蓝果忍冬成熟期结合力变化规律的测试分析

赵永超，孔德刚，何　宇，张　韵，霍俊伟，刘　魏

(东北农业大学a.工程学院；b.园艺学院，哈尔滨　150030)



蓝果忍冬成熟期结合力变化规律的测试分析

赵永超a，孔德刚a，何宇a，张韵a，霍俊伟b，刘魏a

(东北农业大学a.工程学院；b.园艺学院，哈尔滨150030)

摘要：为了弄清成熟蓝果忍冬结合力的特性和变化规律、给机械化收获提供技术依据，在蓝果忍冬成熟期间对4个常见品种果实结合力进行了为期16天的跟踪测试。通过分析研究得出：所测试的4个蓝果忍冬品种的结合力分布在0.1～1.7 N之间(P<0.05)，各品种结合力分布区间略有不同，所测试的野生阿尔泰忍冬、蓓蕾的结合力高于蓝鸟和长白山野生蓝靛果忍冬；各品种结合力随时间呈现出不同程度的下降趋势；同一天内下午的结合力显著大于上午的结合力(P <0.05)；晴天与阴雨天的结合力无显著性差异。通过因子分析，可将影响结合力的因素测试时间、上下午、相对湿度、温度及天气状况转换成环境因子和时间因子。

关键词：蓝果忍冬；成熟期；结合力；显著性差异；因子分析

0引言

蓝果忍冬(Lonicera Caerulea L.) 是一种野生浆果类灌木树种，属忍冬科、忍冬属，在我国吉林省长白山、黑龙江省大兴安岭东部山区有资源分布[1-3]。其果实出汁率高，浆汁为鲜艳的深玫瑰色，有调整人体生理机能、降血压及减缓衰老等作用[4]。近年来，野生蓝果忍冬面积不断减少，而其独特的食用价值、药用价值和效益促使人们向人工栽培方向转移，人工栽培蓝果忍冬的品种数量和面积在不断增加。但由于蓝果忍冬果实浆汁多、果皮薄，收获时容易破损，导致浆汁外溢，使其经济价值受到较大影响，从而阻碍了蓝果忍冬大面积栽植和推广。为尽量降低破损率，目前蓝果忍冬收获主要靠人工采摘或自制小工具收获，收获速度慢、劳动强度大、效率低，蓝果忍冬机械收获问题亟待解决[5-8]。由于光照和施肥条件的影响及个体差异的存在，蓝果忍冬在成熟期内要进行3～5次采摘，采摘期一般为2～3周。机械收获的主要原理是利用机械振动使蓝果忍冬果实受惯性力作用，克服果实与果柄之间的结合力而脱落后被收获。机械振动产生的惯性力过大会使未成熟的果实和枝叶一同被收获，破损率提高；过小会使收获效率降低、成熟的果实难以采摘干净。目前，对蓝果忍冬的研究大多针对其营养成分或栽培技术等方面，针对机械收获方面、特别是关于蓝果忍冬成熟期间果实与果柄之间结合力特性及变化规律的研究比较少见。因此，准确把握蓝果忍冬在成熟期的结合力特性及其变化规律，设计和研发适合我国蓝果忍冬收获需要，同时又简便实用、收获效率高、破损率低的收获机具是目前大力发展蓝果忍冬规模化种植的必经之路。本文从蓝果忍冬的基本属性出发，着重对收获蓝果忍冬的重要设计参数结合力进行试验研究，为蓝果忍冬收获机具的研制与开发提供必要的理论依据和技术参数。

1测试与调查

1.1测试仪器与试验对象

1)测试仪器。蓝果忍冬果实结合力和质量测试采用的仪器为艾德堡HP-2型便携式数显推拉力计(乐清市艾德堡仪器有限公司产，最大负荷2N，最小分辨值为0.001N，输出计量单位可选择N或kg)，果实外型尺寸测量采用游标卡尺(分辩值为0.02mm)。

2)试验对象。试验选取4种蓝果忍冬果树，其主要形态特征如表1所示。

1.2测试地点

测试地点为东北农业大学园艺试验站蓝果忍冬种植区(45°48′14″N，126°32′6″E)。

1.3测试期间天气状况

测试日期为2012年6月7日-6月22日，共16天。测试期间多为晴天，阴雨天较少。测试期间的天气情况如表2所示。

1.4测试方法

在蓝果忍冬种植区选取4个常见品种，每个品种随机抽取5株果树，每次测试时对每株树随机抽取3颗以上成熟果实(颜色呈深黑色)分别进行测试。自制轻质抓钩与推拉力计固定连接，测试前使推拉力计归零并设置为“峰值”模式；用抓钩钩住被测果实，垂直向下拉动推拉力计，使果实在与果柄结合处断开，此时推拉力计显示的数值即为收获蓝果忍冬所需克服的结合力。测试方法如图1所示。测试期间，每天按照固定时间进行两次测试，时间分别为7:30和13:30；每次测试时间大约在30min左右，测试数据由仪器内部存储卡记录的同时也做了纸面记录。试验后，用数据分析软件做数据整理和统计分析。

