藍(lán)果忍冬成熟期結(jié)合力變化規(guī)律的測試分析

趙永超，孔德剛，何　宇，張　韻，霍俊偉，劉　魏

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

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藍(lán)果忍冬成熟期結(jié)合力變化規(guī)律的測試分析

趙永超a，孔德剛a，何宇a，張韻a，霍俊偉b，劉魏a

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

摘要：為了弄清成熟藍(lán)果忍冬結(jié)合力的特性和變化規(guī)律、給機(jī)械化收獲提供技術(shù)依據(jù)，在藍(lán)果忍冬成熟期間對4個(gè)常見品種果實(shí)結(jié)合力進(jìn)行了為期16天的跟蹤測試。通過分析研究得出：所測試的4個(gè)藍(lán)果忍冬品種的結(jié)合力分布在0.1～1.7 N之間(P<0.05)，各品種結(jié)合力分布區(qū)間略有不同，所測試的野生阿爾泰忍冬、蓓蕾的結(jié)合力高于藍(lán)鳥和長白山野生藍(lán)靛果忍冬；各品種結(jié)合力隨時(shí)間呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢；同一天內(nèi)下午的結(jié)合力顯著大于上午的結(jié)合力(P <0.05)；晴天與陰雨天的結(jié)合力無顯著性差異。通過因子分析，可將影響結(jié)合力的因素測試時(shí)間、上下午、相對濕度、溫度及天氣狀況轉(zhuǎn)換成環(huán)境因子和時(shí)間因子。

關(guān)鍵詞：藍(lán)果忍冬；成熟期；結(jié)合力；顯著性差異；因子分析

0引言

藍(lán)果忍冬(Lonicera Caerulea L.) 是一種野生漿果類灌木樹種，屬忍冬科、忍冬屬，在我國吉林省長白山、黑龍江省大興安嶺東部山區(qū)有資源分布[1-3]。其果實(shí)出汁率高，漿汁為鮮艷的深玫瑰色，有調(diào)整人體生理機(jī)能、降血壓及減緩衰老等作用[4]。近年來，野生藍(lán)果忍冬面積不斷減少，而其獨(dú)特的食用價(jià)值、藥用價(jià)值和效益促使人們向人工栽培方向轉(zhuǎn)移，人工栽培藍(lán)果忍冬的品種數(shù)量和面積在不斷增加。但由于藍(lán)果忍冬果實(shí)漿汁多、果皮薄，收獲時(shí)容易破損，導(dǎo)致漿汁外溢，使其經(jīng)濟(jì)價(jià)值受到較大影響，從而阻礙了藍(lán)果忍冬大面積栽植和推廣。為盡量降低破損率，目前藍(lán)果忍冬收獲主要靠人工采摘或自制小工具收獲，收獲速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，藍(lán)果忍冬機(jī)械收獲問題亟待解決[5-8]。由于光照和施肥條件的影響及個(gè)體差異的存在，藍(lán)果忍冬在成熟期內(nèi)要進(jìn)行3～5次采摘，采摘期一般為2～3周。機(jī)械收獲的主要原理是利用機(jī)械振動(dòng)使藍(lán)果忍冬果實(shí)受慣性力作用，克服果實(shí)與果柄之間的結(jié)合力而脫落后被收獲。機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力過大會(huì)使未成熟的果實(shí)和枝葉一同被收獲，破損率提高；過小會(huì)使收獲效率降低、成熟的果實(shí)難以采摘干凈。目前，對藍(lán)果忍冬的研究大多針對其營養(yǎng)成分或栽培技術(shù)等方面，針對機(jī)械收獲方面、特別是關(guān)于藍(lán)果忍冬成熟期間果實(shí)與果柄之間結(jié)合力特性及變化規(guī)律的研究比較少見。因此，準(zhǔn)確把握藍(lán)果忍冬在成熟期的結(jié)合力特性及其變化規(guī)律，設(shè)計(jì)和研發(fā)適合我國藍(lán)果忍冬收獲需要，同時(shí)又簡便實(shí)用、收獲效率高、破損率低的收獲機(jī)具是目前大力發(fā)展藍(lán)果忍冬規(guī)模化種植的必經(jīng)之路。本文從藍(lán)果忍冬的基本屬性出發(fā)，著重對收獲藍(lán)果忍冬的重要設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合力進(jìn)行試驗(yàn)研究，為藍(lán)果忍冬收獲機(jī)具的研制與開發(fā)提供必要的理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1測試與調(diào)查

