藍果忍冬成熟期結合力變化規律的測試分析

趙永超，孔德剛，何　宇，張　韻，霍俊偉，劉　魏

(東北農業大學a.工程學院；b.園藝學院，哈爾濱　150030)

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藍果忍冬成熟期結合力變化規律的測試分析

趙永超a，孔德剛a，何宇a，張韻a，霍俊偉b，劉魏a

(東北農業大學a.工程學院；b.園藝學院，哈爾濱150030)

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

關鍵詞：藍果忍冬；成熟期；結合力；顯著性差異；因子分析

0引言

藍果忍冬(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有資源分布[1-3]。其果實出汁率高，漿汁為鮮艷的深玫瑰色，有調整人體生理機能、降血壓及減緩衰老等作用[4]。近年來，野生藍果忍冬面積不斷減少，而其獨特的食用價值、藥用價值和效益促使人們向人工栽培方向轉移，人工栽培藍果忍冬的品種數量和面積在不斷增加。但由于藍果忍冬果實漿汁多、果皮薄，收獲時容易破損，導致漿汁外溢，使其經濟價值受到較大影響，從而阻礙了藍果忍冬大面積栽植和推廣。為盡量降低破損率，目前藍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、勞動強度大、效率低，藍果忍冬機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體差異的存在，藍果忍冬在成熟期內要進行3～5次采摘，采摘期一般為2～3周。機械收獲的主要原理是利用機械振動使藍果忍冬果實受慣性力作用，克服果實與果柄之間的結合力而脫落后被收獲。機械振動產生的慣性力過大會使未成熟的果實和枝葉一同被收獲，破損率提高；過小會使收獲效率降低、成熟的果實難以采摘干凈。目前，對藍果忍冬的研究大多針對其營養成分或栽培技術等方面，針對機械收獲方面、特別是關于藍果忍冬成熟期間果實與果柄之間結合力特性及變化規律的研究比較少見。因此，準確把握藍果忍冬在成熟期的結合力特性及其變化規律，設計和研發適合我國藍果忍冬收獲需要，同時又簡便實用、收獲效率高、破損率低的收獲機具是目前大力發展藍果忍冬規模化種植的必經之路。本文從藍果忍冬的基本屬性出發，著重對收獲藍果忍冬的重要設計參數結合力進行試驗研究，為藍果忍冬收獲機具的研制與開發提供必要的理論依據和技術參數。

1測試與調查

1.1測試儀器與試驗對象

1)測試儀器。藍果忍冬果實結合力和質量測試采用的儀器為艾德堡HP-2型便攜式數顯推拉力計(樂清市艾德堡儀器有限公司產，最大負荷2N，最小分辨值為0.001N，輸出計量單位可選擇N或kg)，果實外型尺寸測量采用游標卡尺(分辯值為0.02mm)。

2)試驗對象。試驗選取4種藍果忍冬果樹，其主要形態特征如表1所示。

1.2測試地點

測試地點為東北農業大學園藝試驗站藍果忍冬種植區(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

在藍果忍冬種植區選取4個常見品種，每個品種隨機抽取5株果樹，每次測試時對每株樹隨機抽取3顆以上成熟果實(顏色呈深黑色)分別進行測試。自制輕質抓鉤與推拉力計固定連接，測試前使推拉力計歸零并設置為“峰值”模式；用抓鉤鉤住被測果實，垂直向下拉動推拉力計，使果實在與果柄結合處斷開，此時推拉力計顯示的數值即為收獲藍果忍冬所需克服的結合力。測試方法如圖1所示。測試期間，每天按照固定時間進行兩次測試，時間分別為7:30和13:30；每次測試時間大約在30min左右，測試數據由儀器內部存儲卡記錄的同時也做了紙面記錄。試驗后，用數據分析軟件做數據整理和統計分析。

表1　被測藍果忍冬主要形態特征

表2　 測試期間天氣狀況

1.推拉力計　2.自制抓鉤　3.藍果忍冬果實　4.藍果忍冬樹枝

2測試結果與分析

2.1結合力分布特性

在整個試驗測試中，所測成熟果實的結合力均未超出2 N。為進行對比，測試了樹葉和未成熟果實的結合力，測試值均大于2 N，與成熟果實的結合力有明顯差異。結合力因品種而異，不同品種成熟果實的結合力應有其自身的分布特性。為此，首先對測試獲得到的大量結合力數據，采用直方圖統計并分析其結合力的分布特性，統計結果如圖2所示。

圖2　成熟期結合力直方圖

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

表3　各品種結合力百分位數與變異系數

由表3可知：品種Ⅰ成熟期果實結合力95%分布在0.1～1 N區間；品種Ⅱ成熟果實結合力95%分布在0.2～1.4 N區間；品種Ⅲ成熟果實結合力95%分布在0.2～1.7 N區間；品種Ⅳ成熟果實結合力95%分布在0.1～1 N區間；4個品種成熟果實結合力分布相對離散，變異系數均在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，對整個測試過程中4個品種每天上午、下午兩次的測試數據進行單因素方差分析，結果如表4所示。表4顯示：不論上午還是下午，4個品種之間的結合力均存在顯著性差異。

表4　不同品種間結合力差異檢驗結果

2.2上下午結合力的差異

試驗期間，每天上午、下午各進行1次測試，兩次測試的實驗條件略有差別：下午的溫度比上午高，相對濕度比上午小。為分析同一天內上、下午之間結合力是否存在差異，現列出4個品種同一天內上、下午兩次結合力均值對比，如圖3所示。

由圖3可見：在測試期間，每個品種同一天內上、下午兩次結合力均值互有大小。測試期間(16天)數據顯示：4個品種中，同一天內下午結合力均值大于上午出現55次，占所有測試次數的85.9%。其中，品種Ⅰ顯示同一天內下午結合力大于上午14次，占該品種所有測試次數的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的93.8%；所測4個品種均存在下午的結合力有大于上午的傾向。

