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日灼病是柑橘生产中常见的生理性病害,在全国各柑橘产区均有发生,普遍发生在7-9月的伏旱高温期,轻度日灼会导致果皮呈黄褐色、果实畸形、囊瓣枯水、品质降低[1],重度日灼会导致直接落果或腐烂[2],严重危害产区的果实品控和产量稳定[3],已成为制约柑橘优质丰产的关键瓶颈因素之一。因此,研发经济高效、绿色安全的日灼病防控技术,是当前柑橘生产管理中的迫切需求。
研究发现,通过喷水[4]、施肥[5]、果实套袋[6]、贴纸[7]、套纸罩[8]、覆盖遮阳网[9-10]和果实涂白[11-12]等防控日灼病的方法,均能起到一定的效果,但大部分措施存在综合成本较高、操作繁琐等问题,难以实现生产上的大规模推广应用。其中,果实喷涂白剂是最经济有效的方法。传统涂白剂以石灰水为主,其颗粒大容易堵塞喷头,果面覆盖不均,长期使用易使土壤碱化[13],且黏着剂使用浓度较高,采收时果面仍残留难以清洗,严重降低果实商品性。
轻质碳酸钙经煅烧、消化、碳化等工艺制成[14],颗粒较石灰更细更均匀,是替代传统石灰水的理想材料,但是单独喷布后仍易被雨水冲刷,难以长期维持对日灼病的防控效果。果胶是一种天然大分子多糖,在柑橘类果皮中含量丰富,兼具安全无毒与优良黏附特性[15],可作为绿色黏着剂提升轻质碳酸钙附着性,提高防效。然而,目前关于“轻质碳酸钙+果胶”复配涂白剂的研究存在明显不足,二者复配的最优浓度配比、适宜喷施次数尚不清楚,田间应用效果与经济效益有待验证。
不同柑橘品种的耐日灼能力有着显著的差异,杂柑、宽皮橘和橙类的果实日灼率普遍偏高[16]。金秋砂糖橘和龙回红脐橙因日灼发生十分严重,已造成巨大的经济损失。基于此,本研究以金秋砂糖橘和龙回红脐橙为试材,采用喷雾器喷布“轻质碳酸钙+果胶”复配涂白剂,系统探究不同浓度配比、喷施次数对柑橘果实日灼病防控效果,进而得到最优浓度配比、适宜喷施次数,明确复配剂脱落率与降雨量的相关性,分析果胶对轻质碳酸钙在果面附着性的提升作用,探究不同处理对果实内在及外观品质的影响,核算综合经济效益。本研究旨在筛选高效、经济、果面易清洗的绿色防灼方案,为柑橘日灼病绿色防控提供科学理论依据与技术支撑。
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供试材料为龙回红脐橙(Citrus sinensis Osbeck cv. “Longhuihong”)和金秋砂糖橘(Citrus reticulata cv. “Jinqiu shatangju”),分别种植于重庆市北碚区西南大学柑桔研究所返溪苑和重庆市江津区归来果园,树龄为10~12年,株行距3 m×4.5 m。选择树高、树冠大小和结果量一致的无病虫害植株作为试验树,在2023年7-9月果实膨大期进行处理,试验期间进行统一管理。共设置13个处理和1个对照(表 1),其中12个处理为“轻质碳酸钙+果胶”的组合,1个为商品涂白剂。轻质碳酸钙粒径1 250目,果胶为南宝树脂公司桂洁果胶。使用农用锂电池背负式高压喷雾器对树冠外围的果实进行喷布处理,果面覆盖度为50%(轻质碳酸钙占果面的面积),果面覆盖率可通过喷头挥动次数控制,覆盖率50%需要挥动喷头5次。每个处理各6株树,单株重复。每次采样时,从果树4个方位采取大小一致的12个果实,用于果实品质分析。
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使用精创GSP-6温湿度记录仪采集温度数据,挂在树冠中上部向阳无遮挡的位置,每隔半小时收集1次数据。
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选定高温晴朗天气,在13:00-15:00时段,用福禄克(FLUCK 62MAX)红外测温仪对各处理果实向阳面进行温度测定。
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记录每日果园降雨量,观察处理果实果面试剂脱落情况,并记录从处理到药剂基本脱落所需的降雨量。