1.1測試儀器與試驗(yàn)對象

1)測試儀器。藍(lán)果忍冬果實(shí)結(jié)合力和質(zhì)量測試采用的儀器為艾德堡HP-2型便攜式數(shù)顯推拉力計(jì)(樂清市艾德堡儀器有限公司產(chǎn)，最大負(fù)荷2N，最小分辨值為0.001N，輸出計(jì)量單位可選擇N或kg)，果實(shí)外型尺寸測量采用游標(biāo)卡尺(分辯值為0.02mm)。

2)試驗(yàn)對象。試驗(yàn)選取4種藍(lán)果忍冬果樹，其主要形態(tài)特征如表1所示。

1.2測試地點(diǎn)

測試地點(diǎn)為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站藍(lán)果忍冬種植區(qū)(45°48′14″N，126°32′6″E)。

1.3測試期間天氣狀況

測試日期為2012年6月7日-6月22日，共16天。測試期間多為晴天，陰雨天較少。測試期間的天氣情況如表2所示。

1.4測試方法

在藍(lán)果忍冬種植區(qū)選取4個(gè)常見品種，每個(gè)品種隨機(jī)抽取5株果樹，每次測試時(shí)對每株樹隨機(jī)抽取3顆以上成熟果實(shí)(顏色呈深黑色)分別進(jìn)行測試。自制輕質(zhì)抓鉤與推拉力計(jì)固定連接，測試前使推拉力計(jì)歸零并設(shè)置為“峰值”模式；用抓鉤鉤住被測果實(shí)，垂直向下拉動(dòng)推拉力計(jì)，使果實(shí)在與果柄結(jié)合處斷開，此時(shí)推拉力計(jì)顯示的數(shù)值即為收獲藍(lán)果忍冬所需克服的結(jié)合力。測試方法如圖1所示。測試期間，每天按照固定時(shí)間進(jìn)行兩次測試，時(shí)間分別為7:30和13:30；每次測試時(shí)間大約在30min左右，測試數(shù)據(jù)由儀器內(nèi)部存儲(chǔ)卡記錄的同時(shí)也做了紙面記錄。試驗(yàn)后，用數(shù)據(jù)分析軟件做數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

表1　被測藍(lán)果忍冬主要形態(tài)特征

表2　 測試期間天氣狀況

1.推拉力計(jì)　2.自制抓鉤　3.藍(lán)果忍冬果實(shí)　4.藍(lán)果忍冬樹枝

2測試結(jié)果與分析

2.1結(jié)合力分布特性

在整個(gè)試驗(yàn)測試中，所測成熟果實(shí)的結(jié)合力均未超出2 N。為進(jìn)行對比，測試了樹葉和未成熟果實(shí)的結(jié)合力，測試值均大于2 N，與成熟果實(shí)的結(jié)合力有明顯差異。結(jié)合力因品種而異，不同品種成熟果實(shí)的結(jié)合力應(yīng)有其自身的分布特性。為此，首先對測試獲得到的大量結(jié)合力數(shù)據(jù)，采用直方圖統(tǒng)計(jì)并分析其結(jié)合力的分布特性，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2　成熟期結(jié)合力直方圖

由圖2可以看出：成熟期結(jié)合力分布情況因品種而異，但都相對集中在某一區(qū)間內(nèi)。為準(zhǔn)確劃分分布區(qū)間，采用百分位數(shù)來確定95%結(jié)合力的分布范圍，如表3所示。

表3　各品種結(jié)合力百分位數(shù)與變異系數(shù)

由表3可知：品種Ⅰ成熟期果實(shí)結(jié)合力95%分布在0.1～1 N區(qū)間；品種Ⅱ成熟果實(shí)結(jié)合力95%分布在0.2～1.4 N區(qū)間；品種Ⅲ成熟果實(shí)結(jié)合力95%分布在0.2～1.7 N區(qū)間；品種Ⅳ成熟果實(shí)結(jié)合力95%分布在0.1～1 N區(qū)間；4個(gè)品種成熟果實(shí)結(jié)合力分布相對離散，變異系數(shù)均在50%左右。

