不同光溫條件下草莓果實(shí)特征分析

張艷艷，趙瑋，石茗化，周鵬，尹立紅

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所∕中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室∕甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020；2.河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；3.廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 廊坊 065000）

日光溫室草莓的生長受溫室內(nèi)環(huán)境（光照、氣溫、水分和土壤肥力）的影響，其中以光照和氣溫的影響最大，光照和氣溫條件的變化對果實(shí)生物學(xué)性狀和果實(shí)品質(zhì)均有顯著影響。日光溫室草莓（Fragaria×ananassaDuch.）生長季橫跨秋、冬、春三季，內(nèi)部環(huán)境受到外界環(huán)境影響，小氣候條件差異大，研究溫室內(nèi)草莓果實(shí)性狀與光溫條件的關(guān)系，對提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要。

適宜的日照時(shí)數(shù)能夠促進(jìn)草莓橫、縱徑增長，日照時(shí)數(shù)的增加能縮短草莓果實(shí)轉(zhuǎn)色時(shí)間［1］。隨著平均氣溫的升高，果實(shí)鮮重降低［2］。在氣溫變化幅度較小時(shí)，隨著光強(qiáng)的減弱草莓果實(shí)變軟［3］。晝夜溫度過高草莓花芽分化少，果實(shí)鮮重降低并且畸形率增加［4］。光照和氣溫的變化對果實(shí)品質(zhì)也有明顯影響，氣溫的高低與可溶性固形物呈負(fù)相關(guān)［5，6］，但需要適宜的光照，光照較弱時(shí)，即使氣溫下降，也不利于可溶性固形物的積累［7］。紅藍(lán)光為主的混合光源能夠提高草莓果實(shí)可溶性糖含量［8，9］；紅色光源下草莓果實(shí)鮮重大、著色更好；藍(lán)色光源下可溶性固形物含量較高［10］。在白光的基礎(chǔ)上增加紅光可提高草莓果實(shí)可溶性糖的含量，補(bǔ)充藍(lán)光可溶性糖含量降低［11］。

光照與氣溫對草莓果實(shí)物理性狀影響的研究較多，大多是氣溫或光照的單因子對果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)影響等方面的分析，關(guān)于光照的研究主要集中在光的強(qiáng)弱和光質(zhì)方面。本文利用日光溫室氣象觀測數(shù)據(jù)及紅顏草莓果實(shí)生長觀測數(shù)據(jù)，分析6個(gè)生長周期不同光溫條件對草莓果實(shí)生長速度、果形指數(shù)、果實(shí)硬度以及可溶性固形物含量的影響，確定相關(guān)指標(biāo)，以期對提高日光溫室草莓精細(xì)化管理水平、調(diào)控生長周期、提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)等提供有益的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017—2020年在河北省廊坊市廣陽區(qū)北旺鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)園區(qū)日光溫室內(nèi)開展。日光溫室墻體為土墻，后墻高4.5 m，脊高5.7 m，跨度16 m，長度70 m，下陷深度1.7 m。試驗(yàn)地土壤為沙壤土。

供試草莓品種為紅顏，早熟優(yōu)良品種，購自張家口莓好莊園。

1.2 氣象資料的獲取

選用北京雨根科技有限公司生產(chǎn)的小氣候觀測儀，對日光溫室內(nèi)氣溫和光合有效輻射進(jìn)行觀測。溫度傳感器精度±0.2℃，測量范圍-40～75℃；輻射傳 感 器 精 度±5 μmol∕（m2·s），測 量 范 圍0～2 500 μmol∕（m2·s）。按照《設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候觀測規(guī)范 日光溫室和塑料大棚》（GB∕T 38757—2020）［12］進(jìn)行安裝。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 日照時(shí)數(shù)的計(jì)算草莓光補(bǔ)償點(diǎn)約為94 μmol∕（m2·s）［13］，本文以大于94 μmol∕（m2·s）的累積小時(shí)數(shù)作為草莓的日照時(shí)數(shù)，記為S。

