不同營養(yǎng)液濃度下溫室黃瓜果實干物質(zhì)的模擬

馬萬征，李忠芳，鄒海明，王 艷，張遠兵，姚發(fā)展

不同營養(yǎng)液濃度下溫室黃瓜果實干物質(zhì)的模擬

馬萬征1，*李忠芳2，鄒海明1，王 艷1，張遠兵1，姚發(fā)展1

（1.安徽科技學(xué)院城建與環(huán)境學(xué)院，安徽，鳳陽 233100；2.安徽科技學(xué)院機電與車輛工程學(xué)院，安徽，鳳陽 233100）

針對不同施肥處理下溫室黃瓜果實干物質(zhì)的快速確定問題，本研究采用無土栽培，利用霍格蘭（Hoagland）配方營養(yǎng)液進行施肥，對栽培的黃瓜進行四個施肥處理：T1：1:200；T2：1:100；T3：1:50；T4：1:30，研究不同營養(yǎng)液濃度下果實鮮物質(zhì)與干物質(zhì)的關(guān)系，并對果實干質(zhì)量進行模擬。結(jié)果表明：果實鮮物質(zhì)與干物質(zhì)呈現(xiàn)不同的線性關(guān)系，且斜率K存在以下關(guān)系：KT1< KT4< KT3< KT2。構(gòu)建的模型可以較好地模擬果實的干物質(zhì)，模型的相關(guān)系數(shù)2分別為：0.979；0.9982；0.816；0.926，模型的預(yù)測值與實測值之間的吻合度較好。黃瓜果實干物質(zhì)模型可以對不同施肥處理的黃瓜果實進行較好地模擬。

溫室；黃瓜；果實；干物質(zhì)；營養(yǎng)液濃度；模擬

黃瓜是溫室栽培的主要蔬菜作物之一，不同的施肥水平對其產(chǎn)量和品質(zhì)起著決定性作用[1-3]。黃瓜果實是其生長發(fā)育的主要指標之一，也是溫室黃瓜生產(chǎn)經(jīng)濟效益的決定性因素。溫室黃瓜動態(tài)生長模擬模型一直是設(shè)施農(nóng)業(yè)研究的熱點，以往研究人員對此進行了大量研究[4-7]。黃瓜果實干物質(zhì)是黃瓜生長發(fā)育模擬模型中的重要變量，干物質(zhì)測定的精度、快速性、連續(xù)性直接影響到模型的精度。因此，尋求一種快速、精度高、連續(xù)性好的果實干物質(zhì)確定方法具有非常重要的意義。

馬萬征[8]等通過研究4種不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實的試驗數(shù)據(jù)，構(gòu)建了不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干質(zhì)量與鮮質(zhì)量、體積的模型。該模型可以無損、簡單、快速和精確預(yù)測任意黃瓜果實的干質(zhì)量，為溫室黃瓜干質(zhì)量分配模型的構(gòu)建提供理論依據(jù)。但是該模型存在二次模擬問題，增加了溫室黃瓜干物質(zhì)模擬過程中的偏差。Higgs[9]以非破壞性方式，通過手工測量黃瓜果實的直徑和長度研究了果實的動態(tài)生長，但研究結(jié)論精度較差。Marcelis[10]采用黃瓜果實的體積為變量，利用回歸方程建立了果實鮮質(zhì)量與體積的模擬方程，構(gòu)建了鮮物質(zhì)與體積的關(guān)系。利用黃瓜開花后的溫度、時間、黃瓜果實的體積作為變量，建立了果實干質(zhì)量的回歸統(tǒng)計方程。趙大球[11]研究了溫室黃瓜果實鮮質(zhì)量非破壞性測定的方法，由于模擬模型中的變量為果實的干物質(zhì)，單一的研究鮮物質(zhì)的測定方法對溫室黃瓜果實動態(tài)生長模型的意義不大。

