于 菲， 王發(fā)林， 張 晏， 陸 琳， 仇明華， 汪懋華， 李 莉

（1. 云南省農業(yè)科學院園藝作物研究所，云南 昆明 650205； 2. 甘肅省農業(yè)科學院林果花卉研究所，甘肅 蘭州 730070；3. 中國農業(yè)大學信息與電氣工程學院，北京 100083）

0 引言

光照資源對綠色植物的健康成長發(fā)揮著不可取代的作用[1-2]。植物在生長過程中，為保證其自身生長的健康性，滿足其能量需求，利用太陽光合成營養(yǎng)物質，使其能夠健康發(fā)育與生存。為提升果實產量，使用可變透光智慧膜材料實現(xiàn)太陽光的合理利用，是具有科技性的技術措施[3]。果樹成長既需要充足的光照以滿足光合效率和光合產物的需求，又需要避免果實因光照過強而關閉氣孔，光合作用受阻，進而傷害果樹，降低果實質量和產量[4]。云南地處低緯度高原，在果樹種植環(huán)境中，上述矛盾普遍存在，充足的光照提高了口感；過于強烈的光照加重了果園小環(huán)境的干旱程度，加大了極端溫度，過于巨大的溫差對果實品質和果樹的生長造成了一定的危害，而普通設施大棚膜并不能改善這類問題。本文利用可變透光智慧膜材料在低緯度高原桃園制造一個光照變化環(huán)境，探究桃培育中光照產生的影響，分析可變透光智慧膜的應用效果。

1 試驗設計

1.1 材料與分組

選擇使用可變透光智慧膜材料與不使用可變透光智慧膜材料的兩種方式，對比兩種方式下的果實產量?？勺兺腹庵腔勰げ牧嫌芍貞c大學物理學院及其合作企業(yè)重慶禾維科技有限公司提供。當氣溫在28 °C 以下時，智慧膜全透明；氣溫一旦達到28 °C，智慧膜變?yōu)椴煌该?，可減少光照，進而降低智慧膜下的溫度。

地點為昆明市盤龍區(qū)小河村桃園，海拔2 050 m，試驗時間為2021 年3?9 月，參試品種為5 年生早熟桃春雪。

設置試驗組和對照組，試驗組使用可變透光智慧膜材料，在普通大棚里搭建玻璃棚，如圖1 所示；對照組為露地傳統(tǒng)栽培模式。除智慧膜材料外，試驗組和對照組其他變量相同。

圖1 智慧膜使用方式Fig. 1 Usage of smart film

1.2 測量指標與步驟

測量試驗組和對照組所在微環(huán)境的溫度和濕度。溫度和濕度影響果實的花芽成長、坐果率和品質。試驗分析時，基于微環(huán)境下的溫度濕度情況分析果樹與果實的性狀。

首先，檢測果實的生長情況，觀察其花芽分化情況、果實成長的速度[5]。記錄最初成長花芽的時間和花芽集中大規(guī)模生長的時間。判斷大規(guī)模生長的依據(jù)是不相鄰三棵樹的花芽成長比例超過70%。選擇3 棵樹的原因是以小窺大，按照比例進行檢測，提升記錄效率；選擇不相鄰的樹時為了保證樹木之間不會存在著完全相同的環(huán)境條件，不會出現(xiàn)花芽集體發(fā)育問題。記錄的時間為每3 d 進行一次記錄，記錄的時間為當日14:00。在對花芽成長率進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計的時候，以最先出現(xiàn)花芽大規(guī)模生長的分組檢測時間為依據(jù)，數(shù)據(jù)計算不相鄰3 棵樹的花芽成長比例。

其次，檢測果樹的坐果率和果實長勢，在結束生理落果之后，統(tǒng)計果樹穩(wěn)定掛果數(shù)據(jù)，并計算果樹的坐果率，判斷果實長勢。

最后，測量果實的含糖量。果實成熟后，在樹的各個方位、高度隨機采摘果實，盡力保證果實成熟程度相同。試驗組和對照組的果實量均為每組10 個，重復3 次。利用水果含糖量近紅外檢測系統(tǒng)完成測試。