各品種采摘力之間的顯著性分析：在顯著水平α=0.05的條件下，對整個(gè)測試過程中4個(gè)品種每天上午、下午兩次的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表4所示。表4顯示：不論上午還是下午，4個(gè)品種之間的結(jié)合力均存在顯著性差異。

表4　不同品種間結(jié)合力差異檢驗(yàn)結(jié)果

2.2上下午結(jié)合力的差異

試驗(yàn)期間，每天上午、下午各進(jìn)行1次測試，兩次測試的實(shí)驗(yàn)條件略有差別：下午的溫度比上午高，相對濕度比上午小。為分析同一天內(nèi)上、下午之間結(jié)合力是否存在差異，現(xiàn)列出4個(gè)品種同一天內(nèi)上、下午兩次結(jié)合力均值對比，如圖3所示。

由圖3可見：在測試期間，每個(gè)品種同一天內(nèi)上、下午兩次結(jié)合力均值互有大小。測試期間(16天)數(shù)據(jù)顯示：4個(gè)品種中，同一天內(nèi)下午結(jié)合力均值大于上午出現(xiàn)55次，占所有測試次數(shù)的85.9%。其中，品種Ⅰ顯示同一天內(nèi)下午結(jié)合力大于上午14次，占該品種所有測試次數(shù)的87.5%；品種Ⅱ顯示下午大于上午10次，占該品種所有測試次數(shù)的62.5%；品種Ⅲ顯示下午大于上午16次，占該品種所有測試次數(shù)的100%；品種Ⅳ顯示下午大于上午15次，占該品種所有測試次數(shù)的93.8%；所測4個(gè)品種均存在下午的結(jié)合力有大于上午的傾向。

圖3　上下午結(jié)合力對比圖

為了判斷同一天內(nèi)上午、下午果實(shí)結(jié)合力的差異性，對4個(gè)品種分別進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)(顯著水平α=0.05，t檢驗(yàn))，結(jié)果如表5所示。4個(gè)被測試品種的統(tǒng)計(jì)量均大于臨界值，P值均小于0.05。這表明，在顯著水平α=0.05的條件下，4個(gè)品種同一天內(nèi)上午、下午的結(jié)合力有顯著差異。

表5　上下午成熟期果實(shí)結(jié)合力顯著性差異檢驗(yàn)結(jié)果

2.3結(jié)合力隨時(shí)間變化趨勢

為弄清每個(gè)品種的結(jié)合力隨時(shí)間的變化趨勢，對為期16天實(shí)測藍(lán)靛果成熟期的測試數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出每個(gè)品種每天上、下午和全天的測試數(shù)據(jù)均值，繪出隨時(shí)間變化的折線圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出：隨著時(shí)間推移，每個(gè)品種成熟期上午、下午和全天的果實(shí)結(jié)合力均呈現(xiàn)下降的趨勢，但下降的速度各不相同。在測試期內(nèi)，品種Ⅰ和Ⅳ上午、下午、全天結(jié)合力均小于其它兩個(gè)品種；所有測試品種的結(jié)合力均隨時(shí)間有下降的趨勢與自然規(guī)律相符。研究表明：當(dāng)果實(shí)成熟時(shí)，果柄上的細(xì)胞就開始衰老，在果柄與樹枝相連的地方形成一層所謂“離層”。離層細(xì)胞活化，果膠酶和纖維素酶活性增強(qiáng)，壁物質(zhì)分解，細(xì)胞失去連接，在重力和風(fēng)的作用下斷裂而脫落[13]。圖4顯示：折線Ⅱ、Ⅲ整體都在Ⅰ、Ⅳ之上，說明采摘期內(nèi)Ⅱ、Ⅲ的結(jié)合力高于Ⅰ、Ⅳ；結(jié)合力大的品種在抵御風(fēng)吹、雨水沖擊方面的能力要強(qiáng)，果實(shí)自然脫落的比率較低，相對穩(wěn)定。另外，各品種在成熟期內(nèi)隨時(shí)間均有下降的趨勢，但下降速率不同，通過線性擬合得出下降速度排序?yàn)椋孩?Ⅱ>Ⅳ>Ⅰ(全天)。下降速度較快的品種說明其成熟期較短，可采摘的時(shí)間較短，在成熟期內(nèi)要增加采摘次數(shù)，避免果實(shí)大量脫落。

