環境對草莓光合特性影響的大數據分析

□文/崔燕

植物的光合作用是太陽能向化學能、無機物向有機物轉變的生物化學過程的統稱，在植物生態研究中占據著重要地位。大量研究表明，草莓的光合作用能力不僅與品種遺傳特性有關，還會因外界環境的改變而發生變化。地區不同，環境條件自然存在著顯著差異，即便是同一地區，隨著季節的交替，環境條件的變化也會異常突出。因此，在實際栽培草莓植株時，要學會因地制宜選擇合適的品種，并采取相應的栽培技術，使其光合效率更接近預期。

一、實驗材料與方法

1.實驗設計

為了對雙層大棚設施栽培下三個品種草莓在冬季的光合特性有更加深入的了解和掌握，本次研究擬通過測定草莓生活史中花果期階段植物葉片的光和指標，將它們在冬季設施栽培環境中的葉片光合特性與環境因素之間的關聯性揭示出來，希望能為草莓質量、產量以及光能利用率的進一步提升起到良好的促進作用。

實驗苗床長30米，寬6米，高2.5米。栽培架高1.2米，槽高30厘米，上口徑40厘米，下口徑35厘米；植株行距20厘米×15厘米。按常規栽培管理方式進行田間管理。每個品種草莓隨機選擇10株（n=10）。測量光合特性時，選擇無遮擋且健康的葉片，分別于2016年11月2～4日和12月3～5日（天氣晴朗或少云），使用CI～340便攜式光合測定儀在8∶00～16∶00期間，每隔2小時測定一次環境因素與光合參數指標（測量的環境指標包括光合有效輻射、空氣溫度、空氣CO2濃度），測定的光合指標有凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、葉面溫度、水分利用效率、光能利用效率和氣孔限制值。在本次實驗當中，我們選擇了架式雙層薄膜大棚種植的方案，植株行距按20厘米×15厘米進行設置。將草莓種在苗床上，按常規的方法開展田間管理工作，每個品種只選十株，在測量光合作用的過程中，只有健康、干凈且無任何遮擋的葉片才能入選，固定在晴朗的天氣，同一時間完成測量環節，在農業物聯網檢測設備的應用下，發揮大數據的優勢，監測空氣中的溫濕度和土壤溫度等相關數據，從而草莓生長的最佳環境便會呈現在物聯網的顯示界面中。選擇光合測定儀器，在每天早上8點到下午4點這段時間內，以兩小時為間隔進行測量，如氣孔限制值、空氣溫度、氣孔導度、相對濕度、胞間二氧化碳濃度及光合有效輻射等，都要逐一收集起來［1］。

2.數據處理

在處理研究數據時，用平均數+～標準差進行表示，用描述性統計分析來分析三個草莓品種的光合指標，而對于環境因素、凈光合速率的影響分析，則以多元線性逐步回歸完成即可。

二、環境對冬季設施栽培草莓光合作用的影響

1.溫度對草莓光合作用造成的影響

在光合作用方面，暗反應由酶催化的生化反應完成，溫度會使光合作用中酶的活性、膜透性等發生變化，包括葉片內的囊體也是如此。溫度過高或過低時，都會影響到草莓的光合作用效果。遼寧盤錦的冬季溫度較低，所以在冬季設施栽培草莓的過程中，可以讓草莓處于合適的溫度條件中，同時葉片的光合活性不會因此出現改變。溫度過高或過低不僅會影響草莓葉片的光合作用，還會抑制到葉綠素的熒光特性，另外，葉片光合電子的傳遞速度將變得更慢，使光能的利用率提不上來，情節嚴重時，草莓光合機構會直接受損，并且無法挽救。所以，在用冬季設施栽培草莓的時候，溫度能穩定在25℃左右即可，這樣草莓的光合作用就可以正常進行［2］。

2.光照對草莓光合作用產生的影響

對于草莓的光合作用具有非常顯著和明顯的日變化，在上午的時候隨著日出之后光照強度的不斷提高，光合作用當中需要溫度也在不斷提高，草莓最佳的光合作用的溫度為25～28℃，但是如果光照強度不斷增加達到一定的范圍之后，所需要的溫度就不需要增加，進入到下午的時候光照的強度降低，光合作用自身所需要的溫度降低，但是因為光照的不足，較高的溫度也并不能增加光合作用，反而對于呼吸作用越發強烈，消耗出現明顯的提高。任何植物的光合作用都離不開光照條件，植物葉片只有在吸收光能的條件下，光合反應才能順利完成，當光照不足的時候，隨著光的增強，草莓的光合速率會不斷加快，在達到特定水平后，繼續增加光照只會導致光合速率受到負面影響。所以，光照強度要依草莓的補償光強來定，過高或過低都會對草莓葉片的光合作用過程帶來一定限制。

