駱慧楓，廖益民，壽國(guó)忠，黃康康，裴嘉博，郗篤雋，張 琛，阮若昕，劉 輝

(1 浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院園藝研究所，杭州，311300；2 浙江省建德市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江建德，311699；3 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，杭州，311300)

甜櫻桃(PrunusaviumLindl.)是薔薇科(Rosaceae)李屬(Prunus. L)植物，是繼中國(guó)櫻桃(PrunuspseudocerasusLindl.)之后成熟最早的鮮果。與中國(guó)櫻桃相比，甜櫻桃果個(gè)較大，色澤艷麗，香味濃郁，營(yíng)養(yǎng)豐富，綠色健康，是深受消費(fèi)者喜愛(ài)的溫帶水果之一[1]。目前，我國(guó)甜櫻桃栽培品種主要來(lái)自歐美國(guó)家，在大連、泰安、煙臺(tái)等地區(qū)栽培表現(xiàn)較好，成為促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收的特色產(chǎn)業(yè)[2]。近年來(lái)，由于甜櫻桃較高的經(jīng)濟(jì)效益和休閑價(jià)值，刺激了南方果農(nóng)的生產(chǎn)積極性，南方地區(qū)如江蘇、浙江、上海、貴州等地種植戶以及科研單位逐步進(jìn)行甜櫻桃的引種與試栽[3-5]。目前，我國(guó)甜櫻桃栽培面積已超過(guò)20萬(wàn)hm2，且尚未滿足消費(fèi)者需求[4]。

我國(guó)南方地區(qū)冬季低溫不足，夏季高溫、降水充沛，導(dǎo)致甜櫻桃需冷量不足，畸形果增多，裂果率增加，嚴(yán)重制約了甜櫻桃產(chǎn)業(yè)在南方地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。其中，裂果是影響果實(shí)外觀、品質(zhì)和引發(fā)病害的重要問(wèn)題(見(jiàn)圖1)。甜櫻桃裂果除了與品種、砧木有關(guān)[7-8]，還與環(huán)境因子和晝夜節(jié)律密切相關(guān)[9-10]。研究認(rèn)為，降水是引起甜櫻桃裂果的關(guān)鍵因素之一[11]，果實(shí)著色期與成熟期遇到陰雨天氣，土壤或空氣含水量達(dá)到80%以上會(huì)造成大量裂果[12]。也有研究指出，果農(nóng)的不合理灌溉使土壤水分含量變化大，導(dǎo)致甜櫻桃裂果率增加[13]。此外，高溫與日灼也會(huì)引起甜櫻桃向陽(yáng)面先著色的部位產(chǎn)生裂紋[14](見(jiàn)圖1B)。南方地區(qū)雨季較長(zhǎng)，環(huán)境變化差異大，甜櫻桃裂果嚴(yán)重。目前，防治甜櫻桃裂果的主要措施是避雨栽培，然而在避雨栽培下或者在干旱環(huán)境中甜櫻桃裂果仍然大量發(fā)生。因此，裂果是長(zhǎng)三角區(qū)域在甜櫻桃栽培上需要攻克的重要難題之一。

圖1 甜櫻桃裂果情況

智慧農(nóng)業(yè)是將現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)之中，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)粗放的種植管理模式向現(xiàn)代的智能化、科學(xué)化方式的躍變[15]。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能夠?qū)崟r(shí)采集、監(jiān)測(cè)種植園中的種植環(huán)境和生產(chǎn)管理信息，有助于對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行全面分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)定位問(wèn)題并采取相應(yīng)措施[16]。本文通過(guò)新一代物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取甜櫻桃果實(shí)發(fā)育期間環(huán)境因子變化規(guī)律，并通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水分，研究不同土壤含水量對(duì)甜櫻桃裂果及其品質(zhì)的影響，以期為提高甜櫻桃科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)主要在2020年的3—6月進(jìn)行，地點(diǎn)位于浙江省杭州市西湖區(qū)甜櫻桃研究基地(120°08′E，30°16′N)，供試品種為6年生“薩米脫”(“Summit”)和“布魯克斯”(“Brooks”)，采用避雨、起壟栽培方式；定植壟寬2 m、高45 cm，株距3 m，單行種植；避雨棚為單拱圓形鋼管大棚，棚跨度7 m、頂高3.2 m，肩高1.8 m，頂部避雨膜寬6 m。