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将果实完全浸没在清水中30 s后,设定清洗时间,用抹布进行擦洗,晾干后若无白色斑点残留,则清洗干净,对照组也按同样方法对果面污物进行清洗。
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高温天气结束后,对每棵树的果实日灼情况进行统计。日灼病分级标准参照王敏等[17]的方法并做了一定的修改。
式中:R为果实日灼发生率;n为日灼果数;N为统计数。
式中:I为果实日灼综合指数;n1为1级果数;n2为2级果数;n3为3级果数;n4为4级果数;N为统计数。
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日灼果按市场接受度,1级果的商品价值为正常果的90%、2级果为50%、3级果和4级果为0。总利润和总收入的计算如下。
式中:π为总利润;r为总收入;c为总成本。
式中:r为总收入;p为售价;m为667 m2产量;p1为1级果占比;p2为2级果占比;p3为3级果占比;p4为4级果占比。
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从田间采集果实,并清洗干净,每株树选取8个果实,使用CR-10手持式色差仪(日本美能达)测定L*(亮度)、a*(红色)、b*(黄色),以标准白板为参考。然后在果面削下约1 mm厚的果皮,使用SPAD-502型叶绿素仪(日本KONICA MINOLTA)进行果面相对叶绿素含量测定。
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采集树冠外围向阳面成熟果实测定果实外观和内在品质。每个处理3株树,龙回红脐橙每株树采4个果实,12个果实混为一个样品;金秋砂糖橘每株树采8个果实,24个果实混为一个样品。用游标卡尺测定果皮厚度,用硬度计(艾德堡GY-4,探头直径3.5 mm)测定果皮硬度,用电子天平测定果实、果皮和果渣的重量,并计算可食率和出汁率。用PAL-1数显糖度仪(日本ATAGO)测定可溶性固形物(TSS)含量,采用NaOH中和滴定法测定可滴定酸(TA)含量,采用2,6-二氯吲哚酚钠滴定法测定维生素C(Vc)含量。
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使用Excel软件对数据进行统计,使用R语言进行显著性分析,运用Origin软件进行作图。
1.1. 试验材料及其处理
1.2. 试验内容与方法
1.2.1. 果园每日最高温度测定
1.2.2. 果面温度测定
1.2.3. 降雨量的记录和处理脱落的观察
1.2.4. 清洗时间的统计
1.2.5. 果实日灼率和日灼程度的统计
1.2.6. 经济效益的计算
1.2.7. 果面叶绿素和色差的测定
1.2.8. 果实品质的测定
1.2.9. 数据分析
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从图 1可以看出,7月下旬到9月两地温度变化趋势一致,但日间最高温仍有差异。重庆市北碚区果园气温有21 d超过38 ℃,其中有4 d超过40 ℃;而同一时期重庆市江津区果园气温有22 d超过38 ℃,其中有12 d超过40 ℃。
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在高温晴天13:00-15:00,与对照相比,不同处理均能显著降低龙回红脐橙和金秋砂糖橘果面温度。龙回红脐橙不同处理间无显著性差异,金秋砂糖橘中QG4-2和QG4-1处理温度显著低于商品处理。与对照相比,龙回红脐橙果面温度平均降低6.2 ℃(图 2a),金秋砂糖橘果面温度平均降低7.1 ℃(图 2b)。
