沙田柚柚果可溶性固形物含量高年年型的气象条件是:(1)9月21到10月31日每日最小相对湿度(X1)<50%,每日最小相对湿度≤46%天数(X4)≥17d;(2)10月每日降水量的累积(X2)<100mm,10月无雨天数(X5)≥25d;(3)10月每日日照时数的累积(X3)>200h,10月≥6h天数(X6)≥19d。容县沙田柚柚果可溶性固形物含量高低年年型等级预测模型为Y=11.300-0.195×X1-0.004×X2+0.005×X3-0.014×X4+0.084×X5-0.049×X6(r=0.987**,n=12),模型自回归合格率按年型等级预测误差±1个等级计算,合格率为100.0%。六项气象指标范围基本不重叠,说明气象指标选择的合理。

1.2 试验设计

遮雨棚和地膜试验于2020年10月1日开始在容县容州镇木坪沙田柚果场实施,选择朝阳坡地的梯田开展试验。由于遮雨棚等未能在9月初完成,所以将2020年作为预备试验,试验计划至少连续进行3年。容县沙田柚一般是10月23日霜降后开始采收,2020年的预备试验延长了采收时间到11月13日,以检验试验处理和晚收获的效果。

试验设6个处理:对照、普通地膜、遮雨棚、反光膜、遮雨棚+普通地膜、遮雨棚+反光膜;设置6个重复,每个重复1棵树;合计36个棵树即36个样本。从2020年10月1日——11月15日对各处理的冠内温度、湿度进行每日监测,并于11月13日进行柚果采样,12月对柚果可溶性固形物含量、果型、果重、果核数、果皮厚度等进行了测试和测量。

2 结果与分析

2.1容县沙田柚遮雨棚和薄膜覆盖试验结果

试验结果见表1和表2。

表1 36个样本冠内平均温度、平均湿度和柚果可溶性固形物含量 导出到EXCEL

Table 1 The average temperature, average humidity and soluble solid content of Shatian pomelo in 36 samples


处理和重复

Treatment and repetition

平均温度(℃)

Average temperature ( ℃)

平均湿度(%)

Average humidity (%)

可溶性固形物(%)

Soluble solids (%)

对照(Ⅰ)

25.1

43.6

13.3

对照(Ⅱ)

27.2

18.7

14.1

对照(Ⅲ)

27.1

51.6

14.2

对照(Ⅳ)

28.8

50.6

14.6

对照(Ⅴ)

28.3

44.5

14.7

对照(Ⅵ)

26.5

36.4

15.4

普通地膜(Ⅰ)

24.6

56.8

14.9

普通地膜(Ⅱ)

29.2

38.6

15.4

普通地膜(Ⅲ)

29.1

45.6

14.0

普通地膜(Ⅳ)

27.9

27.3

15.8

普通地膜(Ⅴ)

26.0

52.4

11.6

普通地膜(Ⅵ)

27.8

45.6

15.1

遮雨棚(Ⅰ)

25.9

22.8

12.8

遮雨棚(Ⅱ)

27.9

38.8

15.6

遮雨棚(Ⅲ)

29.3

49.8

15.1

遮雨棚(Ⅳ)

28.1

52.0

16.3

遮雨棚(Ⅴ)

27.2

31.4

15.0

遮雨棚(Ⅵ)

27.5

29.4

14.7

反光膜(Ⅰ)

27.0

38.9

15.7

反光膜(Ⅱ)

27.3

45.7

14.3

反光膜(Ⅲ)

28.5

43.6

14.6

反光膜(Ⅳ)

26.7

42.3

14.3

反光膜(Ⅴ)

28.0

45.3

14.0

反光膜(Ⅵ)

26.4

51.3

14.6

遮雨棚+普通地膜(Ⅰ)

28.1

43.0

15.5

遮雨棚+普通地膜(Ⅱ)

27.5

48.5

13.9

遮雨棚+普通地膜(Ⅲ)

28.6

46.9

14.9

遮雨棚+普通地膜(Ⅳ)

28.0

46.7

13.4

遮雨棚+普通地膜(Ⅴ)

27.4

51.7

15.6

遮雨棚+普通地膜(Ⅵ)

26.2

35.7

16.0

遮雨棚+反光膜(Ⅰ)

28.6

45.2

16.9

遮雨棚+反光膜(Ⅱ)

28.6

41.3

15.4

遮雨棚+反光膜(Ⅲ)

29.0

47.0

15.0

遮雨棚+反光膜(Ⅳ)

30.1

22.2

14.9

遮雨棚+反光膜(Ⅴ)

27.0

44.9

15.6

遮雨棚+反光膜(Ⅵ)

27.9

47.6

14.9



以表2中的平均值作为对比标准,按柚果可溶性固形物含量排序,各处理效果是:

1)遮雨棚+反光膜(15.5%)>遮雨棚(14.9%)、遮雨棚+普通膜(14.9%)>反光膜(14.6%)>普通地膜(14.5%)>对照(14.4%),遮雨棚+反光膜与对照处理相比,可溶性固形物含量提高了7.64%。

2)从普通地膜(14.5%)、对照(14.4%)、遮雨棚+普通地膜(14.9%)、遮雨棚(14.9%)4个处理结果看,普通地膜当年试验没有效果,遮雨棚略微有效。

3)与对照相比(14.4%),有效处理的顺序为:遮雨棚+反光膜(15.5%)、遮雨棚(14.9%)、遮雨棚+普通膜(14.9%)、反光膜(14.6%)。

4)与对照相比(43.1%),遮雨棚能适当降低冠内湿度(40.0%)。

5)与对照相比(27.2 ℃),遮雨棚+反光膜(28.5 ℃)、遮雨棚(27.7 ℃)能够适当提高冠内温度。

表2 不同处理柚果可溶性固形物含量、冠内湿度、冠内温度的范围和平均值 导出到EXCEL

Table 2 The range and average value of soluble solid content, crown humidity and crown temperature of Shatian pomelo under different treatments


处理

 Treatment

可溶性固形物含量范围(平均值)(%)

Soluble solids content range (average) (%)

冠内湿度范围

(平均值)(%)

In crown humidity range

(average) (%)

冠内温度范围

(平均值)(℃)

Temperature range in crown

(average) ( ℃)

对照

13.3-15.4(14.4)

27.3-51.6(43.1)

25.1-28.8(27.2)

普通地膜

11.6-15.8(14.5)

32.2-56.8(45.5)

24.6-29.2(27.4)

遮雨棚

12.8-16.3(14.9)

29.3-52.0(40.0)

27.2-29.3(27.7)

反光膜

14.0-15.7(14.6)

39.7-51.3(45.2)

26.4-28.5(27.3)

遮雨棚+普通地膜

13.4-16.0(14.9)

37.7-51.7(46.2)

26.2-28.6(27.6)

遮雨棚+反光膜

14.9-16.9(15.5)

29.7-47.6(43.0)

27.0-30.1(28.5)



2.2单一气象指标与沙田柚可溶性固形物含量的关系

从2020年10月1日至采样的11月13日累计44天的监测数据分析可见:

(1)冠内平均温度和平均湿度不相关。

(2)6个处理6个重复总计36个样本的冠内平均温度与柚果可溶性固形物含量(%)呈显著正相关关系,回归方程为Y=-0.0697×X2+4.0878×X-44.881,r=0.354*(r0.10=0.279,r0.05=0.329,r0.01=0.424,n=36),结果见图1,说明设施处理通过温度的提高能够提升沙田柚柚果可溶性固形物含量。

图1 柚果可溶性固形物含量与冠内平均温度的关系

图1 柚果可溶性固形物含量与冠内平均温度的关系   下载原图

Fig. 1 The relationship between soluble solid content of Shatian pomelo and average temperature in crown

(3)6个处理6个重复总计36个样本的冠内湿度与柚果可溶性固形物含量(%)在10%水平下显著相关,回归方程为Y=-0.003×X2+0.229×X+10.850,r=0.295,结果见图2,说明在2020秋季气候条件下,设施处理通过湿度的降低未能在5%和1%水平下显著提升沙田柚柚果可溶性固形物含量。

图2 柚果可溶性固形物含量与冠内平均湿度的关系

图2 柚果可溶性固形物含量与冠内平均湿度的关系   下载原图

Fig. 2 The relationship between soluble solid content of Shatian pomelo and average humidity in crown

(4)以冠内平均湿度35%为界限,分别制作平均湿度与柚果可溶性固形物含量的散点图,并配回归方程,结果见图3和图4。图3中包含6个样本,未达到显著相关水平,但变化趋势结果显示,在湿度过低情况下,提高湿度有利于柚果可溶性固形物含量的提高,即太干燥的气象条件下不利于高品质的形成。

图3 平均湿度在≤35%条件下柚果可溶性固形物含量与平均湿度的关系

图3 平均湿度在≤35%条件下柚果可溶性固形物含量与平均湿度的关系   下载原图

Fig. 3 The relationship between soluble solid content and average humidity of Shatian pomelo under the condition of average humidity≤35%

(5)图4中样本30个,回归方程为Y=0.006×X2-0.583×X+29.410,r=-0.366*(r0.05=0.361,n=30),显示湿度从35%开始随着湿度的增加,柚果可溶性固形物含量降低;结合图3、图4结果和容县沙田柚柚果可溶性固形物含量大年条件为“9月21到10月31日每日最小相对湿度的平均”为45%-46%的结果,可以初步确定湿度35%-45%为柚果可溶性固形物含量高年的最佳范围。

