藍(lán)莓成熟期結(jié)合力變化規(guī)律的測(cè)試與分析

孔德剛，劉魏，霍俊偉，趙永超

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

藍(lán)莓成熟期結(jié)合力變化規(guī)律的測(cè)試與分析

孔德剛1，劉魏1，霍俊偉2，趙永超1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

為給藍(lán)莓采摘機(jī)提供合理設(shè)計(jì)依據(jù)，確定機(jī)械化采收的最佳時(shí)期，在分析藍(lán)莓結(jié)合力與振動(dòng)力基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)測(cè)成熟期藍(lán)莓果實(shí)的抗拉力、抗剪力、質(zhì)量和尺寸等參數(shù)，建立抗拉力和抗剪力隨時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度變化的回歸模型，研究時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度對(duì)抗拉力和抗剪力的影響，分析抗拉力和抗剪力與時(shí)間、氣溫及相對(duì)濕度的相關(guān)性，建立抗拉力和抗剪力隨時(shí)間變化的回歸模型。結(jié)果表明，抗拉力與時(shí)間極強(qiáng)相關(guān)，與氣溫和相對(duì)濕度相關(guān)性不顯著，抗剪力與時(shí)間強(qiáng)相關(guān)，與氣溫和相對(duì)濕度中等程度相關(guān)；成熟期內(nèi)藍(lán)莓的抗拉力和抗剪力分別在0.53～0.72 N和0.22～0.48 N之間變化，且隨著時(shí)間的增加而減?。凰{(lán)莓果實(shí)表面變成藍(lán)色約5 d后抗拉力和抗剪力明顯減小，范圍分別為0.44～0.53 N和0.22～0.25 N，其平均值分別為0.47 N和0.23 N。

藍(lán)莓；成熟期；結(jié)合力；振動(dòng)力

藍(lán)莓花青素（Anthocyanidin）含量豐富，具有增強(qiáng)血管彈性，改善循環(huán)系統(tǒng)等多種功效，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外藍(lán)莓栽植量不斷增加，由于藍(lán)莓果實(shí)小、果皮薄，在機(jī)械化采收時(shí)損傷率較高，造成經(jīng)濟(jì)損失。學(xué)者在農(nóng)業(yè)生物力學(xué)領(lǐng)域展開(kāi)廣泛研究[1]，但關(guān)于小漿果的力學(xué)特性及其變化規(guī)律研究相對(duì)較少。

現(xiàn)有研究主要是針對(duì)黑加侖、番茄或葡萄等，如王榮等測(cè)定葡萄與番茄的宏觀力學(xué)特性參數(shù)[2-4]，認(rèn)為最大拉應(yīng)力是造成葡萄機(jī)械損傷主要原因，建立單顆葡萄力學(xué)模型；王業(yè)成等測(cè)定黑加侖的基本物理力學(xué)特性及其隨成熟度和采收日期的變化規(guī)律[5]。郭艷玲等實(shí)測(cè)出藍(lán)莓熟果、青果與母枝的平均結(jié)合力分別為0.3、0.9和1.6 N[6-7]，但藍(lán)莓成熟期結(jié)合力特性及其變化規(guī)律研究尚未見(jiàn)報(bào)，現(xiàn)有藍(lán)莓采摘機(jī)多為振動(dòng)式，振動(dòng)力過(guò)大會(huì)使果實(shí)破裂，過(guò)小則果實(shí)不能脫落。因此，研究藍(lán)莓成熟期結(jié)合力特性及其變化規(guī)律對(duì)合理設(shè)計(jì)采摘機(jī)極為重要。本研究跟蹤測(cè)試成熟期藍(lán)莓果實(shí)與果柄間的抗拉力和抗剪力，通過(guò)分析獲得藍(lán)莓在成熟期內(nèi)抗拉力和抗剪力及隨時(shí)間變化的規(guī)律，為藍(lán)莓采摘機(jī)設(shè)計(jì)提供合理技術(shù)依據(jù)。根據(jù)藍(lán)莓果實(shí)抗拉力和抗剪力變化規(guī)律，提出機(jī)械化采摘藍(lán)莓最佳采收時(shí)期。