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如图 3所示,各试验处理可显著降低龙回红脐橙和金秋砂糖橘果实日灼率和日灼综合指数。龙回红脐橙和金秋砂糖橘对照果实日灼率分别为23.35%、61.94%,日灼指数分别为0.174、0.416。在龙回红脐橙的所有处理中,以QG4-1-2的日灼率最低,为2.47%,与对照相比降低了89.42%。处理QG4-1.5-2的日灼综合指数最低,为0.015,与对照相比降低了91.38%。金秋砂糖橘处理中,QG4-1.5-2的防日灼效果最好,日灼率和日灼综合指数分别为20.43%和0.115,与对照相比分别降低了67.02%和72.36%。研究结果表明:相同喷布次数下,轻质碳酸钙和果胶浓度越高,其日灼率和日灼程度越低,且喷布2次处理效果都优于喷布1次的处理。商品处理虽然也能有效防止柑橘果实日灼病,且效果好于部分“轻质碳酸钙+果胶”喷布1次的处理,但仍不及喷布2次的处理。
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从图 4可以看出,重庆市北碚区和江津区降雨量主要集中在7月和9月,而8月和10月相对较少,从7月22日至10月29日两地的总降雨量分别为668.5 mm和544.2 mm。两地降雨趋势略有差异,从7月到9月初,江津区的降雨量更多,而从9月中开始,北碚降雨量比江津区多,此后北碚的累积降雨量始终比江津多100 mm左右。
表 2显示,随着轻质碳酸钙和果胶的浓度增加,冲刷脱落所需降雨量也随之增加,且龙回红脐橙脱落所需降雨量更多。进一步相关性分析表明,降雨量与果胶呈极显著正相关(r=0.863,p<0.01),与轻质碳酸钙相关性也呈正相关,但相关性不显著(表 3)。果实采收后仅有4%轻质碳酸钙和2%果胶的处理清洗果面所需时间最多为15 s,其余处理均为10 s,而对照仅需要2 s(表 2)。
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如图 5所示,不同处理喷布一周后(7月末)龙回红脐橙和金秋砂糖橘果面相对叶绿素含量均无显著差异;但处理2~3月后,龙回红脐橙QG2-2处理的果面相对叶绿素含量略低于对照,其余处理均显著低于对照,金秋砂糖橘则表现为所有处理的果面相对叶绿素含量均显著低于对照。果面相对叶绿素含量的加速降解,表明其果实转色进度加快,各处理可有效促进果实转色。
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不同处理龙回红脐橙果实外在品质分析结果见表 4,各处理在果实成熟期能显著增加龙回红脐橙的硬度和皮厚,与对照相比,果皮硬度平均提升8.6%~16.7%,果皮厚度平均增加了3.5%~9.1%。外观色差方面,L*值平均下降了0.3%~9.8%,除处理QG2-1-1,其他处理a*值上升了0.3%~17.8%,表明各处理可降低果实亮度、增加红色度,促进着色更深,改善商品外观,提升商品价值。由表 5可见,处理QG2-1.5-1的果实维生素C含量显著降低,但QG4-1.5-2、QG4-1-1及QG2-2-1等部分处理的维生素C含量略有提升,但与CK相比均无显著差异;各处理可滴定酸和可溶性固形物略有差异,但与CK相比也无显著差异。
如表 6所示,各处理在果实成熟期也能显著增加金秋砂糖橘的硬度和皮厚,相比对照果皮硬度平均提升5.9%~28.2%,果皮厚度平均增加了8.7%~31.2%。与龙回红脐橙不同,各处理金秋砂糖橘果实并无显著的色差变化规律,推测原因可能是其成熟期早,着色过快,各处理的调控作用被品种自身着色规律掩盖。与龙回红脐橙相同,金秋砂糖橘中也有部分处理(如QG2-1.5-2)的维生素C含量显著降低,但QG4-1-1的维生素C含量有显著提升。金秋砂糖橘各处理可溶性固形物与龙回红脐橙结果类似(表 7)。
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配制50 L药剂能喷50株树(约667 m2),各处理所需的材料费用见表 8;人工费用为每天100元(6 h),可完成120株树的喷施工作,667 m2人工费为41.60元,据此计算各处理总成本。龙回红脐橙和金秋砂糖橘每667 m2平均产量分别为1 500 kg和2 000 kg,售价分别为5元/kg和8元/kg,根据平均各级日灼果占比(表 8)及其商品价值,计算出各处理果品所得的总收入,并进一步计算出总利润。
