论文标题：Innovative Strategies for the Use of Reflective Foils for Fruit Colouration to Reduce Plastic Use in Orchards（水果颜色反射箔的创新策略，以减少塑料在果园的使用）

期刊：Sustainability

作者：Patrick Hess, Achim Kunz and Michael M. Blanke

发表时间：23 December 2020

DOI：10.3390/su13010073

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期刊链接：

https://www.mdpi.com/journal/sustainability

背景介绍

色泽是果实的重要品质指标之一，大众普遍认为水果的色泽与果实成熟度、口感等密切相关,因此市场中售卖的红色果实备受消费者青睐[1,2]。近年来，由于全球气候变化加剧，冰雹等灾害性天气增加，秋季温度升高，全球多地果实的着色过程受到严重影响[1,3,4]。为了提高果实的色泽品质，果园中通常会通过铺设反光塑料薄膜来增强光照强度，促进果实着色。然而以化石燃料为原材料的塑料制品是温室气体排放的主要来源，过度使用会对环境造成巨大威胁[5–7]。

德国波恩大学的Patrick Hess、Achim Kunz和Michael M. Blanke在Sustainability上发表的文章“Innovative Strategies for the Use of Reflective Foils for Fruit Colouration to Reduce Plastic Use in Orchards”以广泛种植的全球第三大水果——苹果作为研究对象，寻找果园中塑料覆盖材料的有效替代品，以实现环境友好型园艺的可持续发展。

实验过程

1. 实验材料

实验选取80棵苹果树，每个处理组由10棵苹果树和1棵边缘树组成，进行重复试验。每棵苹果树在东侧和西侧各标记5个苹果果实，每个果实重复测量色泽4次，取平均值。对实验数据进行ANOVA分析，误差水平为5%。

2. 实验仪器

便携式i1 Pro (Xrite, Michigan, USA)、MSE 2000 (Greefa, Geldermalsen, Holland)

在预收获5周之前，铺设反光薄膜，以未铺设任何覆盖材料的行作为对照。作者提出了3种对于反射型白色编织覆盖地膜Lumilys的替代方案：

• 每隔一行铺盖一次Lumilys，减少50%的塑料使用量；

• 使用铝箔代替Lumilys，铝箔由80％的回收铝制成；

• 使用基于棕色藻类提取物的生物刺激素Stimplex®/Acadian®代替Lumilys。

研究结果

1. 树上果实颜色的发育及树冠中果实位置对颜色的影响

果实成熟期间，即果实花青素积累的过程中，色泽指数hue不断下降。以未铺设反射材料的果实色泽 (63 hue) 为对照，隔行使用Lumilys和铝箔覆盖时的果实呈现最佳色泽，色泽指数分别为55 hue和53 hue (图1)。

图1. 塑料制品、铝箔、生物刺激素等不同增色措施对果实 (赤道周围) 色泽指数的影响。

苹果果实的底部由于光照不足，着色受到影响。隔行使用Lumilys和铝箔覆盖时的果实表现出较好的果实色泽，色泽指数分别为70.8 hue和70.4 hue (图2)。而使用生物刺激素Stimplex®相较于对照组 (89.4 hue) 而言，果实底部的着色 (99 hue) 并未改善。

图2. 塑料制品、铝箔、生物刺激素等不同增色措施对果实 (底部) 色泽指数的影响。

2. 果实色泽评估-收获水果的自动分级

对于收获的约6900个果实进行机器自动分级，阈值设定表面红色 > 50%的分类为优质水果。实验结果表明隔行使用Lumilys优质水果的占比最高，为81% (图3)。其次是铝箔，相较于使用传统覆盖材料Lumilys (75%)，优质水果的占比为80%。在同一行重复使用覆盖材料Lumilys时，第一次重复使用 (73%) 与初次使用效果接近，而第二次重复使用时效果(59%) 明显低于之前。

图3. 塑料制品、铝箔、生物刺激素等不同增色措施对苹果表面红色超过50％的占比的影响。

实验结果表明，树下铺设铝箔可改善果实着色，并且替代了100%的塑料制品的使用。隔行使用Lumilys材料同样也显示出果实着色的明显改善，并且减少了果园中50%的塑料使用。

3. 果实成熟度指数测量

生物刺激素Stimplex®/Acadian®使果实成熟提前一周，果实色泽及硬度均正常。其他所有使用反射覆盖材料的处理方法并未对果实成熟度产生影响。

4. 可持续的果实着色——经济效益与生态影响

实验结果表明，隔行使用塑料覆盖物 (Lumilys) 和使用铝箔的苹果果实着色充分，商业品质上佳，为I类的优质水果，能为果园创造最大的经济收益 (表1)。

表1. 使用覆盖物进行水果着色的不同替代方案的经济收益估算。

隔行使用塑料覆盖物 (Lumilys) 和使用铝箔分别节省了果园50％或100％的塑料使用，显著降低温室气体排放 (表2)，有利于果园的可持续性发展。综上所述，隔行使用塑料覆盖物(Lumilys) 和使用铝箔可以作为传统使用Lumilys的有效替代方法。

表2. 使用覆盖物进行水果着色的不同替代方案的温室气体(GHG) 排放估算。

果实色泽决定了其商业价值以及果园 (生物) 经济，塑料制品寿命周期短，并不能达到实现果园可持续性发展的目的。与新铝相比，由80–100%再生铝制成的铝箔，其CO2排放量要低得多。一次性使用 (或重复使用) 再生铝箔和重复使用 (或间隔使用) Lumilys在生态和经济方面更为合理，更有利于环境友好型园艺的可持续发展。

参考文献

1. Bosan?i?, B.; Mi?i?, N.; Blanke, M.M.; Pecina, M. Effects of netting on fruit quality-a main effects meta principal components analysis (PCA) using apple as a model. Plant Growth Regul. 2018, 86, 455–465.

2. Hamadziripi, E.; Muller, M.; Theron, K.J.; Steyn, W.J. Consumer preference for apple eating quality and taste in relation to canopy position. Proc. ISHS Stellenbosch congress Dec 2012 (K. Theron, ed). Acta Hort. 2014, 1058, 254–260.

3. Solomakhin, A.A.; Blanke, M.M. Overcoming adverse effects of hailnets on fruit quality and microclimate in an apple orchard. J. Sci. Food Agric. 2007, 87, 2625–2637.

4. Blanke, M.M.; Kunz, A. Effect of climate change on pome fruit phenology at Klein-Altendorf-based on 50 years of meteorological and phenological records [Einfluß rezenter Klimaveränderungen auf die Phänologie bei Kernobst am Standort Klein-Altendorf]. Erwerbs-Obstbau 2009, 51, 101–113.

5. Blanke, M.M. Reducing ethylene levels along the food supply chain–a potential key to reducing waste? Invited “Perspective”. J. Sci. Food Agric. 2014, 94, 2357–2361.

6. Gierling, F.; Blanke, M.M. Carbon reduction strategies for regionally grown and locally consumed white and red wine. J. Environ. Manag. 2021, 278.

7. Yang, Y.; Puwang, L.; Jing, J.; Minghze, L.; Yonghzen, L.; Chuang, Z.; Chao, W.; Zuyu, H.; Liu, Y.; Song, S. Renewable sourced biodegradable mulches and their environment impact. Sci. Hortic. 2020, 268, 109375.

期刊简介

Sustainability (ISSN 2071-1050, IF 2.576; SSCI & SCI indexed) 是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖环境、能源、交通、经济等。Sustainability采取单盲同行评审，一审周期约为14.5天，文章从接收到发表仅需2.9天。