上述研究中可以看出，前人的研究都建立了黃瓜果實鮮質(zhì)量與果實體積的關(guān)系，但他們大多采用多元回歸方程構(gòu)造模擬方程，存在模擬精度較低、二次模擬等缺點。由于溫室黃瓜果實干物質(zhì)形成的影響因素較多，如溫度、濕度、光照、土壤養(yǎng)分、土壤溫濕度等因素，本研究將黃瓜果實干物質(zhì)與營養(yǎng)液的濃度進行結(jié)合起來，通過一次模擬得到干物質(zhì)的模擬模型，在國內(nèi)鮮有報道。本研究以珍珠巖為基質(zhì)，采用霍格蘭（Hoagland）營養(yǎng)液[12]進行灌溉，研究不同濃度營養(yǎng)液對溫室黃瓜果實鮮、干質(zhì)量的關(guān)系及果實干質(zhì)量的快速測定，以期為溫室黃瓜動態(tài)生長模型的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

我們試驗于2010年4月13日至6月28日在江蘇大學(xué)Venlo型玻璃溫室中進行。溫室跨度為6.4 m，溫室開間距為4 m，溫室天溝高為3.8 m，東西長為6.4 m×5連棟= 32 m，南北長為4 m × 5間= 20 m。溫室黃瓜品種為津優(yōu)1號，栽培方式以珍珠巖為基質(zhì)的無土栽培。4月13日播種，4月27日進行移栽，種植密度苗期為3.09株/m2，采用霍格蘭營養(yǎng)液配方進行施肥(如表1所示）。

表1 霍格蘭營養(yǎng)液配方(10 L)

1.2 試驗處理

黃瓜移栽后，使用袋裝珍珠巖栽培。采用霍格蘭配方營養(yǎng)液進行施肥處理，每天利用營養(yǎng)液自動灌溉系統(tǒng)進行施肥，每天10:00和15:00采用滴灌進行施肥，每次澆灌400 mL。按照中國現(xiàn)代化溫室商業(yè)生產(chǎn)的標準進行栽培管理，以霍格蘭營養(yǎng)液標準溶液為中心，設(shè)置營養(yǎng)元素供應(yīng)不足（2個水平）、營養(yǎng)元素正常供應(yīng)、營養(yǎng)元素過剩供應(yīng)4個營養(yǎng)液梯度，即營養(yǎng)液稀釋倍數(shù)分別為：T1：1:200；T2：1:100；T3：1:50；T4：1:30。每處理70株，小區(qū)面積約為20 m2。

1.3 測定項目與方法

從溫室黃瓜生殖期開始，在4個梯度的處理中每隔1天取樣1次，將不同處理的黃瓜果實用電子天平稱取其鮮質(zhì)量，在105 ℃下殺青15 min，在80 ℃烘干至恒重；然后用萬分之一天平稱取果實干物質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干質(zhì)量與鮮質(zhì)量的關(guān)系

由圖1可知，不同營養(yǎng)液濃度的黃瓜果實干物質(zhì)與鮮物質(zhì)成線性關(guān)系，T1、T2、T3、T4的相關(guān)系數(shù)分別為：0.8818、0.9797、0.918、0.9471，由回歸方程可知斜率K存在以下關(guān)系：KT1< KT4< KT3< KT2。可以得出，營養(yǎng)液的濃度對溫室黃瓜果實干物質(zhì)的形成具有很大的影響，營養(yǎng)液濃度過低造成黃瓜生長發(fā)育所需的養(yǎng)分不足，產(chǎn)生化瓜現(xiàn)象[13]。在一定的范圍內(nèi)增加施肥量可以提高黃瓜的產(chǎn)量，營養(yǎng)液濃度過高造成營養(yǎng)器官和生殖器官分配不合理，影響到果實干質(zhì)量的形成[14-15]。因此，研究不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干物質(zhì)的形成具有極其重要的作用。

圖1 不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干物質(zhì)與鮮物質(zhì)的關(guān)系

