不同营养液浓度下温室黄瓜果实干物质的模拟

2014-10-28马万征李忠芳邹海明张远兵姚发展

井冈山大学学报(自然科学版) 2014年6期

马万征，李忠芳，邹海明，王艳，张远兵，姚发展

马万征1，*李忠芳2，邹海明1，王艳1，张远兵1，姚发展1

（1.安徽科技学院城建与环境学院，安徽，凤阳 233100；2.安徽科技学院机电与车辆工程学院，安徽，凤阳 233100）

针对不同施肥处理下温室黄瓜果实干物质的快速确定问题，本研究采用无土栽培，利用霍格兰（Hoagland）配方营养液进行施肥，对栽培的黄瓜进行四个施肥处理：T1：1:200；T2：1:100；T3：1:50；T4：1:30，研究不同营养液浓度下果实鲜物质与干物质的关系，并对果实干质量进行模拟。结果表明：果实鲜物质与干物质呈现不同的线性关系，且斜率K存在以下关系：KT1< KT4< KT3< KT2。构建的模型可以较好地模拟果实的干物质，模型的相关系数2分别为：0.979；0.9982；0.816；0.926，模型的预测值与实测值之间的吻合度较好。黄瓜果实干物质模型可以对不同施肥处理的黄瓜果实进行较好地模拟。

温室；黄瓜；果实；干物质；营养液浓度；模拟

黄瓜是温室栽培的主要蔬菜作物之一，不同的施肥水平对其产量和品质起着决定性作用[1-3]。黄瓜果实是其生长发育的主要指标之一，也是温室黄瓜生产经济效益的决定性因素。温室黄瓜动态生长模拟模型一直是设施农业研究的热点，以往研究人员对此进行了大量研究[4-7]。黄瓜果实干物质是黄瓜生长发育模拟模型中的重要变量，干物质测定的精度、快速性、连续性直接影响到模型的精度。因此，寻求一种快速、精度高、连续性好的果实干物质确定方法具有非常重要的意义。

马万征[8]等通过研究4种不同营养液浓度下黄瓜果实的试验数据，构建了不同营养液浓度下黄瓜果实干质量与鲜质量、体积的模型。该模型可以无损、简单、快速和精确预测任意黄瓜果实的干质量，为温室黄瓜干质量分配模型的构建提供理论依据。但是该模型存在二次模拟问题，增加了温室黄瓜干物质模拟过程中的偏差。Higgs[9]以非破坏性方式，通过手工测量黄瓜果实的直径和长度研究了果实的动态生长，但研究结论精度较差。Marcelis[10]采用黄瓜果实的体积为变量，利用回归方程建立了果实鲜质量与体积的模拟方程，构建了鲜物质与体积的关系。利用黄瓜开花后的温度、时间、黄瓜果实的体积作为变量，建立了果实干质量的回归统计方程。赵大球[11]研究了温室黄瓜果实鲜质量非破坏性测定的方法，由于模拟模型中的变量为果实的干物质，单一的研究鲜物质的测定方法对温室黄瓜果实动态生长模型的意义不大。

上述研究中可以看出，前人的研究都建立了黄瓜果实鲜质量与果实体积的关系，但他们大多采用多元回归方程构造模拟方程，存在模拟精度较低、二次模拟等缺点。由于温室黄瓜果实干物质形成的影响因素较多，如温度、湿度、光照、土壤养分、土壤温湿度等因素，本研究将黄瓜果实干物质与营养液的浓度进行结合起来，通过一次模拟得到干物质的模拟模型，在国内鲜有报道。本研究以珍珠岩为基质，采用霍格兰（Hoagland）营养液[12]进行灌溉，研究不同浓度营养液对温室黄瓜果实鲜、干质量的关系及果实干质量的快速测定，以期为温室黄瓜动态生长模型的构建奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

我们试验于2010年4月13日至6月28日在江苏大学Venlo型玻璃温室中进行。温室跨度为6.4 m，温室开间距为4 m，温室天沟高为3.8 m，东西长为6.4 m×5连栋= 32 m，南北长为4 m × 5间= 20 m。温室黄瓜品种为津优1号，栽培方式以珍珠岩为基质的无土栽培。4月13日播种，4月27日进行移栽，种植密度苗期为3.09株/m2，采用霍格兰营养液配方进行施肥(如表1所示）。

表1 霍格兰营养液配方(10 L)

1.2 试验处理

黄瓜移栽后，使用袋装珍珠岩栽培。采用霍格兰配方营养液进行施肥处理，每天利用营养液自动灌溉系统进行施肥，每天10:00和15:00采用滴灌进行施肥，每次浇灌400 mL。按照中国现代化温室商业生产的标准进行栽培管理，以霍格兰营养液标准溶液为中心，设置营养元素供应不足（2个水平）、营养元素正常供应、营养元素过剩供应4个营养液梯度，即营养液稀释倍数分别为：T1：1:200；T2：1:100；T3：1:50；T4：1:30。每处理70株，小区面积约为20 m2。

1.3 测定项目与方法

从温室黄瓜生殖期开始，在4个梯度的处理中每隔1天取样1次，将不同处理的黄瓜果实用电子天平称取其鲜质量，在105 ℃下杀青15 min，在80 ℃烘干至恒重；然后用万分之一天平称取果实干物质。