3.水分對草莓光合作用造成的影響

草莓進行光合作用需要水分的參與，但在該過程中，植物所需的水分只能從土壤中獲得，所以水分并不會直接影響到光合作用。在相對缺水的條件下，草莓葉片的胞間二氧化碳濃度和葉綠素含量會同時減少，這一變化是可逆的，只要水分充足就能恢復過來，隨著水分含量的不斷下降，草莓的光合作用會越來越弱，與此同時氣孔的直徑變小。對于最大的光合速率以及葉片暗呼吸效率，補償點以及相關的飽和點是根據光響應的曲線當中適應的光合模型計算得到的，對于水分以及葉齡對于結果期的番茄葉片的光響特征參數具有明顯的差異，對于Pmax是主要衡量葉片光和能力的情況。在本次研究當中Pmax會隨著葉齡的不斷增加而降低，如果葉片葉齡小于18天的時候，Pmax會因為水的灌溉增加而降低，對于75/ET處理之后差異非常明顯，隨著葉齡的不斷增加。番茄葉片在葉齡為29天的時候隨著冠蓋路的增加而降低，對于Pmax的最高值會在100/ET處理，達到顯著的差異。如果番茄葉片的葉齡進一步增加到38天的時候，除了使用50/濃度的ET處理之后Pmax出現輕微的增加之后，其他處理全面降低。水作為植物光合作用當中不能缺少的材料，不單單因為水可以作為原料，水分也可以維持葉片當中的水勢，調節氣孔等等方面具有不能缺少的作用［3］。

三、冬季設施栽培草莓的常見問題

1.僵果。當授粉的受精不良，很容易造成草莓僵果現象，原因是用冬季設施栽培草莓時，草莓花期沒處在合適的溫濕度環境下，果實體積偏小。還有一種情況是在設施栽培期間，水肥吸收出現問題，施肥沒有把控到位，導致根系吸收的養分不足，也會有僵果的問題發生。對于草莓僵果出現主要是授粉受精不良，因為自身的花期溫度不合適，存在濕度較大需要噴灑乙烯類等農藥，導致出現授粉受精不良以及種子的成熟度欠缺等問題，種子不分泌讓花托膨大的激素最終直接導致果實不膨大，直接影響營養的吸收導致物質的供應存在問題。想要解決僵果問題就需要增施有機肥以及生物菌肥，增加土壤有益菌的含量情況，促進土壤團粒結構的出現，做到保水保肥，為根系的生長構建良好的環境基礎，保證營養的吸收。

2.裂果。設施栽培所用的土壤，如果缺乏足夠的微量元素，會造成營養失衡，導致果實裂開。在溫度變化頻繁的環境下，突然增加施水量，也會造成裂果。除此之外，就是病蟲害原因。對于出現裂果的原因本身和草莓的品種具有一定的關系，在具體的分析當中紅顏果實硬度＞鬼怒甘＞章姬。如果溫度上升過快或下降過快都會直接導致果皮的生長速度和果肉的生長速度不同，導致出現裂果。

3.空心果。空心果出現主要和品種的特性有關，例如甜查理等品種，自身的果肉密度本身較低，果子當中較為松散，可能會導致出現空心。其次結果期氮肥的使用量過大，也會導致出現空心。果實內部運輸需要足夠的硼元素，如果缺乏硼元素也會導致果實出現空心。對于植株本身的生長勢就不足，營養供應不足或者不采收持續生長，會導致果實老化以及營養消耗明顯增加導致出現空洞。想要解決空心果的問題就需要做好光溫的調節，防止出現零下10℃的低溫，需要保持在整個生長過程當中做到平衡施肥，使用配方施肥技術，合理使用氮磷鉀肥，保證營養合理和充分，適當的疏花疏果，防止坐果過多［4］。

四、基于大數據分析的農民手機技能培訓

目前手機已成為農村互聯網架構體系當中最主要的端口，已成為我國農民獲取知識、了解信息、全面提高生產經營能力的主要工具。面對目前的物聯網時代，要加大對農民手機技能的培訓力度。農民學會用手機宣傳產品，對冬季設施栽培草莓有著至關重要的作用。培養農民的手機技能，加深他們對網絡安全、短視頻營銷和產品購銷的了解程度，可進一步增強該群體的信息化意識、手機應用技能等綜合能力。組織送服務與走基層等豐富的活動形式，向農民宣傳和推廣應用技能、實用技能和惠民政策等等，這樣手機在他們手中才能發揮出真正的作用。

五、結語

對于光合作用一般主要指綠色植物以及一部分的細菌利用自身的光和色素吸收光能，基于酶的催化作用，從而將二氧化碳和水轉化為有機物并釋放出氧氣的過程，光合作用作為我國生物界當中規模最大的有機物的合成過程，每年有超過2X1018KCAL的太能光能轉化成為化學能，釋放出大量的氧氣。對于草莓的光合作用和生態因素之間具有密切的聯系，相關的生物學者研究發現了在春季當中大將軍以及瑪利亞，香非等品種的草莓的變化為非常典型的雙峰曲線，在六道就魚粉的時候甜查理以及四季公主和紅顏三個品種的草莓當中的PN具有不同的變化，存在單峰和雙峰共存的情況。氣孔本身作為植物體和外界環境進行水和二氧化碳氣體交換的主要門戶，自身在植物的光合作用當中具有密切的聯系，但是因為溫度下降也會導致葉片受阻，直接降低光合作用的情況，這一模式稱之為氣孔限制。從草莓植株的角度分析，它的生長發育過程必然有光合作用的發生，所以我們針對冬季設施栽培草莓的光合作用進行實驗，來分析環境與光合作用之間存在的關聯性，同時提出適合草莓生長的最佳條件，促使其作物質量、產量水平的同步提升，在本次試驗當中，我們分析了不同的草莓品種，順利篩選出適合當地種植的植株類型，為今后更多優良品種的培育打下了穩固基礎［5］。