表1　被测蓝果忍冬主要形态特征

表2　 测试期间天气状况

1.推拉力计　2.自制抓钩　3.蓝果忍冬果实　4.蓝果忍冬树枝

2测试结果与分析

2.1结合力分布特性

在整个试验测试中，所测成熟果实的结合力均未超出2 N。为进行对比，测试了树叶和未成熟果实的结合力，测试值均大于2 N，与成熟果实的结合力有明显差异。结合力因品种而异，不同品种成熟果实的结合力应有其自身的分布特性。为此，首先对测试获得到的大量结合力数据，采用直方图统计并分析其结合力的分布特性，统计结果如图2所示。

图2　成熟期结合力直方图

由图2可以看出：成熟期结合力分布情况因品种而异，但都相对集中在某一区间内。为准确划分分布区间，采用百分位数来确定95%结合力的分布范围，如表3所示。

表3　各品种结合力百分位数与变异系数

由表3可知：品种Ⅰ成熟期果实结合力95%分布在0.1～1 N区间；品种Ⅱ成熟果实结合力95%分布在0.2～1.4 N区间；品种Ⅲ成熟果实结合力95%分布在0.2～1.7 N区间；品种Ⅳ成熟果实结合力95%分布在0.1～1 N区间；4个品种成熟果实结合力分布相对离散，变异系数均在50%左右。

各品种采摘力之间的显著性分析：在显著水平α=0.05的条件下，对整个测试过程中4个品种每天上午、下午两次的测试数据进行单因素方差分析，结果如表4所示。表4显示：不论上午还是下午，4个品种之间的结合力均存在显著性差异。

表4　不同品种间结合力差异检验结果

2.2上下午结合力的差异

试验期间，每天上午、下午各进行1次测试，两次测试的实验条件略有差别：下午的温度比上午高，相对湿度比上午小。为分析同一天内上、下午之间结合力是否存在差异，现列出4个品种同一天内上、下午两次结合力均值对比，如图3所示。

由图3可见：在测试期间，每个品种同一天内上、下午两次结合力均值互有大小。测试期间(16天)数据显示：4个品种中，同一天内下午结合力均值大于上午出现55次，占所有测试次数的85.9%。其中，品种Ⅰ显示同一天内下午结合力大于上午14次，占该品种所有测试次数的87.5%；品种Ⅱ显示下午大于上午10次，占该品种所有测试次数的62.5%；品种Ⅲ显示下午大于上午16次，占该品种所有测试次数的100%；品种Ⅳ显示下午大于上午15次，占该品种所有测试次数的93.8%；所测4个品种均存在下午的结合力有大于上午的倾向。

图3　上下午结合力对比图

为了判断同一天内上午、下午果实结合力的差异性，对4个品种分别进行显著性差异检验(显著水平α=0.05，t检验)，结果如表5所示。4个被测试品种的统计量均大于临界值，P值均小于0.05。这表明，在显著水平α=0.05的条件下，4个品种同一天内上午、下午的结合力有显著差异。

表5　上下午成熟期果实结合力显著性差异检验结果

2.3结合力随时间变化趋势

为弄清每个品种的结合力随时间的变化趋势，对为期16天实测蓝靛果成熟期的测试数据，分别计算出每个品种每天上、下午和全天的测试数据均值，绘出随时间变化的折线图，如图4所示。

从图4中可以看出：随着时间推移，每个品种成熟期上午、下午和全天的果实结合力均呈现下降的趋势，但下降的速度各不相同。在测试期内，品种Ⅰ和Ⅳ上午、下午、全天结合力均小于其它两个品种；所有测试品种的结合力均随时间有下降的趋势与自然规律相符。研究表明：当果实成熟时，果柄上的细胞就开始衰老，在果柄与树枝相连的地方形成一层所谓“离层”。离层细胞活化，果胶酶和纤维素酶活性增强，壁物质分解，细胞失去连接，在重力和风的作用下断裂而脱落[13]。图4显示：折线Ⅱ、Ⅲ整体都在Ⅰ、Ⅳ之上，说明采摘期内Ⅱ、Ⅲ的结合力高于Ⅰ、Ⅳ；结合力大的品种在抵御风吹、雨水冲击方面的能力要强，果实自然脱落的比率较低，相对稳定。另外，各品种在成熟期内随时间均有下降的趋势，但下降速率不同，通过线性拟合得出下降速度排序为：Ⅲ>Ⅱ>Ⅳ>Ⅰ(全天)。下降速度较快的品种说明其成熟期较短，可采摘的时间较短，在成熟期内要增加采摘次数，避免果实大量脱落。