1 藍(lán)莓結(jié)合力與振動(dòng)力分析

在藍(lán)莓果實(shí)自然成熟階段，藍(lán)莓植株激素脫落酸含量增加，促進(jìn)果柄基部形成薄壁細(xì)胞，逐漸形成離層，隨著果實(shí)成熟，果柄與果實(shí)間結(jié)合力逐漸減小，直至在外力或自重作用下果實(shí)脫落。振動(dòng)式藍(lán)莓收獲機(jī)工作原理是通過(guò)一定形式振動(dòng)機(jī)構(gòu)，將機(jī)械振動(dòng)傳遞給果樹(shù)，果樹(shù)以一定頻率和振幅振動(dòng)，使果枝上果實(shí)以某種振動(dòng)形式加速運(yùn)動(dòng)，并受到慣性力作用，當(dāng)慣性力大于果實(shí)與果柄間結(jié)合力時(shí)，果實(shí)在離層處斷裂，完成脫落過(guò)程[8]。

1.1 藍(lán)莓果實(shí)的振動(dòng)形式

一般認(rèn)為果樹(shù)為單自由度系統(tǒng)[9-11]，如圖1所示。在果樹(shù)受迫振動(dòng)過(guò)程中，只考慮與激振力方向一致的系統(tǒng)自由度。

①直線往復(fù)振動(dòng)：將主枝—側(cè)枝系統(tǒng)簡(jiǎn)化為以側(cè)枝與主枝結(jié)合處為支點(diǎn)的懸臂梁粘性阻尼系統(tǒng)，當(dāng)側(cè)枝受外加激振力作用時(shí)，產(chǎn)生直線往復(fù)振動(dòng)，果實(shí)隨之產(chǎn)生橫向直線往復(fù)振動(dòng)，果柄與側(cè)枝、與果柄間主要受剪力作用。

②定點(diǎn)擺動(dòng)振動(dòng)：將果柄—果實(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為以果柄與側(cè)枝結(jié)合處為支點(diǎn)的懸臂梁粘性阻尼系統(tǒng)，果實(shí)在慣性力的作用下，果實(shí)產(chǎn)生定點(diǎn)擺動(dòng)振動(dòng)，果實(shí)與果柄之間主要受拉力（離心力）作用。

③復(fù)合振動(dòng)：大多數(shù)情況下，果實(shí)的振動(dòng)形式是直線往復(fù)振動(dòng)與定點(diǎn)擺動(dòng)振動(dòng)復(fù)合而成的運(yùn)動(dòng)形式，果實(shí)的振動(dòng)形式較為復(fù)雜，可認(rèn)為果實(shí)受到剪力和拉力的復(fù)合作用。

圖1 果柄—果實(shí)系統(tǒng)受力分析Fig.1 Mechanical analysis of stem-berry system under forced excitation

1.2 藍(lán)莓果實(shí)的結(jié)合力分析

機(jī)械采摘藍(lán)莓時(shí)，果樹(shù)受到振動(dòng)力的作用，其果實(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為

式中：A為振動(dòng)幅值（m）；ω為振動(dòng)角速度（rad·s-1）；?為初始相位角（rad）；ξ為阻尼比。

對(duì)（1）式求二階導(dǎo)數(shù)，得

由牛頓第二定律可知作用在果實(shí)上的慣性力FI為：

由達(dá)朗貝爾原理（見(jiàn)圖1）可知，作用于果樹(shù)枝上的外力與藍(lán)莓果實(shí)運(yùn)動(dòng)的慣性力大小相等方向相反，即，

因此，由（2）、（3）和（4）式可得振動(dòng)力表達(dá)式：

式中，m為藍(lán)莓果實(shí)質(zhì)量（kg）。

另外，藍(lán)莓樹(shù)枝在采摘機(jī)的振動(dòng)力作用下，果實(shí)的運(yùn)動(dòng)多數(shù)是樹(shù)枝的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與其隨果柄擺動(dòng)的復(fù)合振動(dòng)形式，果實(shí)與果柄間受到拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，即果實(shí)與果柄間的結(jié)合力可由抗拉力和抗剪力合成得到。當(dāng)振動(dòng)力F大于結(jié)合力時(shí)，藍(lán)莓的果實(shí)脫離果柄，只要測(cè)試出抗拉力和抗剪力，即可間接獲得結(jié)合力。