2 结果与分析

2.1 不同营养液浓度下黄瓜果实干质量与鲜质量的关系

由图1可知，不同营养液浓度的黄瓜果实干物质与鲜物质成线性关系，T1、T2、T3、T4的相关系数分别为：0.8818、0.9797、0.918、0.9471，由回归方程可知斜率K存在以下关系：KT1< KT4< KT3< KT2。可以得出，营养液的浓度对温室黄瓜果实干物质的形成具有很大的影响，营养液浓度过低造成黄瓜生长发育所需的养分不足，产生化瓜现象[13]。在一定的范围内增加施肥量可以提高黄瓜的产量，营养液浓度过高造成营养器官和生殖器官分配不合理，影响到果实干质量的形成[14-15]。因此，研究不同营养液浓度下黄瓜果实干物质的形成具有极其重要的作用。

图1 不同营养液浓度下黄瓜果实干物质与鲜物质的关系

2.2 不同营养液浓度下黄瓜果实干物质的模拟

利用排水法得出黄瓜果实的体积，然后与不同处理下温室黄瓜果实干物质进行曲线拟合，表2为处理4所用到的数据。

不同营养液浓度的黄瓜果实干物质与果实长度、体积、鲜质量之间关系的表达式（1）~（4）。

T1：

T2：

T3：

T4：

式中，F为果实体积，单位为mm3；F为果实长度，单位为mm；FF为果实鲜物质，单位为g；DF为果实干物质，单位为g。

表2 T4试验数据

注：T4为营养液稀释倍数为1:30的处理。

2.3 模型的检验

采用回归估计标准误差[5]（root mean square error, RMSE）对模拟值和实测值之间的符合度进行统计分析。RMSE值越小，表明模拟值与实测值的吻合度越好，模拟值与实测值之间的偏差越小，即模型的精度越高。因此，RMSE能够很好的反映模型的预测精度。具体计算为：

式中，OBSi为实测值，本文中为温室黄瓜果实果实干物质的实测值，单位为g/m2；SIMi为温室黄瓜干物质的模拟值。

2.4 温室黄瓜果实干物质模拟值与实测值的比较

图2 黄瓜果实干物质模拟值与实测值的比较

T1-T4处理下有关黄瓜果实干物质模拟值与实测值的RMSE分别为：0.276、0.538、0.623、0.428。从模型模拟的结果可以看出，模型可以较好地模拟不同营养液浓度下温室黄瓜果实的干物质，具有较高的精度，可以为温室黄瓜干物质的快速确定提供技术支撑。

3 讨论

温室黄瓜果实干物质的模拟一直是设施农业研究领域的热点。根据以往研究人员的研究中不足，如仅对温室黄瓜果实鲜质量进行模拟，并没有对温室黄瓜果实干质量进行模拟，这种模拟实用性不强[11]。另外存在二次模拟[7]、精度低、连续性差等问题。果实的干质量与其体积、鲜质量有重要的关系，忽略鲜质量对果实干质量进行模拟存在一定的不足。如何寻求一种快速、高精度的黄瓜果实干物质测定方法具有非常重要的意义。

本研究采用果实体积、长度、鲜质量作为模拟变量，对黄瓜果实干质量进行一次模拟，解决了由于二次模拟问题造成模拟结果精度较差的问题。研究结果表明，营养液浓度对温室黄瓜果实干物质的形成具有重要的影响，不同营养浓度下温室黄瓜果实鲜物质与干物质呈现不同的线性关系，且斜率K存在以下关系：KT1< KT4< KT3< KT2。采用一次模拟模型，构建的不同营养液浓度下果实干物质模拟模型可以较好地模拟干物质，尤其是T2处理的模拟精度远远高于Marcelis[10]对黄瓜果实干质量的模拟。在进行黄瓜果实干物质模拟实验设计时，考虑了实际生产过程中可能存在的营养液供给情况，特别对黄瓜果实生长所需养分不足进行了充分考虑，设置了两个营养液梯度。该模型根据果实的生长状况，进行果实干物质的模拟，对预测黄瓜果实生长具有普遍意义。但是由于影响干物质形成的因素较多，如温室内光照、温度、二氧化碳浓度、基质的温湿度、营养液的养分含量及浓度等都会对黄瓜果实干物质产生重要的影响。本研究只是针对四种营养液浓度下黄瓜果实干物质进行了模拟，对其他营养液浓度下果实干物质的模拟没有考虑。因此，今后需要对不同环境因子下温室黄瓜果实干物质的快速测定进行研究。

4 结论

本研究通过不同营养液浓度下对黄瓜果实鲜物质与干物质的测定，得出营养液浓度对黄瓜果实鲜干物质具有重要的影响。采用一次模拟模型，得出不同营养液浓度下温室黄瓜果实干物质快速确定的方法，对研究温室黄瓜动态生长模型具有重要的意义。

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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

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.06.009

1674-8085(2014)06-0041-04

2014-05-06；

2014-08-09

安徽省高校省级自然科学研究项目(KJ2013Z056)；安徽省科技攻关计划重大项目（1301031030）；安徽省省级大学生创新创业训练计划项目(AH201310879062)；安徽科技学院青年科学研究基金项目(ZRC2013343）；安徽科技学院大学生科研基金项目

马万征(1978-)，男，山东冠县人，助理实验师，硕士，主要从事现代设施农业与环境控制技术研究(E-mail：mwzujs@126.com)

*李忠芳(1981-)，女，山东惠民人，讲师，博士，主要从事力学计算研究(E-mail：lizhongfang_ahstu@yeah.net);

邹海明(1977-)，男，安徽人，讲师，硕士，主要从事环境控制技术研究(E-mail:zhm3000@qq.com);

王艳(1983-)，女，湖北天门人，讲师，博士，主要从事环境控制技术研究(E-mail:wangyanht@163.com);

张远兵(1966-)，男，安徽六安人，教授，硕士，主要从事农业栽培技术研究(E-mail:1264307813@qq.com);