1.2 新一代NB-IoT多功能一體化氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建

甜櫻桃物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、供電選擇控制器系統(tǒng)3個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、大氣壓強(qiáng)、土壤溫度及土壤濕度在內(nèi)的多要素環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集各個(gè)環(huán)境參數(shù)，將數(shù)據(jù)保存在云數(shù)據(jù)中，并在大屏或手機(jī)上顯示。供電系統(tǒng)有太陽(yáng)能電源、AC220V、LI電池3種供電方式選擇。數(shù)據(jù)通過(guò)Socket儲(chǔ)存到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)端或者PC端。同時(shí)，由Apache服務(wù)器和PHP等開(kāi)發(fā)工具，與數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)交互[17]，實(shí)現(xiàn)設(shè)施內(nèi)甜櫻桃種植管理數(shù)據(jù)及圖像的顯示，通過(guò)曲線或表格形式導(dǎo)出。新一代NB-IoT多功能一體化氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將供試材料分4組，每組各有3株“薩米脫”和3株“布魯克斯”。在甜櫻桃膨大期至成熟期間，分別將土壤含水量控制在80%、60%和40%，波動(dòng)控制在5%以內(nèi)；第4組為對(duì)照組，依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌溉，土壤水分變幅較大。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

記錄甜櫻桃盛花期、謝花期、硬核期、膨大期、轉(zhuǎn)色期和成熟期；在試驗(yàn)期間，全天24 h實(shí)時(shí)采集甜櫻桃設(shè)施內(nèi)的各個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)，15 min采集1次；不同類型天氣環(huán)境數(shù)據(jù)分別取2020年4月29日(晴天)、2020年5月6日(降水)；記錄試驗(yàn)期間降雨時(shí)間，同時(shí)記錄2019年3—6月期間降雨時(shí)間；果實(shí)膨大轉(zhuǎn)色后，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期甜櫻桃裂果率；測(cè)定不同時(shí)期果實(shí)的單果質(zhì)量、橫徑、縱徑和可溶性固形物含量，每個(gè)處理10個(gè)，重復(fù)3次，單果質(zhì)量用天平測(cè)量，可溶性固形物含量采用手持折光儀進(jìn)行測(cè)定。采用SPAD-502plus葉綠素測(cè)定儀測(cè)定葉片SPAD值，以此表征葉片葉綠素相對(duì)水平。葉面積用YMJ-B手持葉面積測(cè)量?jī)x測(cè)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 16.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析(p<0.05)，在Originpro 2015上進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期

2020年3—5月觀察甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育情況，并記錄物候期(見(jiàn)表1)。結(jié)果表明，在杭州地區(qū)避雨栽培下，2個(gè)甜櫻桃品種在3月下旬進(jìn)入初花期，4月上中旬謝花，4月下旬進(jìn)入果實(shí)膨大期，5月中下旬果實(shí)成熟。“薩米脫”成熟期晚于“布魯克斯”，2個(gè)品種從謝花期發(fā)育至成熟需要約40 d時(shí)間。

表1 甜櫻桃物候期 月-日

2.2 果實(shí)發(fā)育期間氣候特點(diǎn)

南方地區(qū)春季雨水較多，甜櫻桃在果實(shí)發(fā)育期間遇到降雨天氣，土壤含水量和空氣濕度劇增，會(huì)引起甜櫻桃表皮膨脹，產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致裂果、病果產(chǎn)生。調(diào)查表明，2019年甜櫻桃裂果比2020年嚴(yán)重，統(tǒng)計(jì)2年間甜櫻桃果實(shí)發(fā)育期間的天氣(見(jiàn)圖3)，結(jié)果顯示，2020年甜櫻桃果實(shí)發(fā)育期間(4月13日至5月22日)降雨天數(shù)為11 d，轉(zhuǎn)色期前后(5月5—7日)出現(xiàn)3 d連續(xù)降雨。2019年同期降雨天數(shù)為18 d，且多次出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣。

圖3 甜櫻桃果實(shí)發(fā)育期天氣情況

2.3 果實(shí)發(fā)育期間甜櫻桃生長(zhǎng)環(huán)境特點(diǎn)