2 測(cè)試材料與方法

2.1 測(cè)試藍(lán)莓與測(cè)試儀器

圖2 抗拉力與抗剪力測(cè)試方法Fig.2 Anti-tensile force and shear resistance test method

測(cè)試藍(lán)莓品種為“美登（Blomidon）”，栽植地點(diǎn)為黑龍江省哈爾濱市平房區(qū)，該藍(lán)莓每年7月中旬成熟，果實(shí)成熟期不一致，但成熟早的果不自然脫落，可集中采收，屬于中熟品種，是適合于高寒地區(qū)栽培的優(yōu)良品種，為我國(guó)東北地區(qū)大面積商業(yè)化栽培品種。測(cè)試日期為2012年7月17～31日，此期間正值美登成熟采收期?？估Α⒖辜袅凸麑?shí)質(zhì)量的測(cè)試采用HP-2型數(shù)顯式推拉力計(jì)，該儀器的最大負(fù)荷值為2 N，分度值為0.001 N，示值誤差為±0.5%，具有峰值保持功能。果實(shí)尺寸的測(cè)量采用游標(biāo)卡尺（分度值為0.02 mm）。

2.2 測(cè)試方法

當(dāng)藍(lán)莓果實(shí)變成藍(lán)色開(kāi)始成熟時(shí)，每天在試驗(yàn)地的兩個(gè)不同種植區(qū)隨機(jī)抽取60顆果實(shí)進(jìn)行抗拉力測(cè)試，隨機(jī)抽取20顆果實(shí)進(jìn)行抗剪力測(cè)試，每天測(cè)試一組，連續(xù)測(cè)試14 d，為確保測(cè)試精度，測(cè)試時(shí)嚴(yán)格按照推拉力計(jì)的使用方法和操作規(guī)程進(jìn)行。

2.2.1 抗拉力測(cè)試

抗拉力測(cè)試時(shí)，先將果實(shí)所在側(cè)枝固定，同時(shí)將果實(shí)固定在推拉力計(jì)的夾具上，用手緊握推拉力計(jì)使推拉力計(jì)的夾具與果柄成同一直線，緩慢加載直至果實(shí)脫落，如圖2a所示。測(cè)試過(guò)程中保證夾具不與樹(shù)枝發(fā)生接觸，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.2.2 抗剪力測(cè)試

抗剪力測(cè)試時(shí)，先用支架將果柄基部固定，同時(shí)將果實(shí)靠在推拉力計(jì)的夾具上，用手緊握推拉力計(jì)使推拉力計(jì)的夾具與果柄垂直，緩慢加載直至果實(shí)脫落，如圖2b所示。加載過(guò)程中避免果實(shí)與支架接觸，以免影響測(cè)試精度，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.2.3 果實(shí)質(zhì)量與尺寸測(cè)試

隨機(jī)抽取20顆果實(shí)，測(cè)試時(shí)先將藍(lán)莓果柄輕輕去掉，并保證藍(lán)莓在果柄處無(wú)任何損傷，以3次測(cè)試的平均值作為果實(shí)的質(zhì)量。果實(shí)形狀近似為橢球形，以果實(shí)梗莖與頂點(diǎn)的連線為縱軸直徑，以果實(shí)橫向最大直徑為橫軸直徑。

3 結(jié)果與分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

3.1.1 單顆藍(lán)莓質(zhì)量和尺寸

實(shí)測(cè)單顆果實(shí)參數(shù)分別為：質(zhì)量0.48～0.66 g；橢球形果實(shí)的縱軸直徑9.3～10.1 mm，橫軸直徑7.9～9.5 mm。

3.1.2 單顆藍(lán)莓的抗拉力和抗剪力

由于藍(lán)莓的生物特性差異較大，故多次重復(fù)測(cè)試抗拉力和抗剪力以減小隨機(jī)誤差，對(duì)于粗大誤差予以剔除處理，取其處理后的數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為該樣本值的計(jì)算依據(jù)，得到成熟期藍(lán)莓抗拉力和抗剪力隨時(shí)間變化實(shí)測(cè)結(jié)果，如圖3所示。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 成熟期藍(lán)莓抗拉力和抗剪力分析