1.3.2 果實(shí)物理性狀的測定果實(shí)橫徑、縱徑：草莓生長期內(nèi)每個(gè)試驗(yàn)觀測區(qū)選定30株，掛牌標(biāo)記待測果實(shí)，于花后7 d開始測量，采用游標(biāo)卡尺測定，每5 d測定1次直至果實(shí)成熟。

果形指數(shù)：果實(shí)縱徑∕果實(shí)橫徑，記為FI。

果實(shí)鮮重：果實(shí)成熟后用天平稱量果實(shí)的鮮重，記錄平均值，記為FW，共計(jì)采集5組，每組采集30個(gè)草莓頂果果實(shí)。

果實(shí)硬度：采用手持式硬度計(jì)NR110（3nh）測定成熟果實(shí)的硬度，按照NY∕T 2009—2011《水果硬度的測定》［14］進(jìn)行，記為FH。

可溶性固形物：采用手持式折光儀PAL-1（愛拓）測定成熟果實(shí)的可溶性固形物含量，重復(fù)測量3次求平均值，記為SS。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、分析及模擬，采用Origin軟件作圖。分析方法主要包括偏最小二乘回歸分析法、主成分分析、線性回歸分析等。

按照地面氣象觀測規(guī)范，對采集的氣溫［15］以及輻射［16］數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.5 結(jié)果檢驗(yàn)

采用歸一化均方根誤差（Normalized root mean square error，NRMSE）對模型模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

式中，PV和MV分別為模擬值和觀測值，xˉ為觀測值的平均值，RMSE數(shù)值越小，表明模擬效果越好；當(dāng)NRMSE＜10%時(shí)模擬效果優(yōu)秀，10%≤NRMSE＜20%時(shí)模擬效果良好。

2 結(jié)果與分析

2.1 草莓生長期間光溫條件分析

從表1可以看出，草莓觀測期間溫室內(nèi)日平均氣溫12.6～14.8℃，日平均最高氣溫23.9～28.9℃，日平均最低氣溫7.2～7.7℃，日照時(shí)數(shù)366.0～431.0 h，氣溫和光照條件均在草莓適宜生長范圍內(nèi)［17，18］。

表1 6組草莓果實(shí)生長期間氣溫和日照時(shí)數(shù)

2.2 光溫條件對草莓果實(shí)性狀重要性分析

利用偏最小二乘回歸分析［19，20］對日平均氣溫（T）、日平均最高氣溫（TG）、日平均最低氣溫（TD）、平均晝夜溫差（DT）以及日照時(shí)數(shù)（S）與草莓果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量進(jìn)行了主成分分析（表2）。結(jié)果表明，日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差的特征值均大于1，是影響草莓果實(shí)各物理性狀的重要因素；日照時(shí)數(shù)對于果實(shí)鮮重的特征值大于1，是影響鮮重的重要因素，是影響果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物的非重要因素。日平均最低氣溫特征值均小于1，是影響草莓果實(shí)物理性狀的非重要因素。因此詳細(xì)開展日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時(shí)數(shù)與鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量的相關(guān)性分析，并進(jìn)行模型模擬。

表2 氣溫、日照時(shí)數(shù)與草莓果實(shí)物理主成分分析

2.3 氣溫差異對草莓果實(shí)物理性狀的影響

2.3.1 對果實(shí)鮮重的影響采用線性回歸分析法分析了草莓果實(shí)鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差的相關(guān)性。表3結(jié)果顯示，草莓果實(shí)鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差均通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平。草莓果實(shí)鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差升高，果實(shí)的鮮重降低。

表3 果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度以及可溶性固形物含量與氣溫的相關(guān)性分析

2.3.2 對果形指數(shù)的影響對草莓果形指數(shù)和氣溫進(jìn)行線性回歸分析可知，果形指數(shù)與日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差具有較高相關(guān)性，均通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平，其中以平均晝夜溫差相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為-0.976 8。果形指數(shù)與日平均氣溫的相關(guān)性通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平。果形指數(shù)與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差增加，果形指數(shù)降低，橫縱徑的差值減小，果實(shí)由長圓形向橢圓形或圓錐形轉(zhuǎn)變。