2.3.1 光照強(qiáng)度特點(diǎn) 甜櫻桃果實(shí)膨大期間，日平均光照為15 000 lx時(shí)與溫濕度達(dá)到平衡。在管理中，晴朗天氣在9—10時(shí)開(kāi)始遮陽(yáng)，16時(shí)左右遮陽(yáng)結(jié)束。試驗(yàn)期間，栽培設(shè)施內(nèi)平均光照強(qiáng)度為15 840 lx，光強(qiáng)度由上午5時(shí)30分左右開(kāi)始增加，于18時(shí)30分左右降為0 lx。試驗(yàn)期間，最大光照強(qiáng)度為48 320 lx(圖4A)。晴天(4月29日)光照強(qiáng)度較強(qiáng)，遮陽(yáng)后光照顯著下降；降水天氣(5月6日)光照強(qiáng)度較弱，變化較緩和(圖4B)。

2.3.2 空氣溫度特點(diǎn) 數(shù)據(jù)表明，4月13日至5月22日期間平均氣溫為22.1 ℃，最高氣溫為38.5 ℃，最低氣溫為6 ℃。其中21 d最高溫度超過(guò)30 ℃，影響果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育(見(jiàn)圖4C)。氣溫日變化曲線呈“單峰”型，日最低溫度在清晨5時(shí)左右，隨后溫度升高，于13—14時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)。分析不同天氣類型日變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)晴天日溫差明顯高于降水天氣(圖4D)。

2.3.3 空氣濕度特點(diǎn) 試驗(yàn)期間，甜櫻桃試驗(yàn)基地中相對(duì)空氣濕度最高可達(dá)95.2%，最低為18.3%，日間空氣濕度變化幅度大(圖4E)。分析日間空氣濕度變化規(guī)律，空氣濕度從上午6時(shí)30分左右開(kāi)始下降，隨后3個(gè)小時(shí)內(nèi)空氣濕度迅速降低，于13時(shí)左右達(dá)到最低，17時(shí)至21時(shí)迅速增加，21時(shí)后保持在較高的水平。其中晴朗天氣相對(duì)空氣濕度每日有9～10 h保持在80%以上，降水天氣以及陰天相對(duì)濕度24小時(shí)保持在50%以上，且變化趨勢(shì)平緩(圖4F)。

2.3.4 土壤溫度特點(diǎn) 甜櫻桃謝花進(jìn)入硬核期至果實(shí)成熟期間，土壤溫度隨著外界溫度的增加緩慢升高。其中土壤最高溫度為25 ℃，最低為11.3 ℃，平均溫度為19 ℃(圖4G)。土壤溫度日變化規(guī)律也呈平緩的“單峰”型，日最低溫度在清晨7時(shí)左右，隨后緩慢升高，于18時(shí)左右達(dá)到最高，均晚于日空氣溫度。與晴天相比，降水天氣土壤溫度變化趨勢(shì)更為緩和(圖4H)。

圖4 甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育期間環(huán)境變化

2.4 不同土壤相對(duì)含水量對(duì)裂果率的影響

土壤含水量是影響裂果的重要因素，甜櫻桃進(jìn)入果實(shí)發(fā)育期至成熟期，將土壤相對(duì)含水量穩(wěn)定在不同水平，統(tǒng)計(jì)不同品種在轉(zhuǎn)色后裂果率的動(dòng)態(tài)變化。試驗(yàn)表明，“布魯克斯”裂果率遠(yuǎn)高于“薩米脫”，在對(duì)照中，“布魯克斯”裂果率高達(dá)81%。在果實(shí)發(fā)育期間將土壤含水量維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平可以有效降低裂果率，其中將土壤相對(duì)含水量控制在40%左右作用最明顯，“薩米脫”裂果率降低了20%，“布魯克斯”裂果率降低了49%，差異達(dá)極顯著水平(見(jiàn)圖5)。

注：對(duì)照為依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌溉，土壤水分變幅較大。表2和表3同。圖5 不同土壤相對(duì)含水量下甜櫻桃裂果率

2.5 不同土壤相對(duì)含水量對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

試驗(yàn)結(jié)果看出，土壤相對(duì)含水量的增加可以增加甜櫻桃的單果質(zhì)量，“薩米脫”的土壤含水量在80%時(shí)的單果質(zhì)量比40%的增加了8.5%，同比“布魯克斯”則增加了25.1%。土壤相對(duì)含水量降低可以增加果實(shí)可溶性固形物含量，“薩米脫”的土壤含水量在40%時(shí)的可溶性固形物比80%時(shí)增加1.7個(gè)百分點(diǎn)，同比“布魯克斯”則增加了4.48個(gè)百分點(diǎn)(見(jiàn)表2)。