1.3 數(shù)據(jù)處理

選用SPSS 20.0 軟件處理測量數(shù)據(jù)，采用t檢驗與χ2檢驗分析數(shù)據(jù)。兩組之間P<0.05 時，認為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 試驗結果

2.1 花芽生長態(tài)勢

桃花芽分化正常，但是花芽生長不理想，存在不萌發(fā)的現(xiàn)象。植物在生長過程中，將光能轉化成為熱能，為果樹生長提供能量。光照時間對果樹的花芽生長具有一定促進作用。溫度的變化將會影響果樹成長，同時也會影響到植物的花芽生長態(tài)勢，極端高溫或者低溫會抑制花芽生長態(tài)勢。低緯度高原的溫度主要由光照決定，白天光照強烈，大氣溫度上升；夜間沒有光照，大氣溫度迅速下降。試驗組和對照組花芽生長態(tài)勢的比較如表1 所示。

表1 花芽生長態(tài)勢對比Tab. 1 Comparison of flower bud growth

優(yōu)化光照環(huán)境、改善微環(huán)境的溫度環(huán)境，可以顯著強化果實的品質、產量及著色程度，對果樹的成長也大有裨益[6-8]。相關研究表明，植物的光合作用與光照兩者之間存在著十分緊密的聯(lián)系，太陽光照的強度會改變環(huán)境的溫度，對植物的生長產生影響，另外也會對光合產物產生直接影響。此外，光照影響樹體結構、果樹葉片、枝丫成長。光照時間充足，葉片變厚實，且著色較深，果樹易出現(xiàn)張開的樹冠結構[9]。光照時間不充分，果樹營養(yǎng)枝長度增加，光照嚴重不足時，會引起葉片脫落。

觀察表1 可知，不同分組的花芽成長率各有不同，且兩者之間的差距具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。在果樹區(qū)域內鋪設可變透光智慧膜材料以后，可顯著改善該區(qū)域的光環(huán)境，降低白天的日照強度，從而降低花芽的直射溫度；可變透光智慧膜具有良好的密閉性，在夜間不會快速流失熱量，可有效防止夜間溫度快速降低，避免低溫對花芽的傷害。這樣，既能滿足果樹樹體對光的需求，又可通過光照環(huán)境的改變來改善微環(huán)境的溫度，使得試驗組的花芽成長率較高；反之，在未鋪設可變透光智慧膜材料的果樹區(qū)域內，因為缺少對光的調控，不能改變溫度和濕度，白天日照過強，溫度過高，夜間溫度過低，在一定程度上影響花芽的成長率。比較兩組結果，組間花芽成長率相差22.62%，差距十分明顯，這表明，鋪設可變透光智慧膜材料，可以實現(xiàn)光源的調控，既為果樹成長提供充足光照，又可避免部分低溫傷害。

2.2 坐果率

坐果率直接影響果樹的產量，因此判斷果樹的經(jīng)濟性狀，坐果率是不可回避的一個指標[10]。觀察初花期、盛花期、幼果期、自然落果期情況，收集到試驗組和對照組的果實坐果率如表2 所示。

表2 坐果率對比Tab. 2 Comparison of fruit rate

合理的光照可提升果樹坐果率?；ㄑ康纳L會對果實的坐果率有著很大的影響，而光照會影響花芽的生長，光照間接影響果實的坐果率。當光照的時間和強度改變時，微環(huán)境下的溫度和濕度將會出現(xiàn)相應的變化。在植物進行光合作用的過程中，太陽光可以影響植物生長、新陳代謝、果實、果實發(fā)育、成長及果實分布，可以利用光的熱效應為果實坐果提供良好的溫度環(huán)境[11-14]。植物在生長過程中，利用光合作用合理應用光照資源，制造有機物，使得綠色植物能夠良好生長[15]。在果樹的成長中，光的影響不可取代，可加快推進植物體內生成碳水化合物，延長新梢節(jié)間，合成果樹蛋白質和有機酸[16-17]。