2.3.3 對果實(shí)硬度的影響線性回歸分析結(jié)果表明，果實(shí)硬度與日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差相關(guān)性分析均通過了0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平，并且呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差升高，果實(shí)硬度降低，果實(shí)變軟。

2.3.4 對果實(shí)可溶性固形物含量的影響果實(shí)可溶性固形物含量與日平均氣溫、日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差均通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平?？扇苄怨绦挝锖颗c日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明較高的氣溫不利于可溶性固形物的積累。

2.4 光照差異對草莓果實(shí)物理性狀的影響

2.4.1 對果實(shí)鮮重的影響采用線性回歸分析法對日照時(shí)數(shù)與果實(shí)鮮重的相關(guān)性進(jìn)行分析，從圖1可以看出，日照時(shí)數(shù)與果實(shí)鮮重呈多項(xiàng)式關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.967 6，通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平，說明日照時(shí)數(shù)增加，果實(shí)鮮重增加，但是當(dāng)日照時(shí)數(shù)增加到足夠大時(shí)，隨著日照時(shí)數(shù)增加，果實(shí)鮮重會(huì)減小。

圖1 日照時(shí)數(shù)與草莓果實(shí)鮮重相關(guān)性曲線

2.4.2 對果形指數(shù)的影響日照時(shí)數(shù)與果形指數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，日照時(shí)數(shù)與果形指數(shù)通過了0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平，相關(guān)系數(shù)為-0.857 2。說明日照時(shí)數(shù)長，果形指數(shù)降低，橫縱徑的差值減小，果實(shí)由長圓形向橢圓形或圓錐形轉(zhuǎn)變。

2.4.3 對果實(shí)硬度的影響日照時(shí)數(shù)與果實(shí)硬度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，日照時(shí)數(shù)與果實(shí)硬度呈多項(xiàng)式關(guān)系（圖2），相關(guān)系數(shù)為0.912 3，通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平，說明日照時(shí)數(shù)增加，果實(shí)硬度增加，但是當(dāng)日照時(shí)數(shù)足夠大時(shí)，隨著日照時(shí)數(shù)的增加，果實(shí)硬度會(huì)減小。

圖2 日照時(shí)數(shù)與草莓果實(shí)硬度相關(guān)性曲線

2.4.4 對果實(shí)可溶性固形物含量的影響果實(shí)可溶性固形物含量與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性分析均通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.831 3，說明日照時(shí)數(shù)的增加有利于可溶性固形物的形成和積累。

2.5 光溫條件對果實(shí)生長速度的影響

草莓果實(shí)生長的橫縱徑生長曲線呈S型變化，符合Logister曲線特征，即：

式中，t為日序數(shù)，花后第1天計(jì)為1，依次累加直至果實(shí)成熟，W為果徑累積生長量，a、b、D為系數(shù)。

草莓的果實(shí)生長天數(shù)按照日序進(jìn)行描述，將草莓果徑觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得出果實(shí)生長曲線方程，對方程進(jìn)行二次分析，得出果徑最大增長速率及果實(shí)橫、縱徑增長最快出現(xiàn)時(shí)間。擬合方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.96，通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平。

從草莓果徑生長數(shù)據(jù)以及模擬結(jié)果來看（表4），不同氣溫條件下草莓橫徑增長最快出現(xiàn)時(shí)間均較縱徑早。日平均氣溫為12.7℃時(shí)，草莓橫、縱徑的增長速率最大值分別為1.43 mm∕d和1.45 mm∕d，速率基本一致；并且出現(xiàn)時(shí)間相差1.6 d。日平均氣溫為14.8℃時(shí)，草莓橫、縱徑的增長速率最大值分別為1.71 mm∕d和1.37 mm∕d，橫徑的增長速率較縱徑偏高0.34 mm∕d；并且出現(xiàn)時(shí)間相差3.0 d。

表4 草莓果實(shí)生長模擬參數(shù)