如表 9所示,龙回红脐橙处理中,所得收入最高的为QG4-2-2(4%轻质碳酸钙+2%果胶处理2次),其次是QG4-1.5-2(4%轻质碳酸钙+1.5%果胶处理2次),但是利润最高的处理是QG4-2-2(4%轻质碳酸钙+2%果胶处理1次)。金秋砂糖橘处理中,QG4-1.5-2(4%轻质碳酸钙+1.5%果胶处理2次)所得收入和利润都是最高的,其次是QG4-2-2(4%轻质碳酸钙+2%果胶处理2次)。在两个品种的试验中,收入和利润最低的处理均为对照,且均出现了和日灼率较为一致的趋势,即喷布2次的处理效果基本上显著优于喷布1次的处理。
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将日灼率、日灼指数、清洗时间、果面SPAD、果实硬度、皮厚、L*值、a*值、b*值、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C和总利润共13个指标进行主成分分析,其中4个主成分的累计贡献率达84.37%,F1的贡献率为41.15%,F2的贡献率为19.44%,F3的贡献率为12.73%,F4的贡献率为11.04%,能基本覆盖所有指标信息。主成分分析得分如表 10,其中得分最高的处理是QG4-1.5-2(4%轻质碳酸钙和1.5%果胶喷布2次),最低的是CK,且2次处理的综合得分普遍高于1次处理。
2.1. 果园每日最高温度及分析
2.2. 不同处理对果面温度的影响
2.3. 不同处理对果实日灼率和日灼综合指数的影响
2.4. 累计降雨量及清洗时间与药剂脱落的关系
2.5. 不同处理对果面相对叶绿素的影响
2.6. 喷布轻质碳酸钙对成熟期果实品质的影响
2.7. 经济效益
2.8. 主成分分析
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本研究中喷布不同浓度的轻质碳酸钙能显著降低龙回红脐橙和金秋砂糖橘的果面温度,显著减少果实日灼率和日灼指数,有效防控柑橘果实日灼病。高温和强光会大幅度提高果面温度、破坏细胞结构与功能,造成柑橘果实日灼[18],因此减少光照和降低温度是防控日灼病的核心途径。已有研究证明,喷布石灰水[17]、高岭土[19]和碳酸钙[20]都可以通过物理遮挡或反射紫外线及可见光,减少果实对光能的吸收,从而降低果面温度,达到防控日灼病的效果。轻质碳酸钙因粒径小、比表面积大[21],白度≥93%[22],具有更强的散射和漫反射能力,所以降温效果更优。其中,高浓度(4%)处理对日灼病的防护效果更好,这与胡丽鹏等[23]的研究结果一致。
轻质碳酸钙促进柑橘果皮叶绿素降解,加速转色进程,改善果实品质。果实成熟后龙回红脐橙的果皮亮度(L*值)略微下降、红度(a*值)略微上升,而韩玉侠等[24]报道在苹果上的喷布碳酸钙能显著提高果实亮度和红度,可改善果实品质。Teixeira等[25]、王海华等[26]分别用碳酸钙处理菠萝和茂谷柑果实,发现果皮硬度显著增加,且对可食率无不良影响。本研究发现轻质碳酸钙显著增加柑橘果皮硬度和厚度,增强了果实对日灼病的抵抗力,降低日灼危害[27],提高果实采后耐贮藏性[28-29]。Tasi等[20]和Yamaga等[30]的研究表明,碳酸钙处理对柑橘果实的可溶性固形物、可滴定酸含量均并未产生显著影响,同时处理对果实品质的影响随柑橘品种的不同呈现出差异化趋势,另有研究指出,石灰水处理可提高果实可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量[17]。轻质碳酸钙在果实表面形成的防护层具有遮光作用,从而抑制维生素C的积累[31];短期遮阴可促进果实糖积累,而长期遮阴会影响光合产物分配比率,降低果实糖含量[32]。本研究结果显示,喷布轻质碳酸钙后,多种生理效应的叠加致使果实的内在品质产生一定差异,其中可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量均未达显著差异水平,可能与本试验药剂喷布时期和浓度有关,相关的规律有待进一步研究。