由圖3a可知，成熟期藍(lán)莓平均抗拉力隨時(shí)間后移而減小，在0.43～0.68 N間變化。按抗拉力隨時(shí)間變化的特點(diǎn)可分為前期和后期，前期為第1～5天，后期為第6～14天。在前期抗拉力隨時(shí)間快速減小，由第1天0.68 N下降到第5天0.50 N，下降約0.18 N，后期抗拉力隨時(shí)間變化較小，呈緩慢下降趨勢(shì)，由第6天0.49 N下降到第14天0.44 N，下降約0.05 N，其下降幅度明顯低于前期。由t檢驗(yàn)可知，前期的平均值（0.61 N）與后期的平均值（0.47 N）存在極顯著的差異（α=0.01）。

由圖3b可知，成熟期藍(lán)莓平均抗剪力隨時(shí)間后移快速減小后呈波動(dòng)變化，變化范圍為0.20～0.48 N?？辜袅εc抗拉力有相似的變化規(guī)律，也可分為前期（第1～4天）和后期（第5～14天），在前期抗剪力隨時(shí)間迅速減小，由第1天的0.49 N下降到第4天的0.21 N，下降約0.28 N，在后期抗剪力在平均值0.23 N上下小幅波動(dòng)，其波動(dòng)范圍為0.21～0.28 N。由t檢驗(yàn)可知，前期的平均值（0.32 N）顯著大于后期的平均值（α=0.05）。

上述分析表明，藍(lán)莓成熟期抗拉力與抗剪力隨時(shí)間變化規(guī)律相似，都可分為幅值下降較快的前期和幅值波動(dòng)變化的后期，可以認(rèn)為藍(lán)莓果實(shí)在剛進(jìn)入成熟期時(shí)，植株激素脫落酸含量增加使果柄基部形成薄壁細(xì)胞，對(duì)比成長(zhǎng)期發(fā)生明顯變化，使果柄與果實(shí)之間的結(jié)合力快速減小，而當(dāng)進(jìn)入成熟期的中后期，柄與果之間形成離層后，植株激素脫落酸增加速度減緩，使柄與果實(shí)之間的結(jié)合力緩慢減小。

另外，從實(shí)測(cè)結(jié)果可看出抗拉力明顯大于抗剪力，成熟期藍(lán)莓不同日期的抗拉力與抗剪力存在極顯著差異（α=0.01）。表明果柄垂直方向（剪力作用）振動(dòng)比果柄縱向（拉力作用）振動(dòng)更有利于果實(shí)脫落。

圖3 成熟期藍(lán)莓抗拉力和抗剪力隨時(shí)間變化實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.3 Measured results of anti-tensile force and shear resistance changing with time of blueberry during mature period

3.2.2 時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度對(duì)抗拉力和抗剪力的影響

如圖4所示，抗拉力和抗剪力在第4～8天有小幅波動(dòng)，由測(cè)試記錄可知，測(cè)試期間的第4～6天降雨，氣溫較低，相對(duì)濕度較大，而第7～8天氣溫較高，相對(duì)濕度較小，表明氣溫及相對(duì)濕度對(duì)抗拉力和抗剪力有一定影響。

3.2.2.1 抗拉力.性回歸模型

為分析時(shí)間、氣溫及相對(duì)濕度對(duì)抗拉力和抗剪力影響，通過(guò)采用Levenberg-Marquardt（LM）和通用全局優(yōu)化算法建立多元非線性曲面擬合模型，得到抗拉力和抗剪力與各因素之間的二次回歸方程分別為：

式中，y1為抗拉力，N；y2為抗剪力，N；x1為時(shí)間，d；x2為氣溫，℃；x3為相對(duì)濕度，%。

抗拉力模型和抗剪力模型用于優(yōu)度檢驗(yàn)的決定系數(shù)R2分別為0.953和0.968，說(shuō)明擬合程度均較高，故回歸模型可以接受。

從圖4可知，抗拉力和抗剪力的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值能較好地吻合。

圖4 抗拉力和抗剪力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.4 Comparison between calculated and measured values of anti-tensile force and shear resistance