2.2 不同營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干物質(zhì)的模擬

利用排水法得出黃瓜果實的體積，然后與不同處理下溫室黃瓜果實干物質(zhì)進行曲線擬合，表2為處理4所用到的數(shù)據(jù)。

不同營養(yǎng)液濃度的黃瓜果實干物質(zhì)與果實長度、體積、鮮質(zhì)量之間關(guān)系的表達式（1）~（4）。

T1：

T2：

T3：

T4：

式中，F(xiàn)為果實體積，單位為mm3；F為果實長度，單位為mm；FF為果實鮮物質(zhì)，單位為g；DF為果實干物質(zhì)，單位為g。

表2 T4試驗數(shù)據(jù)

注：T4為營養(yǎng)液稀釋倍數(shù)為1:30的處理。

2.3 模型的檢驗

采用回歸估計標準誤差[5]（root mean square error, RMSE）對模擬值和實測值之間的符合度進行統(tǒng)計分析。RMSE值越小，表明模擬值與實測值的吻合度越好，模擬值與實測值之間的偏差越小，即模型的精度越高。因此，RMSE能夠很好的反映模型的預(yù)測精度。具體計算為：

式中，OBSi為實測值，本文中為溫室黃瓜果實果實干物質(zhì)的實測值，單位為g/m2；SIMi為溫室黃瓜干物質(zhì)的模擬值。

2.4 溫室黃瓜果實干物質(zhì)模擬值與實測值的比較

圖2 黃瓜果實干物質(zhì)模擬值與實測值的比較

T1-T4處理下有關(guān)黃瓜果實干物質(zhì)模擬值與實測值的RMSE分別為：0.276、0.538、0.623、0.428。從模型模擬的結(jié)果可以看出，模型可以較好地模擬不同營養(yǎng)液濃度下溫室黃瓜果實的干物質(zhì)，具有較高的精度，可以為溫室黃瓜干物質(zhì)的快速確定提供技術(shù)支撐。

3 討論

溫室黃瓜果實干物質(zhì)的模擬一直是設(shè)施農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的熱點。根據(jù)以往研究人員的研究中不足，如僅對溫室黃瓜果實鮮質(zhì)量進行模擬，并沒有對溫室黃瓜果實干質(zhì)量進行模擬，這種模擬實用性不強[11]。另外存在二次模擬[7]、精度低、連續(xù)性差等問題。果實的干質(zhì)量與其體積、鮮質(zhì)量有重要的關(guān)系，忽略鮮質(zhì)量對果實干質(zhì)量進行模擬存在一定的不足。如何尋求一種快速、高精度的黃瓜果實干物質(zhì)測定方法具有非常重要的意義。

本研究采用果實體積、長度、鮮質(zhì)量作為模擬變量，對黃瓜果實干質(zhì)量進行一次模擬，解決了由于二次模擬問題造成模擬結(jié)果精度較差的問題。研究結(jié)果表明，營養(yǎng)液濃度對溫室黃瓜果實干物質(zhì)的形成具有重要的影響，不同營養(yǎng)濃度下溫室黃瓜果實鮮物質(zhì)與干物質(zhì)呈現(xiàn)不同的線性關(guān)系，且斜率K存在以下關(guān)系：KT1< KT4< KT3< KT2。采用一次模擬模型，構(gòu)建的不同營養(yǎng)液濃度下果實干物質(zhì)模擬模型可以較好地模擬干物質(zhì)，尤其是T2處理的模擬精度遠遠高于Marcelis[10]對黃瓜果實干質(zhì)量的模擬。在進行黃瓜果實干物質(zhì)模擬實驗設(shè)計時，考慮了實際生產(chǎn)過程中可能存在的營養(yǎng)液供給情況，特別對黃瓜果實生長所需養(yǎng)分不足進行了充分考慮，設(shè)置了兩個營養(yǎng)液梯度。該模型根據(jù)果實的生長狀況，進行果實干物質(zhì)的模擬，對預(yù)測黃瓜果實生長具有普遍意義。但是由于影響干物質(zhì)形成的因素較多，如溫室內(nèi)光照、溫度、二氧化碳濃度、基質(zhì)的溫濕度、營養(yǎng)液的養(yǎng)分含量及濃度等都會對黃瓜果實干物質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。本研究只是針對四種營養(yǎng)液濃度下黃瓜果實干物質(zhì)進行了模擬，對其他營養(yǎng)液濃度下果實干物質(zhì)的模擬沒有考慮。因此，今后需要對不同環(huán)境因子下溫室黃瓜果實干物質(zhì)的快速測定進行研究。