图4　结合力随时间变化趋势

2.4不同天气情况下结合力对比

测试期间的天气状况(见表2)多以晴天为主，上午阴天的有5天，下午阴天的有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：同一天内，上午、下午的结合力是存在一定差异的。为了分析不同天气状况下的结合力变化情况，选择天气变化相邻两天的同一时间测试数据作为研究对象。这是因为相邻两天果实的自身因素对结合力的影响甚微，对结合力的影响主要来自于外部环境的变化。在晴转阴雨天的情况下，两天的环境变化较为明显；而在阴雨天转为晴天的情况下，由于受日照的时间相对较短，水蒸气蒸发量小，温度和相对湿度变化不明显。因此，选择晴转阴雨天时的测试数据为对比分析数据。查看测试期间的天气状况可知：符合对比条件的有6组，上午3组、下午3组。各组数据对比如图5所示。其中，对比组中晴天结合力大于阴雨天的有14组，占所有测试组数的58.3%，包括品种Ⅰ 4组、品种Ⅱ 3组、品种Ⅲ 4组及品种Ⅳ 3组。

图5　不同天气情况下结合力对比图

为了解天气变化对结合力的影响，对4个品种分别进行显著性差异检验(显著水平α=0.05，t检验)，结果如表6所示。4个品种的统计量均小于临界值，P值均大于0.05。4个品种分析结果表明：在晴天和阴雨天采摘蓝靛果所需的结合力无显著差异。由于果实外部有果皮包裹，阴雨天对果实内部的组织结构影响较小，所以结合力变化不大；但阴雨天相对湿度较大，特别是雨天后收获，由于水分相对较大，会对收获机具的喂入、筛选机构造成一定程度的影响，在机具设计中应予以考虑。

表6 　不同天气结合力差异检验结果

2.5因子分析

综上所述，所测试的4种蓝果忍冬成熟期结合力受测试时间、上下午、温度、相对湿度及天气状况(晴、阴雨)等多个因素影响，虽然可为研究提供丰富的信息，但因素间可能存在一定的相关关系，增加了问题分析的复杂性。因此，采用统计软件SPSS 19.0对结合力进行了因子分析，通过少数几个不相关的综合变量表示以上多个因素之间的相互关系，达到“降维”的效果。在进行因子分析时，上下午、天气等因素是定性的，应用数量化理论[14]将这些定性因素转化成定量因素，以满足因子分析的要求。因子分析结果如图6所示。

由图6(a)可知：KMO值为0.597，表明适合做因子分析； Barlett球形度检验的Sig值小于0.05，也表明适合做因子分析[15]。由图6(b)旋转成份矩阵可知：将5个影响因素按高载荷可分成两类：上下午、温度、相对湿度、天气状况在第1个因子上载荷较大，根据实际情况，可以将第1个因子命名为环境因子。上下午因素看似与时间相关与环境无关，但实际上同一天上午与下午测试的时间相差虽然较小，而由两次不同时间引起的光照、温度、相对湿度等因素的变化却较大，因此可以包含于环境因子中。测试时间在第2个因子上载荷较大，可以将第2个因子命名为时间因子。由此可见，经因子分析后，各品种蓝果忍冬成熟期结合力主要与环境因子和时间因子有关。

取样足够度的Kaiser-Meyer-Olkin度量0.597Bartlett的球形度检验 近似卡方406.423df10Sig0.000

(a)KMO和Barlett的检验结果

(b)旋转成份矩阵

图 6因子分析结果

Fig.6The results of factor analysis

3结论

1)所测4个蓝果忍冬品种成熟期果实结合力95%分布在0.1～1.7N之间。每个品种成熟果实结合力分布各不相同，其95%分布区间分别为：蓝鸟0.1～1N，野生阿尔泰忍冬0.2～1.4N，蓓蕾0.2～1.7N，长白山野生蓝靛果忍冬0.1～1N。不论上午还是下午，品种之间的结合力均存在显著性差异。野生阿尔泰忍冬、蓓蕾的成熟期结合力高于蓝鸟和长白山野生蓝靛果忍冬。

2)对于单个品种，上午、下午两次测试的结合力均有显著性差异，下午测试的结合力较大。

3)蓝果忍冬各品种成熟期结合力随时间均呈下降趋势，但其下降速度不同。其由大到小排序为：蓓蕾、野生阿尔泰忍冬、长白山野生蓝靛果忍冬和蓝鸟。

4)晴天与阴雨天两种天气情况对各品种成熟果实结合力影响变化不大，无显著性差异。

5)通过因子分析，可将影响4个品种成熟期果实结合力的5个因素测试时间、上下午、温度、相对湿度、天气状况转换成环境因子和时间因子。

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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

文章编号：1003-188X(2016)04-0170-05

中图分类号：S183；S233.9

文献标识码：A

作者简介：赵永超(1982-)，男，哈尔滨人，博士研究生，(E-mail)249830085@qq.com。通讯作者：孔德刚(1956-)，男，吉林白山人，教授，博士生导师，(E-mail)kong-degang@hotmail.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(31272130)；公益性行业(农业)科研专项(201103037)

收稿日期：2015-04-01