图4 平均湿度>35%条件下柚果可溶性固形物含量与平均湿度的关系

图4 平均湿度>35%条件下柚果可溶性固形物含量与平均湿度的关系   下载原图

Fig. 4 The relationship between soluble solid content and average humidity of Shatian pomelo under the condition of average humidity > 35%

(6)当45%≤平均湿度≤57%时,可溶性固形物含量≥15%的比例为33.3%,当35%≤平均湿度<45%时,可溶性固形物含量≥15%的比例为66.7%,也说明湿度35%-45%最有利于可溶性固形物的积累。

剔除对照处理,30个处理的可溶性固形物含量≥12%的比例为96.7%,同期对照6个样本≥12%的比例为100.0%,说明在非设施条件下,间接说明晚收获有利于品质的提高。

(6)上述结果说明气象因素对柚果可溶性固形物含量影响的效果受制于当时气象条件,在2020年9月降雨集中,9月7日-30日期间出现过18天降雨,特别是9月27日出现34.5mm、9月30日更是出现了超过100mm暴雨事件,致使土壤水完全饱和,而本设施试验全面竣工时已经错过沙田柚成熟早期,尤其是普通地膜的不透气性,将饱和的土壤水完全封闭于根系密布的土壤中,从而抵消了地膜甚至于地膜上的遮雨棚的遮雨效果,这应该是造成普通地膜以及普通地膜+遮雨棚处理增加可溶性固形物含量效果不佳的主要原因;同时10月1日至11月13日,仅有4天有降雨,降雨量分别为10月14日12.7mm,10月15日3.6mm,10月29日0.9mm,10月30日1.7mm,累计降雨量18.9mm,降水偏少也降低了遮雨棚等处理的效果。

3讨论

糖度和水分的含量决定沙田柚果实的口感与风味,是评价沙田柚品质的重要指标。果实成熟后期,沙田柚果实内部的总糖含量的积累量最大。沙田柚在成熟期出现较长时间的阴雨寡照天气,光照条件不足,光合作用能力较差,导致碳水化合物生成量较少,可溶性固性物质积累不足导致果品品质较差[16]。胡莉等[17]人研究表明在沙田柚成熟前期,如遇气温过高,将会导致沙田柚果皮较粗且汁胞质地硬;若温度过低,将会降低果肉含糖量,使得含酸量增高,果较小,缺乏风味,果实口感不佳。杨静娴等[18]人研究发现降水量的增加是导致处于成熟后期沙田柚果实含水量增加的一个重要原因,从而进一步影响沙田柚内部糖分的积累下降,使得沙田柚可溶性固形物含量减少。沙田柚的品质主要取决于可溶性固形物的含量多寡与树体养分的积累。空气湿度过大,影响叶片进行光合作用,则不利于有效可溶性固形物的储存,致使沙田柚品质偏低[19,20,21]。夏桂红等[18]研究表明果实成熟期,水分对容县沙田柚品质的影响重大,减少水分吸收利于沙田柚糖分的转化和沙田柚品质的提高。

国内外有关果园地表覆盖的研究多集中于某一种覆盖方式的物理性状和生态效应分析方面[22],而关于不同覆盖方式对沙田柚可溶性固形物含量的影响的研究则鲜见报道。人们覆盖地膜,通过改变光辐射的吸收,将其转化及热量传导[23],增强树冠层光照强度,提高果实的色泽效果,促进果实的可溶性固形物质的积累[24,25]

本研究表明,影响容县沙田柚可溶性固形物含量多寡的关键气象因子为成熟期平均温度和平均湿度。基于气象条件,探讨不同地面覆盖方式对容县沙田柚成熟期柚果可溶性固形物含量的影响。研究发现,按柚果可溶性固形物含量排序,各处理效果是:遮雨棚+反光膜(15.5%)>遮雨棚(14.9%)、遮雨棚+普通膜(14.9%)>反光膜(14.6%)>普通地膜(14.5%)>对照(14.4%);同对照组比较分析可得:普通地膜在当年试验中效果不理想,而遮雨棚+反光膜效果最佳。

4结论

本文分析容县沙田柚可溶性固形物含量与遮雨棚和铺设地膜关系,基本结论如下:

(1)按柚果可溶性固形物含量排序,各处理效果是:遮雨棚+反光膜(15.5%)>遮雨棚(14.9%)、遮雨棚+普通膜(14.9%)>反光膜(14.6%)>普通地膜(14.5%)>对照(14.4%)。与对照相比,普通地膜当年试验没有效果。

(2)冠内平均温度与柚果可溶性固形物含量呈显著正相关关系,说明通过温度的提高能够提升沙田柚柚果可溶性固形物含量。

(3)当35%≤湿度<45%时,可溶性固形物含量≥15%的比例最高,为66.7%。

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