4 結(jié)論

本研究通過不同營養(yǎng)液濃度下對黃瓜果實鮮物質(zhì)與干物質(zhì)的測定，得出營養(yǎng)液濃度對黃瓜果實鮮干物質(zhì)具有重要的影響。采用一次模擬模型，得出不同營養(yǎng)液濃度下溫室黃瓜果實干物質(zhì)快速確定的方法，對研究溫室黃瓜動態(tài)生長模型具有重要的意義。

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SIMULATION OF DRY MATTER PARTITIONING OF GREENHOUSE CUCUMBER UNDER DIFFERENT NUTRIENT SOLUTION CONCENTRATION CONDITIONS

MA Wan-zheng1，*LI Zhong-fang2，ZOU Hai-ming1，WANG Yan1，ZHANG Yuan-bing1，YAO Fa-zhan1

（1.College of Urban Construction and Environment; Anhui Science and Technology University, Fengyang, Anhui 233100,China；2.School of Mechanical-electronic and Automobic Engineering University, Fengyang, Anhui 233100，China；）

To study the fast method for measuring dry weight of greenhouse cucumber fruits. The relationship between fresh quality and dry quality of fruits was studied and the latter was simulated. Four different treatments as T1:1:200, T2:1:100, T3:1:50, T4:1:30 were designed for the cucumbers which were soillessly cultured and fertilized with the nutrient solution of Hoagland formula. The dry and fresh quality of fruits showed different linear relationships, and the slope factor K existed as KT1< KT4< KT3< KT2. The model could preferably simulate the dry quality of fruits with correlation indexes2of 0.979, 0.9982, 0.816 and 0.926 respectively, and the predicted values well fit the measured values. The model can precisely simulate the dry quality of greenhouse cucumber fruits under different fertilization treatments.

greenhouse; cucumber; fruit; dry quality; nutrient solution concentration; simulation

S688

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.06.009

1674-8085(2014)06-0041-04

2014-05-06；

2014-08-09

安徽省高校省級自然科學(xué)研究項目(KJ2013Z056)；安徽省科技攻關(guān)計劃重大項目（1301031030）；安徽省省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(AH201310879062)；安徽科技學(xué)院青年科學(xué)研究基金項目(ZRC2013343）；安徽科技學(xué)院大學(xué)生科研基金項目

馬萬征(1978-)，男，山東冠縣人，助理實驗師，碩士，主要從事現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)與環(huán)境控制技術(shù)研究(E-mail：mwzujs@126.com)

*李忠芳(1981-)，女，山東惠民人，講師，博士，主要從事力學(xué)計算研究(E-mail：lizhongfang_ahstu@yeah.net);

鄒海明(1977-)，男，安徽人，講師，碩士，主要從事環(huán)境控制技術(shù)研究(E-mail:zhm3000@qq.com);

王 艷(1983-)，女，湖北天門人，講師，博士，主要從事環(huán)境控制技術(shù)研究(E-mail:wangyanht@163.com);

張遠兵(1966-)，男，安徽六安人，教授，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)研究(E-mail:1264307813@qq.com);

姚發(fā)展(1991-)，男，安徽安慶人，安徽科技學(xué)院城建與環(huán)境學(xué)院本科生(E-mail：1070396400@qq.com).