黏着剂选择与喷布次数是影响日灼病防控持续性的核心因素。轻质碳酸钙喷布后易受降雨冲刷和果实膨大影响,果实表面防护层的完整性逐渐被破坏,防控效果随之衰减。Yamaga等[30]证明对柑橘叶片施用不同浓度碳酸钙后,各浓度处理的叶片L*值随时间呈下降趋势,推测其反光降温能力同步衰减,这与本研究结果一致。为解决这一问题,选用了天然食用级果胶作为黏着剂,与纯丙烯酸酯乳胶[33]、植物基建筑胶[34]等材料相比,兼具安全性高、环境友好、成本低廉的优势。药剂脱落所需降雨量与果胶浓度呈极显著正相关(r=0.863,p<0.01),证实果胶可增强药剂附着性,提升整体防日灼能力[35]。可根据产区降雨量与果实采收期灵活调整浓度,例如多雨地区或者晚熟品种选用2%果胶,少雨地区及早熟品种选用1%~1.5%果胶即可满足需求。此外,1次或2次喷布处理均能显著防控日灼病,而补喷可直接延长或刷新有效防护的时长。因此,考虑到人工、药剂及采后清洗成本,过高浓度药剂或过多喷布次数并不适用于规模化生产场景,需要对防控效果和防控成本进行平衡,才能得到更高的经济效益。目前的商品涂白剂存在价格昂贵、使用复杂、防效不稳定等问题,且难以适应生产实践中的具体情况,无法因地制宜地使用,导致使用者难以获得理想的经济效益。而本研究简化了涂白剂成分,降低了防控成本,证明了防效的稳定性,同时可根据实际生产需求灵活调整涂白剂各成分浓度和喷布次数,有效提升使用者的经济效益。
龙回红脐橙与金秋砂糖橘的日灼率和药剂附着性都存在显著差异:龙回红脐橙对照平均日灼率(23.35%)远低于金秋砂糖橘(61.94%),而药剂脱落所需降雨量更高。从形态特征来看,龙回红脐橙枝条叶片紧凑,果实多下垂生长,叶片可遮挡部分阳光和雨水,既减少了阳光直射从而降低了果面温度,又减缓了药剂冲刷的速度;而金秋砂糖橘枝条疏松,果实外露,接收太阳辐射更强,药剂脱落更快。生理因素是导致两者日灼率不同的核心原因,龙回红脐橙果皮更厚,硬度更高,可有效减缓果实表面热量传递[36],减少高温损伤,同时,龙回红脐橙果面蜡质含量更高[37-39],能形成致密保护屏障,缓解强光与高温胁迫[40-41];而金秋砂糖橘果皮抗氧化能力较弱[42],且成熟期(10-11月)更接近于日灼病高发期,果面叶绿素降解快,光保护作用减弱,活性氧大量积累,更容易发生日灼病[43-44]。环境因素方面,重庆江津产区(金秋砂糖橘种植地)最高气温超过40 ℃的高温天数(12 d)显著多于重庆北碚产区(龙回红脐橙种植地,4 d),持续极端高温进一步加剧了日灼风险。基于上述差异,对于果实暴露程度高、抗日灼能力弱的品种及高温天数多的地区,宜采用4%轻质碳酸钙+2%果胶喷布2次的方案,必要时雨后及时补喷;并根据实际应用场景,适当降低药剂浓度或减少喷布次数,以降低防控成本。
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在高温强光胁迫下,喷布轻质碳酸钙和果胶的组合处理能有效降低果面温度,从而降低果实日灼率和日灼程度,其中高浓度轻质碳酸钙和高浓度果胶组合对日灼病防控效果更好。采收期大部分轻质碳酸钙已脱落,采后可轻松洗掉。各处理组合均能降低相对果面叶绿素,增加果皮厚度和硬度,降低L*值,提高a*值。使用轻质碳酸钙+果胶的组合处理效果更好,其中4%轻质碳酸钙与果胶的组合处理具有更高的经济效益,在川渝地区的夏季特殊高温时,喷布2次的防控效果和经济效益比只喷1次更好。主成分分析表明综合防控效果最好的处理是4%轻质碳酸钙+1.5%果胶喷布2次,该处理兼具防控效果显著、经济效益高、果实品质好等优势,适宜在生产中推广应用;也可根据柑橘品种特性和产区气候条件,以经济效益为导向,灵活调整果胶浓度和喷布次数。
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