夏季高温及缓解策略对苹果（Cosmic Crisp?）果实色泽动态的影响：基于作物生理传感系统的量化研究

针对夏季高温胁迫导致苹果果实色泽退化问题，研究人员利用作物生理传感系统（CPSS）实时监测Cosmic Crisp?苹果在雾化降温、遮阳网覆盖及无处理条件下的色泽动态（h°、a?、C?）与微环境参数。研究发现日间Tair≥35°C会显著降低红色素积累，而夜间降温至12°C可促进色泽恢复，为优化果园热应激管理提供了精准调控依据。

　　

在全球气候变暖背景下，频繁的夏季热浪对水果产业构成严峻挑战，尤其对华盛顿州等苹果主产区影响显著。苹果（Malus domesticaBorkh.）果实色泽是决定市场价值的关键指标，其红色主要源于花青素（anthocyanin）积累，而高温会抑制花青素合成关键酶（如PAL）及转录因子（如MYB10）活性。尽管果农采用雾化降温、遮阳网等措施缓解热应激，但这些方法可能因改变微环境而意外影响色泽发育。目前，传统色泽监测技术（如色度计）存在效率低、成本高等局限，亟需开发实时、非侵入式的果园监测方案。

针对这一难题，华盛顿州立大学（Washington State University）的研究团队创新性地利用作物生理传感系统（Crop Physiology Sensing System, CPSS），对Cosmic Crisp?苹果在2022年生长季的色泽动态（h°、a?、C?）与微气候参数进行5分钟间隔的高频监测。研究通过算法自动量化色泽指标，结合热成像与气象数据，首次在田间条件下记录了苹果色泽退化与恢复的全过程，成果发表于《Journal of Agriculture and Food Research》。

关键技术方法

研究在华盛顿州立大学Roza实验农场的高密度果园中设置雾化、遮阳网及无处理对照（UTC）三组处理，利用CPSS节点集成RGB-热成像传感器与气象站（ATMOS 41/14），采集果实表面温度（FST）与色泽数据。通过Mask R-CNN算法分割果实像素，基于CIE Lab?色彩空间计算色泽角（h°）、红绿轴（a?）及饱和度（C?），并验证了正午（1000–1200 h）为最佳成像窗口（ΔE<3）。

研究结果

3.1 微气候差异

遮阳网处理因阻碍散热导致日均T_air最高（34.8°C），且连续7小时>35°C的天数最多；雾化处理虽未显著降低日均温，但有效缓冲了极端高温峰值。

3.2 色泽动态

• 高温降解效应：7月下旬热浪期间，UTC果实a?值从9.87骤降至-1.52，h°由26.70°升至96.19°，红色显著消退；遮阳网处理的果实因持续高温（h°>90°）始终维持黄绿色调。

• 降温恢复机制：8月初夜间T_air降至12°C后，雾化组果实a?迅速回升至27.02（h°=345.33°），而遮阳网组因夜间蓄热仅恢复至a?=2.90（h°=82.59°）。

3.3 技术验证

基于标准色卡（X-Rite ColorChecker）的验证显示，CPSS测量的红/绿色块h°误差<2.5°，证实其在复杂光环境下的可靠性。

结论与意义

该研究揭示了高温胁迫下苹果色泽退化的临界阈值（T_air≥35°C）及恢复的低温触发条件（≤12°C），证实雾化降温通过调节微气候能有效维持色泽，而遮阳网可能因阻碍夜间散热延迟色泽恢复。CPSS技术的应用为果园精准管理提供了实时决策工具，例如依据温度数据动态调整遮阳网开合或雾化强度，从而平衡防晒与色泽发育需求。这一成果不仅为应对气候变暖下的果实品质调控提供了新策略，也为其他温敏型农产品的表型监测技术开发树立了范例。