通過表2 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果可以得知，鋪設可變透光智慧膜材料以后，桃樹的坐果率確實得到顯著提升。試驗組的坐果率超出對照組坐果率8.97 個百分點，且差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）?？梢酝茢啵佋O可變透光智慧膜材料能為果樹產量提供保障，有助于實現(xiàn)果樹的經(jīng)濟效益。

2.3 果實含糖量

含糖量是比較果實品質的重要元素，對比含糖量有助于獲得果實的經(jīng)濟性。光照環(huán)境對果實的生長發(fā)育和同化作用具有直接影響，從而影響到果實的品質與產量[18-19]。外界通風較好，光照資源充足時，果實會擁有很好的著色，糖和VC 的含量都較高[20]。另外，也會擁有比較適宜的含水量，便于存儲果實[21]。果實含糖量如表3 所示。

表3 果實含糖量對比Tab. 3 Comparison of fruit sugar content

合理的光照時長會有助于果實的成長與發(fā)育，其中包含有果實的形狀、大小、色澤及含糖量。而光照過多，溫度過高，易引起日灼，尤以大陸性氣候地區(qū)，沙地和晝夜溫差變化大的地區(qū)更易發(fā)生。果樹的葉和枝在強光照射下，葉片溫度可提高5～10 °C，樹皮可提高10～15 °C。當樹干溫度升高到50 °C 以上或在40 °C持續(xù)2 h，即會發(fā)生日灼，影響樹體健康，并易受病蟲的侵染。發(fā)生日灼，輕則降低果實品質，重則引起果實的腐爛，都會減少收益。

對桃子的研究結果顯示，光照時間不足，導致光能提供缺失，會抑制果實的成長，造成果實的果形指數(shù)、果重下降，成熟時間延后。在低緯高原果樹栽培中，用普通膜進行光照調節(jié)時，往往會大幅度降低果實的含糖量，其品質無法達到優(yōu)質標準。本文試驗結果顯示，試驗組的果實含糖量比對照組低0.9%，差異不顯著（P>0.05），仍然高于國家桃品質標準中的優(yōu)質果標準（12%）?？梢酝茢啵佋O可變透光智慧膜材料并不會降低果實質量，不會降低果實的經(jīng)濟效益。

2.4 果實表皮發(fā)育

果實的表皮質量是果實品質的重要組成部分。在果實尚未成熟之前，果實中的葉綠體會輔助光合作用，并且還會利用葉黃素對葉綠素產生保護作用，避免過強的光照強度、外界高溫破壞葉綠素。光照在果實的發(fā)育中具有不可取代的作用，也是果實表皮顏色鮮艷的原因。利用可變透光智慧膜材料可以調節(jié)光照強度。在光照強烈的時候，光膜不透明，削減光照強度，保護果實，避免過強的日照造成果實表面水分散失，生長不良；在光照強度變弱的時候，光膜保持透明，不消減光照，滿足果實對于光照的需求，為果皮上色提供物質支持。在本試驗中，試驗組的果實顏色鮮紅，表皮光滑，上色均勻，商品性較高；對照組的果實顏色較深，為深紫紅色，且整體發(fā)暗，表皮有機械損傷現(xiàn)象，果皮較厚。果皮損傷度對比如表4 所示。可見應用可變透光智慧膜材料，可積極促進果實的表皮發(fā)育，顯著提高果品的外觀質量。

表4 果皮損傷度對比Tab. 4 Comparison of epidermal injury rate

3 討論

果樹的生長與發(fā)育依賴自然環(huán)境，外界環(huán)境條件適合，會促進果樹健康成長，提升果樹產量。光合作用的質量受到光照強度、光照時數(shù)及可見光等多種因素影響，甚至會影響植物果實的生長及營養(yǎng)累積。果實產量的高低，果實品質的優(yōu)劣，在一定程度上受到光照的影響，所以，改善果園光照質量，對提升果園產量具有積極意義。種植者想獲得經(jīng)濟效益，需要強化技術要點分析，合理利用光資源，科學利用人工方式改變果園光照環(huán)境，提高果樹的光照資源使用效率。在生長過程中得到充足的光照后，果樹會擁有健壯的樹勢，樹冠能呈現(xiàn)出張開且緊湊的狀態(tài)，葉片也始終保持著光合能力。植物接受光照的時間較短，則對果樹的成長產生消極影響，果樹的枝條變得纖弱無力，會造成樹葉黃化，甚至落葉，最終降低產量。在良好的通風條件下，果實會表現(xiàn)出均勻的著色，擁有較高的VC 和碳水化合物含量。