3.2.2.2 抗拉力的多因素影響分析

根據(jù)抗拉力回歸方程（式6）所作出的響應(yīng)曲面如圖5所示。

由圖5a可知，當(dāng)相對(duì)濕度68%時(shí)，在不同氣溫下，抗拉力隨著成熟時(shí)間后移而首先呈近似線性減小趨勢(shì)；并且氣溫升高時(shí)，這一減小趨勢(shì)隨時(shí)間升高而逐漸減小，在氣溫超過(guò)28℃后，氣溫升高時(shí)，抗拉力隨時(shí)間增大呈現(xiàn)略有增大現(xiàn)象。在不同成熟時(shí)間下，抗拉力隨氣溫升高，先減小后增大，呈下凹拋物線變化規(guī)律；且時(shí)間升高時(shí)，抗拉力隨氣溫升高的增大趨勢(shì)略為明顯。

由圖5b可知，當(dāng)氣溫26.5℃時(shí)，在不同相對(duì)濕度下，抗拉力首先隨時(shí)間增加，抗拉力近似線性減小，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)68%時(shí)，抗拉力的減小趨勢(shì)變緩，且呈略有增大的現(xiàn)象；在不同成熟時(shí)間下，抗拉力隨著相對(duì)濕度的增加，先增大后減小，當(dāng)時(shí)間超過(guò)7 d時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增大，抗拉力增大的趨勢(shì)較為明顯。

由圖5c可知，當(dāng)時(shí)間7 d時(shí)，氣溫和相對(duì)濕度對(duì)抗拉力的影響規(guī)律呈現(xiàn)近似“馬鞍形”曲面，當(dāng)相對(duì)濕度68%時(shí)，在任一氣溫下，抗拉力均為最大值，在不同相對(duì)濕度下，抗拉力隨著氣溫的升高先減小，在氣溫超過(guò)28℃后，抗拉力呈現(xiàn)緩慢增大趨勢(shì)；在不同氣溫下，抗拉力呈近似對(duì)稱上凸拋物形變化，抗拉力隨著相對(duì)濕度的增大，先增大，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)68%時(shí)，隨相對(duì)濕度的增大而減小。

3.2.2.3 抗剪力的多因素影響分析

根據(jù)抗剪力回歸方程（式7）所作出的響應(yīng)曲面如圖6所示。

由圖6a可知，當(dāng)相對(duì)濕度68%時(shí)，時(shí)間和氣溫對(duì)抗剪力的影響規(guī)律呈近似對(duì)稱拋物面；當(dāng)氣溫25℃時(shí)，在任一時(shí)間下，抗剪力均為最大值；在不同氣溫下，抗剪力隨時(shí)間后移而呈近似平緩線性減小趨勢(shì)；在不同成熟時(shí)間下，抗剪力隨著氣溫的升高，呈上凸拋物線變化規(guī)律，先增大，當(dāng)氣溫超過(guò)25℃以后，抗剪力隨著氣溫的升高而減小。

由圖6b可知，當(dāng)氣溫26.5℃時(shí)，在不同相對(duì)濕度下，抗剪力先是隨時(shí)間升高，抗剪力近似線性減小，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)68%時(shí)，抗剪力的減小趨勢(shì)趨于平緩，且呈略有增大現(xiàn)象；在不同成熟時(shí)間下，抗剪力隨相對(duì)濕度增加，首先先增大，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)45%時(shí)，抗剪力隨相對(duì)濕度的增大而減小，當(dāng)時(shí)間超過(guò)7 d時(shí)，隨著相對(duì)濕度增大，抗剪力減小的趨勢(shì)變緩。

由圖6c可知，當(dāng)時(shí)間7 d時(shí)，在不同相對(duì)濕度下，抗剪力隨氣溫升高先增大，在氣溫超過(guò)25℃以后，抗剪力隨氣溫升高而減??；在不同氣溫下，抗剪力隨相對(duì)濕度增大，首先先增大，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)45%時(shí)，隨相對(duì)濕度增大，有明顯減小趨勢(shì)。

圖5 各因素對(duì)抗拉力影響的響應(yīng)曲面Fig.5 Response surfaces of the effects of all factors on anti-tensile force

圖6 各因素對(duì)抗剪力影響的響應(yīng)曲面Fig.6 Response surfaces of the effects of all factors on shear resistance