表2 不同土壤含水量對(duì)甜櫻桃果實(shí)品質(zhì)的影響

2.6 不同土壤含水量對(duì)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響

葉片是光合作用的主要器官。研究表明，土壤相對(duì)含水量增加可以使葉面積增加，“薩米脫”的土壤含水量在80%時(shí)的葉面積比40%的增加了7.1%，同比“布魯克斯”增加了34.7%。檢測(cè)不同土壤含水量與葉綠素水平之間的關(guān)系，結(jié)果表明，不同土壤含水量對(duì)葉綠素含量影響較小，土壤含水量在80%時(shí)，“薩米脫”葉綠素含量降低，隨著土壤含水量的增加，“布魯克斯”葉綠素水平差異不顯著(見(jiàn)表3)。

表3 不同土壤含水量對(duì)甜櫻桃營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響

3 討論與展望

不同品種裂果敏感性不同，在煙臺(tái)地區(qū)調(diào)查研究表明，8個(gè)品種大櫻桃裂果率由高至低分別為“紅燈”“賓庫(kù)”(‘Bing’)“薩米脫”“早大果”“美早”(‘Tieton’)“先鋒”(‘Van’)“拉賓斯”(‘Lapins’)[18]。在本試驗(yàn)中，“薩米脫”和“布魯克斯”為中晚熟品種，在相同的環(huán)境條件下，“布魯克斯”裂果率遠(yuǎn)高于“薩米脫”。因此，選育出適合南方地區(qū)栽培的，具有較強(qiáng)抗性的新品種是降低裂果率的根本途徑。

有研究者認(rèn)為，空氣濕度是影響甜櫻桃裂果的重要環(huán)境因子，果實(shí)暴露在高濕度的環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致果皮裂紋的產(chǎn)生[19]，日平均濕度在75%以下可以有效降低裂果率[20]。在晴朗天氣，甜櫻桃基地的空氣濕度每日呈周期性變化，下午達(dá)到最低點(diǎn)，夜里達(dá)到最高點(diǎn)并超過(guò)95%，陰雨天氣全天相對(duì)濕度都較高。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在杭州地區(qū)，避雨設(shè)施條件下，2019年甜櫻桃裂果率遠(yuǎn)高于2020年，說(shuō)明了連續(xù)陰雨天氣使果實(shí)長(zhǎng)期暴露于高濕度環(huán)境中，裂果率顯著增加。也有研究證明，裂果主要與濕度持續(xù)的時(shí)間和濕潤(rùn)面積有關(guān)，浸潤(rùn)時(shí)間越長(zhǎng)，受潮面積越大，裂果率越高[21-22]。因此，陰雨天氣降低空氣濕度有助于降低裂果率。

在避雨設(shè)施中，灌溉不合理導(dǎo)致土壤濕度急劇變化，水分通過(guò)根系運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)，使果肉膨大，造成裂果[23，9]。在栽培生產(chǎn)中，種植戶在謝花后澆水不足，在果實(shí)膨大期和成熟期大量澆水，果實(shí)細(xì)胞膨壓增大，果皮細(xì)胞彈性不足導(dǎo)致裂果大量產(chǎn)生。有研究表明，在果實(shí)生長(zhǎng)前期，土壤相對(duì)含水量應(yīng)保持在60%～80%，果實(shí)著色后應(yīng)保持在55%～75%[24]。本試驗(yàn)表明，甜櫻桃果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育期間，保持土壤含水量在相對(duì)恒定的水平能夠有效降低裂果率。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主流，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要方法[25]。在草莓的種植中，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化應(yīng)用有效提升了水肥利用的科學(xué)性和有效性[26]?，F(xiàn)有研究表明，甜櫻桃在高溫多雨的南方地區(qū)種植，避雨栽培是首要條件[27]，但避雨栽培生產(chǎn)中各階段量化的指標(biāo)尚不明確，果農(nóng)常以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)調(diào)控溫度、水肥等，存在管理不科學(xué)的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在甜櫻桃栽培中的應(yīng)用，有助于構(gòu)建大數(shù)據(jù)體系，探索甜櫻桃生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，為果農(nóng)科學(xué)、高效生產(chǎn)提供有力保障。