果園生態(tài)平衡是指在果園生態(tài)環(huán)境中滿足果樹之間的信息傳遞、能量傳輸及物質循環(huán)，保證果樹與果樹之間形成統(tǒng)一、協(xié)調和相互適應的狀態(tài)。當果園中的生態(tài)系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)以后，其內部的所有成分之間均會表現(xiàn)出平衡且穩(wěn)定的狀態(tài)，滿足物質轉化、能量輸出與輸入的需求，保持其能夠在較長的時間內維持果樹的健康良性成長[22]。作為果樹生長不可獲取的動力資源，光照對果樹的成長質量有著不可取代的影響。鑒于此種影響，可變透光智慧膜材料對果園的培育具有積極作用，可以適度改造光源，適當調節(jié)光度，以滿足果樹對于光照資源的需求。與此同時，它還能夠在果樹群落之間產生影響。

光照持續(xù)時間對果樹開花的周期長短產生決定性影響。作為一種信息，光周期是果樹在不利生態(tài)環(huán)境下采取的應對措施，特別是對桃樹這樣的溫帶果樹，光照時間縮短時，意味著冬天將要來臨，需要進入休眠[23-24]。當光照時間縮短到一定時間以后，果樹體內會表現(xiàn)出一系列生理變化，光照時間不足將會降低果樹內部的有機物合成，使果樹不能快速累積能量，進而降低果樹產量。在果樹的生長周期中，對植物的光合作用產生影響的主要因素是光照的強度。光照的強度不高時，凈光合作用的產物僅能夠達到光照強度較高時的20%[25]。不同果樹在光照條件下的生理特征也會現(xiàn)不同。果樹周圍的綜合環(huán)境存在的差異，同樣會影響到果樹飽和點，導致不同的光合補償點。果樹的群體與單葉光合飽和點、光合補償點之間也存在差異性，位置不同的果樹同樣存在不同的光合補償點，同時與果樹的物侯期也存在關聯(lián)。就果樹群體補償點而言，由于下層葉片光照較弱，使得其光合補償點超出光合飽和點而不斷進行能量消耗[13,26]。總之，果樹群體指標可以作為在植物生長與發(fā)育過程中衡量光照角度影響力度的重要指標。

通過上述分析可以得知，光能對于果實的產量和品質有著不可取代的作用。在提升果實產量和品質時，必須選擇科學合理的農業(yè)技術措施，對光合作用的具體過程作出調節(jié)，合理利用與分配光合產物，有效提升光能資源的利用效率[27]。

客觀因素決定了光照資源在果園中的利用效率不高。首先，果樹接受到的太陽能有限。當光照射到果園內部以后，有一小部分被果樹反射，還有很大一部分能量照射到地面。其次，果樹不能充分利用太陽能[28]。當光照的強度達到高點的時候，若是再增加光照的強度，將會導致多余的太陽能損失掉。由于果樹的冠層擁有過高的光補償點，會導致光能被嚴重浪費。同時，由于強烈日照帶來的升溫，果樹喪失水分，會給植物體造成傷害。另外，也有一部分光能消耗在植物的呼吸作用中。再次，果樹生理狀況不良且環(huán)境因子存在問題。若是植物的光合作用器官受到外界環(huán)境限制或者是受到損傷，會導致其作用不能完全發(fā)揮出來，光能利用效率自然不高。最后，能量轉化的效率不高。果樹轉化光能并獲得有效能量的效率不高，這是導致利用光能效率不高的重要原因之一[29]。光照資源在果園中的利用效率偏低會造成果樹的經(jīng)濟系數(shù)不高，無法充分發(fā)揮光合作用的潛力。