圖4　結(jié)合力隨時(shí)間變化趨勢

2.4不同天氣情況下結(jié)合力對比

測試期間的天氣狀況(見表2)多以晴天為主，上午陰天的有5天，下午陰天的有1天；上午雨天的有2天，下午雨天的有2天。由以上分析可知：同一天內(nèi)，上午、下午的結(jié)合力是存在一定差異的。為了分析不同天氣狀況下的結(jié)合力變化情況，選擇天氣變化相鄰兩天的同一時(shí)間測試數(shù)據(jù)作為研究對象。這是因?yàn)橄噜弮商旃麑?shí)的自身因素對結(jié)合力的影響甚微，對結(jié)合力的影響主要來自于外部環(huán)境的變化。在晴轉(zhuǎn)陰雨天的情況下，兩天的環(huán)境變化較為明顯；而在陰雨天轉(zhuǎn)為晴天的情況下，由于受日照的時(shí)間相對較短，水蒸氣蒸發(fā)量小，溫度和相對濕度變化不明顯。因此，選擇晴轉(zhuǎn)陰雨天時(shí)的測試數(shù)據(jù)為對比分析數(shù)據(jù)。查看測試期間的天氣狀況可知：符合對比條件的有6組，上午3組、下午3組。各組數(shù)據(jù)對比如圖5所示。其中，對比組中晴天結(jié)合力大于陰雨天的有14組，占所有測試組數(shù)的58.3%，包括品種Ⅰ 4組、品種Ⅱ 3組、品種Ⅲ 4組及品種Ⅳ 3組。

圖5　不同天氣情況下結(jié)合力對比圖

為了解天氣變化對結(jié)合力的影響，對4個(gè)品種分別進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)(顯著水平α=0.05，t檢驗(yàn))，結(jié)果如表6所示。4個(gè)品種的統(tǒng)計(jì)量均小于臨界值，P值均大于0.05。4個(gè)品種分析結(jié)果表明：在晴天和陰雨天采摘藍(lán)靛果所需的結(jié)合力無顯著差異。由于果實(shí)外部有果皮包裹，陰雨天對果實(shí)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)影響較小，所以結(jié)合力變化不大；但陰雨天相對濕度較大，特別是雨天后收獲，由于水分相對較大，會(huì)對收獲機(jī)具的喂入、篩選機(jī)構(gòu)造成一定程度的影響，在機(jī)具設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。

表6 　不同天氣結(jié)合力差異檢驗(yàn)結(jié)果

2.5因子分析

綜上所述，所測試的4種藍(lán)果忍冬成熟期結(jié)合力受測試時(shí)間、上下午、溫度、相對濕度及天氣狀況(晴、陰雨)等多個(gè)因素影響，雖然可為研究提供豐富的信息，但因素間可能存在一定的相關(guān)關(guān)系，增加了問題分析的復(fù)雜性。因此，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0對結(jié)合力進(jìn)行了因子分析，通過少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合變量表示以上多個(gè)因素之間的相互關(guān)系，達(dá)到“降維”的效果。在進(jìn)行因子分析時(shí)，上下午、天氣等因素是定性的，應(yīng)用數(shù)量化理論[14]將這些定性因素轉(zhuǎn)化成定量因素，以滿足因子分析的要求。因子分析結(jié)果如圖6所示。