3.2.2.4 分析結(jié)果

隨時(shí)間升高，抗拉力和抗剪力整體均呈下降趨勢(shì)，且成熟期前期下降趨勢(shì)較為明顯，時(shí)間對(duì)抗拉力和抗剪力影響大于氣溫和相對(duì)濕度影響；而成熟期后期，抗剪力下降趨于平緩，氣溫和相對(duì)濕度是影響抗拉力和抗剪力的主要因素。隨著氣溫的升高，抗拉力整體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)氣溫超過(guò)28℃時(shí)，抗拉力呈略有增大的現(xiàn)象；而抗剪力先增大，當(dāng)氣溫超過(guò)25℃后，抗剪力呈減小趨勢(shì)；隨著相對(duì)濕度的增加，抗拉力先增大，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)68%時(shí)，抗拉力減?。欢辜袅φw呈下降趨勢(shì)，抗剪力先略有增大的現(xiàn)象，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)45%時(shí)，抗剪力減??；相對(duì)濕度較大甚至降雨天氣時(shí)，空氣中的水蒸汽附著在藍(lán)莓果實(shí)表面而增大果實(shí)自重，甚至雨水沖擊藍(lán)莓果實(shí)，引起抗拉力和抗剪力測(cè)量值減小。

3.2.3 相關(guān)性分析

從回歸模型（式7）可以看出，在一定程度上表現(xiàn)氣溫、相對(duì)濕度以及各因素間的交互作用對(duì)抗拉力和抗剪力影響的回歸系數(shù)相對(duì)較小，為了分析成熟期時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度與抗拉力和抗剪力間相互聯(lián)系的密切程度，利用SAS軟件對(duì)時(shí)間、氣溫及相對(duì)濕度與抗拉力和抗剪力的相關(guān)程度進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示?？估εc時(shí)間極強(qiáng)相關(guān)，抗剪力與時(shí)間強(qiáng)相關(guān)；抗拉力與氣溫相關(guān)性不顯著，抗剪力與氣溫中等程度相關(guān)；抗拉力與相對(duì)濕度相關(guān)性不顯著，抗剪力與相對(duì)濕度中等程度相關(guān)。

表1 時(shí)間、氣溫及相對(duì)濕度與抗拉力和抗剪力間相關(guān)分析Table 1 Correlation analysis of anti-tensile force and shear resistance with time and temperature

3.2.4 成熟期藍(lán)莓抗拉力和抗剪力隨時(shí)間變化的回歸分析

由于成熟期時(shí)間對(duì)抗拉力和抗剪力具有顯著影響，而氣溫和相對(duì)濕度對(duì)其影響相對(duì)較小，為確定顯著性影響規(guī)律，故對(duì)成熟期時(shí)間進(jìn)行一元非線性回歸。對(duì)抗拉力和抗剪力的數(shù)據(jù)運(yùn)用MAT?LAB的曲線擬合工具箱進(jìn)行擬合，得到抗拉力和抗剪力的回歸曲線如圖7所示，抗拉力隨時(shí)間變化規(guī)律近似為冪指數(shù)關(guān)系，抗剪力隨時(shí)間變化規(guī)律近似為倒指數(shù)關(guān)系，擬合模型較好地反映抗拉力和抗剪力隨時(shí)間的變化規(guī)律。

由圖7可知，藍(lán)莓果實(shí)表面變成藍(lán)色5 d后，估計(jì)值變化較小，此時(shí)抗拉力估計(jì)值為0.53 N，抗剪力估計(jì)值為0.25 N。另外，判定系數(shù)表明抗拉力和抗剪力與時(shí)間有較強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，均方根誤差小于3%。

一般認(rèn)為，當(dāng)藍(lán)莓果實(shí)表面變成藍(lán)色時(shí)即為成熟適宜采收[12]。但從機(jī)械化采收方面考慮，果實(shí)與果柄間的結(jié)合力及其變化范圍都較小時(shí)為最佳采收期，由圖7回歸模型可得：藍(lán)莓果實(shí)表面變成藍(lán)色約5 d后，抗拉力和抗剪力變化均減小，抗拉力估計(jì)值范圍為0.44～0.53 N，抗剪力估計(jì)值范圍為0.22～0.25 N，是機(jī)械化采收最佳時(shí)期。這與Blanco-Roldán等指出機(jī)器采收效率與果實(shí)成熟度密切相關(guān)，在成熟晚期更利于進(jìn)行機(jī)械化采收結(jié)論一致[13]。另外，由于藍(lán)莓果實(shí)的物理特性會(huì)隨著藍(lán)莓品種、栽植地區(qū)、測(cè)試時(shí)間或天氣情況等條件的不同而不同，第5天后抗拉力和抗剪力的估計(jì)值范圍與文獻(xiàn)[6-7]的研究結(jié)果略有差異，是由以上因素不同引起。