使用可變透光智慧膜材料可有效提升果樹的光源利用效率。長久以來，可變透光智慧膜材料是重要的城市市政智慧型材料，將可變透光智慧膜材料引入農業(yè)生產，能夠根據(jù)室外溫度和亮度自動調節(jié)透光度，進而合理控制果樹生存的溫度和光照度。本文試驗已經(jīng)證實可變透光智慧膜材料能改善果樹賴以生存的光環(huán)境，使用該材料是未來果樹栽培環(huán)節(jié)的重要措施，對提升果樹產量具有積極意義。

為提升低緯度高原地區(qū)果樹的經(jīng)濟效益，首先要選擇合適的地塊培育果樹，保證氣候、土壤、水分等條件符合植物生長的標準。其次要有效結合果園生草覆蓋，增加果園生物多樣性，加深耕作層，改良土壤環(huán)境，合理施肥澆水，根據(jù)植物的生存特性進行合理管理。最后，可通過可變透光智慧膜材料鋪設以實現(xiàn)對光照的合理利用，盡力消除因高原地理及氣候等多種因素導致的光資源利用不合理現(xiàn)象，將可變透光智慧膜材料與果樹種植技術相互協(xié)調，提升果樹的產量，優(yōu)化果實品質。

從以下3 個角度分析可變透光智慧膜材料對果樹經(jīng)濟性狀的影響。

首先，比較花芽生長態(tài)勢?；ㄑ繉τ诠麡涞淖示哂凶顬橹苯拥挠绊?，因此花芽的發(fā)育是研究重點。當光照時間充足時，植物會獲得較高的能量，能加快促進植物的花芽生長，為果實坐果率奠定良好的基礎。在使用可變透光智慧膜材料后，可以顯著提升試驗組花芽的成長率，并能夠提升花芽成長的整齊度，可為提升果實數(shù)量奠定基礎。試驗組當中在完成可變透光智慧膜材料的鋪設，改善了光照環(huán)境，進而改變了花芽成長發(fā)育期不利的極端氣溫條件，對花芽成長有較好的促進作用，提升了果樹經(jīng)濟性狀。

其次，果實的坐果率直接影響果實產量。在判斷果樹經(jīng)濟性狀時，必須分析果實的坐果率。試驗組的果實坐果率為85.96%，遠遠高出對照組，可見，鋪設可變透光智慧膜材料對提升果樹產量具有積極的推動作用。當光照的強度水平和時間得到控制以后，幼果生長將處于一個最適合的范圍（≤28 °C），果實內部便會產生充足的養(yǎng)分以維系果實的生長；當果實的養(yǎng)料充足且生長動力達到標準以后，落果現(xiàn)象自然很少出現(xiàn)。鋪設可變透光智慧膜材料具有積極意義，有助于提升果樹經(jīng)濟性狀。

最后，果實的含糖量對果實的品質具有決定性的影響。當光照時間充足，光照資源充分時，果實便會擁有極好的著色，且能提高VC 和糖的含量。使用普通膜時，棚內溫度通常會過高，反而引起VC 和糖的含量降低。試驗組的果實含糖量與對照組沒有顯著差別，保持了露地栽培時所具有的高品質。在變光材料對栽培環(huán)境的保護下，可維持光照時間充足，規(guī)避高溫，提高低溫，植物能夠很好地進行光合作用，幫助植物體內累積足夠的養(yǎng)分。

4 結束語

可變透光智慧膜材料在果園中的應用，可以幫助果農提升經(jīng)濟作物的光資源利用效率，為果園增產奠定基礎。本文試驗結果表明，利用可變透光智慧膜材料可促進花芽生長，提高果樹的果實坐果率，保證果實糖分累積力度，實現(xiàn)果實的品質與產量雙豐收，可增加果樹種植戶的經(jīng)濟效益，助力產業(yè)提升。