圖3　上下午結合力對比圖

為了判斷同一天內上午、下午果實結合力的差異性，對4個品種分別進行顯著性差異檢驗(顯著水平α=0.05，t檢驗)，結果如表5所示。4個被測試品種的統計量均大于臨界值，P值均小于0.05。這表明，在顯著水平α=0.05的條件下，4個品種同一天內上午、下午的結合力有顯著差異。

表5　上下午成熟期果實結合力顯著性差異檢驗結果

2.3結合力隨時間變化趨勢

為弄清每個品種的結合力隨時間的變化趨勢，對為期16天實測藍靛果成熟期的測試數據，分別計算出每個品種每天上、下午和全天的測試數據均值，繪出隨時間變化的折線圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出：隨著時間推移，每個品種成熟期上午、下午和全天的果實結合力均呈現下降的趨勢，但下降的速度各不相同。在測試期內，品種Ⅰ和Ⅳ上午、下午、全天結合力均小于其它兩個品種；所有測試品種的結合力均隨時間有下降的趨勢與自然規律相符。研究表明：當果實成熟時，果柄上的細胞就開始衰老，在果柄與樹枝相連的地方形成一層所謂“離層”。離層細胞活化，果膠酶和纖維素酶活性增強，壁物質分解，細胞失去連接，在重力和風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Ⅱ、Ⅲ的結合力高于Ⅰ、Ⅳ；結合力大的品種在抵御風吹、雨水沖擊方面的能力要強，果實自然脫落的比率較低，相對穩定。另外，各品種在成熟期內隨時間均有下降的趨勢，但下降速率不同，通過線性擬合得出下降速度排序為：Ⅲ>Ⅱ>Ⅳ>Ⅰ(全天)。下降速度較快的品種說明其成熟期較短，可采摘的時間較短，在成熟期內要增加采摘次數，避免果實大量脫落。

圖4　結合力隨時間變化趨勢

2.4不同天氣情況下結合力對比

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，上午、下午的結合力是存在一定差異的。為了分析不同天氣狀況下的結合力變化情況，選擇天氣變化相鄰兩天的同一時間測試數據作為研究對象。這是因為相鄰兩天果實的自身因素對結合力的影響甚微，對結合力的影響主要來自于外部環境的變化。在晴轉陰雨天的情況下，兩天的環境變化較為明顯；而在陰雨天轉為晴天的情況下，由于受日照的時間相對較短，水蒸氣蒸發量小，溫度和相對濕度變化不明顯。因此，選擇晴轉陰雨天時的測試數據為對比分析數據。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。各組數據對比如圖5所示。其中，對比組中晴天結合力大于陰雨天的有14組，占所有測試組數的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　不同天氣情況下結合力對比圖

為了解天氣變化對結合力的影響，對4個品種分別進行顯著性差異檢驗(顯著水平α=0.05，t檢驗)，結果如表6所示。4個品種的統計量均小于臨界值，P值均大于0.05。4個品種分析結果表明：在晴天和陰雨天采摘藍靛果所需的結合力無顯著差異。由于果實外部有果皮包裹，陰雨天對果實內部的組織結構影響較小，所以結合力變化不大；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，會對收獲機具的喂入、篩選機構造成一定程度的影響，在機具設計中應予以考慮。

表6 　不同天氣結合力差異檢驗結果

2.5因子分析

綜上所述，所測試的4種藍果忍冬成熟期結合力受測試時間、上下午、溫度、相對濕度及天氣狀況(晴、陰雨)等多個因素影響，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關系，增加了問題分析的復雜性。因此，采用統計軟件SPSS 19.0對結合力進行了因子分析，通過少數幾個不相關的綜合變量表示以上多個因素之間的相互關系，達到“降維”的效果。在進行因子分析時，上下午、天氣等因素是定性的，應用數量化理論[14]將這些定性因素轉化成定量因素，以滿足因子分析的要求。因子分析結果如圖6所示。

由圖6(a)可知：KMO值為0.597，表明適合做因子分析； Barlett球形度檢驗的Sig值小于0.05，也表明適合做因子分析[15]。由圖6(b)旋轉成份矩陣可知：將5個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個因子上載荷較大，根據實際情況，可以將第1個因子命名為環境因子。上下午因素看似與時間相關與環境無關，但實際上同一天上午與下午測試的時間相差雖然較小，而由兩次不同時間引起的光照、溫度、相對濕度等因素的變化卻較大，因此可以包含于環境因子中。測試時間在第2個因子上載荷較大，可以將第2個因子命名為時間因子。由此可見，經因子分析后，各品種藍果忍冬成熟期結合力主要與環境因子和時間因子有關。

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

(a)KMO和Barlett的檢驗結果

(b)旋轉成份矩陣

圖 6因子分析結果

Fig.6The results of factor analysis

3結論

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

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

3)藍果忍冬各品種成熟期結合力隨時間均呈下降趨勢，但其下降速度不同。其由大到小排序為：蓓蕾、野生阿爾泰忍冬、長白山野生藍靛果忍冬和藍鳥。

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

5)通過因子分析，可將影響4個品種成熟期果實結合力的5個因素測試時間、上下午、溫度、相對濕度、天氣狀況轉換成環境因子和時間因子。

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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：1003-188X(2016)04-0170-05

中圖分類號：S183；S233.9

文獻標識碼：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，博士生導師，(E-mail)kong-degang@hotmail.com。

基金項目：國家自然科學基金項目(31272130)；公益性行業(農業)科研專項(201103037)

收稿日期：2015-04-01