Effect of blossom thinning on apple quality with conventional methods and study on laser application for selective thinning

Abstract

Crop-load regulation by blossom thinning has an important role to improve the fruit quality and mitigate an alternate bearing on apple fruit production. This method aims to reduce excessive flowers to regulate the final fruit yield with marketable fruit quality. Although several techniques of blossom thinning already provide efficient thinning, the development of more effective thinning techniques is still essential to achieve selective thinning and to prevent a negative effect on trees and the environment. <br /> In study 1, the efficacy of three different thinning methods on the regulation of fruit set, June drop, return bloom, fruit quality, fruit yield and the source–sink relationship were investigated. Mechanical, chemical and manual thinning were applied on apple trees cv. ‘Roter Boskoop’ at the Klein-Altendorf field laboratory of the University of Bonn. The results clearly showed that fruit production benefits from crop load management by blossom thinning. All thinning methods in this experiment gave evidence of improvement in fruit quality in terms of fruit size and weight. The fruit yield reduction by manual removal of =50% of flower clusters improved the return bloom as did the mechanical thinning with a rotor speed of 320 rpm. These three methods of thinning provided the optimal fruit yield of 14–18 kg per tree with acceptable fruit size and weight. <br /> Study 2 was undertaken to explore an alternative approach for selective flower removal by applying laser radiation. This study was performed under laboratory conditions at the Institute of Agricultural Engineering, University of Bonn to investigate the efficacy of flower removal by applying laser radiation based on three different factors: the phenological growth stage of the apple flower, laser spot position and laser energy density. The results demonstrate that applying laser radiation can be used as an alternative technique to increase the thinning selectivity. An application of laser radiation with a low energy density of 1.02 J mm^-2 to remove flowers was successful during balloon and full bloom stages when the laser spot was in the three positions, a) from the front of a flower cluster (FFC), b) from the side of a flower (FSF) and c) from the front of a flower (FFF). Applying laser radiation on the front of the flower cluster (FFC) during balloon and full bloom stages provided the most suitable condition for selective flower removal. The lowest applicable laser energy density of 1.02 J mm^-2 reduced 2–3 flowers in a cluster on average, while the highest applicable laser energy density of 3.06 J mm^-2 removed 3–4 flowers on average, i.e. 50% of the flowers on the cluster.

<strong>Auswirkung der Blütenausdünnung auf die Apfelqualität mit konventionellen Methoden und Untersuchung der Anwendung von Laserstrahlung zur selektiven Ausdünnung</strong> <br /> Die Regulierung der Fruchtbehangs durch Ausdünnen der Blüten spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Fruchtqualität und bei der Abschwächung der Alternanz. Der Eingriff in die Obstbaumblüte zielt darauf ab, überschüssige Blüten zu reduzieren, um den Apfelertrag auf eine hohe marktfähige Fruchtqualität einzustellen. Obwohl verschiedene Techniken der Blütenausdünnung bereits eine effiziente Ausdünnung ermöglichen, ist die Entwicklung präziserer Ausdünnungsverfahren ein Forschungsziel, um eine selektive Ausdünnung zu erreichen und negative Auswirkungen auf die Bäume und die Umwelt zu vermeiden. <br /> In Studie 1 wurde die Wirksamkeit von drei verschiedenen Ausdünnungsverfahren auf die Regulierung des Fruchtansatzes, des Junifalls, der Blühstärke im Folgejahr, der Fruchtqualität, des Fruchtertrags und der Quelle-Senke-Beziehung untersucht. Es wurden Versuche zur mechanischen, chemischen und manuellen Ausdünnung an Apfelbäumen der Sorte 'Roter Boskoop' auf dem Feldlabor Klein-Altendorf der Universität Bonn durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fruchtqualität von der Ausdünnung der Blüten profitiert. Alle Ausdünnungsmethoden in diesem Versuch zeigten eine Verbesserung der Fruchtqualität in Bezug auf Fruchtgröße und -gewicht. Die Reduzierung des Fruchtertrags durch die manuelle Ausdünnung von 50 % oder mehr Blütenbüscheln verbesserte die Blühstärke im Folgejahr ebenso wie die mechanische Ausdünnung mit einer Rotordrehzahl von 320 U/min. Diese Ausdünnungsmethoden lieferten einen Fruchtertrag von 14–18 kg pro Baum bei akzeptabler Fruchtgröße und -gewicht. <br /> Studie 2 wurde durchgeführt, um einen alternativen Ansatz zur selektiven Blütenentfernung durch Anwendung von Laserstrahlung zu erforschen. Diese Studie wurde unter Laborbedingungen am Institut für Agrartechnik der Universität Bonn durchgeführt, um die Wirksamkeit der Blütenentfernung durch Laserstrahlung in Abhängigkeit von drei verschiedenen Faktoren zu untersuchen: dem phänologischen Wachstumsstadium der Apfelblüte, der Position des Laserpunktes auf der Blüte bzw. der Knospe und der Dichte der Laserenergie. Die Ergebnisse zeigen, dass Laserstrahlung als alternative Technik zur selektiven Entfernung von Blüten eingesetzt werden kann. Die Emittierung von Laserstrahlung auf die Vorderseite einer Blütentraube (FFC) im Ballon- und Vollblütestadium war die geeignetste Position für die Blütenreduzierung. Die Laserdiode mit einer niedrigen Leistung von 4 W und einer Laserenergiedichte von mindestens 1,02 J mm^-2 erzeugte letale Schäden an den Blüten im Ballon- und Vollblütestadium in drei Positionen des Laserspots: a) von der Vorderseite eines Blumenbüschels (FFC), b) von der Seite einer Blüte (FSF) und c) von der Vorderseite einer Blüte (FFF). Die niedrigste anwendbare Laserenergiedichte von 1,02 J mm^-2 reduzierte im Durchschnitt 2 Blüten in einem Büschel. Mit der in diesem Versuch höchsten Laserenergiedichte von 3,06 J mm^-2 konnten bis zu 50 % der Blüten in einem Blütenbüschel entfernt werden.