2.6 模型模擬結(jié)果分析

利用偏最小二乘回歸分析模型對日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時(shí)數(shù)與草莓果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量進(jìn)行了模擬，模擬效果較好，從圖3可以看出對果形指數(shù)的模擬結(jié)果最好，NRMSE僅為0.03%，其次為可溶性固形物含量，NRMSE為0.20%，果實(shí)鮮重的模擬結(jié)果略差，NRMSE為5.51%。采用光、溫兩個(gè)方面的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量的模擬具有良好的模擬效果。

圖3 草莓果實(shí)鮮重、硬度、果形指數(shù)和可溶性固形物的實(shí)測值與模擬值對比

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時(shí)數(shù)是影響草莓果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物的重要因素，日平均最低氣溫是非重要因素。日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差與草莓果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度以及可溶性固形物含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明在適宜生長氣溫條件下，果實(shí)生長期內(nèi)日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差升高，草莓果實(shí)鮮重降低，果形指數(shù)減小，果實(shí)硬度降低、果實(shí)變軟，可溶性固形物含量降低。

日照時(shí)數(shù)與果實(shí)鮮重呈極顯著相關(guān)，與果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物呈顯著相關(guān)。日照時(shí)數(shù)與果實(shí)鮮重及硬度均呈多項(xiàng)式相關(guān)，日照時(shí)數(shù)增加，果實(shí)鮮重和硬度增加，當(dāng)日照時(shí)數(shù)足夠大時(shí)，隨著日照時(shí)數(shù)的增加，果實(shí)硬度會(huì)減小。這與氣溫和果實(shí)鮮重和硬度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系相對應(yīng)，日照時(shí)間較長伴隨著氣溫的升高，氣溫偏高果實(shí)鮮重和硬度均下降。

當(dāng)日平均氣溫為12.7℃時(shí)，草莓果實(shí)橫、縱徑的增長速率基本持平；當(dāng)日平均氣溫為14.8℃時(shí)，草莓橫徑的增長速率明顯升高，且高于縱徑增長速率，并且明顯高于日平均氣溫為12.7℃時(shí)的增長速率。不同氣溫條件下橫、縱徑的最快增長速度出現(xiàn)時(shí)間差異明顯。較高的氣溫使草莓橫徑增長速度加快，橫徑超過了縱徑的增長速度，提前達(dá)到最大值。

基于光、溫兩個(gè)方面的氣象數(shù)據(jù)，利用偏最小二乘回歸模型進(jìn)行草莓果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量的模擬，模擬效果較好，其中果形指數(shù)的模擬結(jié)果最好，NRMSE僅為0.03%。

在冬季日光溫室中最低氣溫起伏較小，因此試驗(yàn)中日平均最低氣溫沒有表現(xiàn)出對果實(shí)鮮重、果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量的顯著相關(guān)性，作為非重要因素被排除在相關(guān)性分析之外是合理的。較高的氣溫使果實(shí)橫徑的增長速度明顯加快，果肉細(xì)胞分裂的時(shí)間明顯縮短［1］，果實(shí)成熟快，易形成小果，果實(shí)鮮重降低；同時(shí)果實(shí)可溶性固形物的積累時(shí)間縮短，不利于形成良好的品質(zhì)［21］。溫室草莓種植要注意光溫的配合管理。日照時(shí)數(shù)僅與果實(shí)鮮重呈極顯著相關(guān)關(guān)系，與果形指數(shù)、果實(shí)硬度和可溶性固形物含量均呈顯著相關(guān)關(guān)系，與日光溫室開閉簾的人為控制密切相關(guān)，在溫室外氣溫較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)犧牲光照時(shí)間來減少溫室內(nèi)熱量流失的現(xiàn)象。

溫室內(nèi)的補(bǔ)光時(shí)長需適宜，在氣溫適宜的條件下早晚進(jìn)行補(bǔ)光效果較好。在實(shí)際生產(chǎn)中較長的光照時(shí)間伴隨著氣溫的升高，此時(shí)增加光照時(shí)間可能會(huì)起到反作用。在氣溫較低時(shí)進(jìn)行光照的補(bǔ)充［22］，在氣溫較高時(shí)進(jìn)行遮陰處理［23］，能夠合理調(diào)控果實(shí)果徑的增長速度，有利于可溶性固形物的積累，可提高草莓果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。