由圖6(a)可知：KMO值為0.597，表明適合做因子分析； Barlett球形度檢驗(yàn)的Sig值小于0.05，也表明適合做因子分析[15]。由圖6(b)旋轉(zhuǎn)成份矩陣可知：將5個(gè)影響因素按高載荷可分成兩類：上下午、溫度、相對濕度、天氣狀況在第1個(gè)因子上載荷較大，根據(jù)實(shí)際情況，可以將第1個(gè)因子命名為環(huán)境因子。上下午因素看似與時(shí)間相關(guān)與環(huán)境無關(guān)，但實(shí)際上同一天上午與下午測試的時(shí)間相差雖然較小，而由兩次不同時(shí)間引起的光照、溫度、相對濕度等因素的變化卻較大，因此可以包含于環(huán)境因子中。測試時(shí)間在第2個(gè)因子上載荷較大，可以將第2個(gè)因子命名為時(shí)間因子。由此可見，經(jīng)因子分析后，各品種藍(lán)果忍冬成熟期結(jié)合力主要與環(huán)境因子和時(shí)間因子有關(guān)。

取樣足夠度的Kaiser-Meyer-Olkin度量0.597Bartlett的球形度檢驗(yàn) 近似卡方406.423df10Sig0.000

(a)KMO和Barlett的檢驗(yàn)結(jié)果

(b)旋轉(zhuǎn)成份矩陣

圖 6因子分析結(jié)果

Fig.6The results of factor analysis

3結(jié)論

1)所測4個(gè)藍(lán)果忍冬品種成熟期果實(shí)結(jié)合力95%分布在0.1～1.7N之間。每個(gè)品種成熟果實(shí)結(jié)合力分布各不相同，其95%分布區(qū)間分別為：藍(lán)鳥0.1～1N，野生阿爾泰忍冬0.2～1.4N，蓓蕾0.2～1.7N，長白山野生藍(lán)靛果忍冬0.1～1N。不論上午還是下午，品種之間的結(jié)合力均存在顯著性差異。野生阿爾泰忍冬、蓓蕾的成熟期結(jié)合力高于藍(lán)鳥和長白山野生藍(lán)靛果忍冬。

2)對于單個(gè)品種，上午、下午兩次測試的結(jié)合力均有顯著性差異，下午測試的結(jié)合力較大。

3)藍(lán)果忍冬各品種成熟期結(jié)合力隨時(shí)間均呈下降趨勢，但其下降速度不同。其由大到小排序?yàn)椋狠砝?、野生阿爾泰忍冬、長白山野生藍(lán)靛果忍冬和藍(lán)鳥。

4)晴天與陰雨天兩種天氣情況對各品種成熟果實(shí)結(jié)合力影響變化不大，無顯著性差異。

5)通過因子分析，可將影響4個(gè)品種成熟期果實(shí)結(jié)合力的5個(gè)因素測試時(shí)間、上下午、溫度、相對濕度、天氣狀況轉(zhuǎn)換成環(huán)境因子和時(shí)間因子。

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Abstract ID:1003-188X(2016)04-0170-EA

A Study of Lonicera Edulis Picking Force During Mature Stage

Zhao Yongchaoa, Kong Deganga, He Yua, Zhang Yuna, Huo Junweib, Liu Weia

(a．College of Engineering；b．College of horticulture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030,China)

Abstract：In order to understand the characteristics of the picking force of Lonicera edulis and variation，The four common varieties were tracking test 16 days during Lonicera edulis harvest. The test results show that the picking force is mainly distributed in 0.1 ～ 1.7N(P<0.05), and the distribution range of picking force is slightly different: the test picking forces of L.caerulea subsp.altaicai and Berel are greater than Bluebird and wild L.caerulea var.edulis of Changbai Mountain, and showing vary degrees of downward trend as time. The picking force in the afternoon are significant than it in the morning of the same day(P<0.05), and no significant differences between sunny and rainy days. According to factor analysis,the factors affecting the picking force, including test time, morning and afternoon, relative humidity, temperature, weather conditions can be converted into environmental factors and time factor.

Key words：lonicera edulis; mature stage; picking force; significant differences; factor analysis

文章編號(hào)：1003-188X(2016)04-0170-05

中圖分類號(hào)：S183；S233.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：趙永超(1982-)，男，哈爾濱人，博士研究生，(E-mail)249830085@qq.com。通訊作者：孔德剛(1956-)，男，吉林白山人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)kong-degang@hotmail.com。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272130)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201103037)

收稿日期：2015-04-01