圖7 成熟期藍(lán)莓抗拉力和抗剪力隨時(shí)間變化的回歸曲線Fig.7 Regression curve of anti-tensile force and shear resistance changing with time of blueberry during mature period

4 結(jié)論

a.抗拉力顯著大于抗剪力（α=0.01），果柄垂直方向的振動(dòng)比果柄縱向的振動(dòng)容易使藍(lán)莓果實(shí)脫落；建立抗拉力和抗剪力隨時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度變化的回歸模型，研究時(shí)間、氣溫和相對(duì)濕度對(duì)抗拉力和抗剪力的影響；成熟期藍(lán)莓的抗拉力與時(shí)間有極強(qiáng)相關(guān)性，與氣溫和相對(duì)濕度相關(guān)性不顯著，抗剪力與時(shí)間強(qiáng)相關(guān)，與氣溫和相對(duì)濕度中等程度相關(guān)。

b.成熟期藍(lán)莓的抗拉力和抗剪力分別在0.43～0.68 N和0.20～0.48 N變化，且隨時(shí)間升高而減?。坏?天后果實(shí)與果柄間的抗拉力和抗剪力的平均值分別為0.47 N和0.23 N，抗拉力和抗剪力的變化范圍分別為0.44～0.53 N和0.22～0.25 N，可作為振動(dòng)式藍(lán)莓采摘機(jī)振動(dòng)力的設(shè)計(jì)依據(jù)。

c.通過(guò)對(duì)抗拉力和抗剪力分析，藍(lán)莓果實(shí)表面變成藍(lán)色后，前4 d抗拉力和抗剪力的波動(dòng)較大，約5 d后波動(dòng)變小，認(rèn)為是適于機(jī)械化采收的最佳時(shí)期。

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Test and analysis on variation of blueberry binding force during mature period

KONG Degang1,LIU Wei1,HUO Junwei2,ZHAO Yongchao1
(1.School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.School of Horticulture,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

To provide the reasonable design basis for blueberry picking machine,and to determine the appropriate period of the mechanized harvesting blueberries.Based on the analysis of the blueberry binding force and vibration force,by measuring the anti-tensile force and shear resistance,mass,dimension and parameters of blueberry fruit during mature period,regression models of anti-tensile force and shear resistance changing with time,temperature and relative humidity were established,studied the effect of time,temperature and relative humidity on anti-tensile force and shear resistance,correlation of anti-tensile force and shear resistance with time,temperature and relative humidity were analyzed.Regression models of anti-tensile force and shear resistance changing with time were established.The results showed that anti-tensile force were highly strong correlated with time,but did not correlate significantly with temperature and relative humidity.Shear resistance was strong correlated with time,and moderately correlated with temperature and relative humidity.The anti-tensile force and shear resistance of blueberry fruit during mature period respectively changed in 0.53-0.72 N and 0.22-0.48 N,and decreased as time increased.After the surface of blueberry turned blue about 5 days,the anti-tensile force and shear resistance respectively reduced significantly,ranging from 0.44N to 0.53 N and 0.22N to 0.25N,and the average value was 0.47 Nand 0.23 N respectively.

blueberry;mature period;binding force;vibration force

S225.93

A

1005-9369（2014）04-0099-08

2012-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金（31272130）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)基金（201103037）

孔德剛（1956-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論。E-mail:Kong-degang@hotmail.com

時(shí)間2014-4-21 13:23:15[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140421.1323.016.html

孔德剛,劉魏,霍俊偉,等.藍(lán)莓成熟期結(jié)合力變化規(guī)律的測(cè)試與分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(4)∶99-106.

Kong Degang,Liu Wei,Huo Junwei,et al.Test and analysis on variation of blueberry binding force during mature period[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(4)∶99-106.(in Chinese with English abstract)