張艷艷，趙瑋，石茗化，周鵬，尹立紅

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所∕中國氣象局干旱氣候變化與減災重點開放實驗室∕甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室，蘭州 730020；2.河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；3.廊坊職業(yè)技術學院，河北 廊坊 065000）

日光溫室草莓的生長受溫室內(nèi)環(huán)境（光照、氣溫、水分和土壤肥力）的影響，其中以光照和氣溫的影響最大，光照和氣溫條件的變化對果實生物學性狀和果實品質(zhì)均有顯著影響。日光溫室草莓（Fragaria×ananassaDuch.）生長季橫跨秋、冬、春三季，內(nèi)部環(huán)境受到外界環(huán)境影響，小氣候條件差異大，研究溫室內(nèi)草莓果實性狀與光溫條件的關系，對提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)至關重要。

適宜的日照時數(shù)能夠促進草莓橫、縱徑增長，日照時數(shù)的增加能縮短草莓果實轉(zhuǎn)色時間［1］。隨著平均氣溫的升高，果實鮮重降低［2］。在氣溫變化幅度較小時，隨著光強的減弱草莓果實變軟［3］。晝夜溫度過高草莓花芽分化少，果實鮮重降低并且畸形率增加［4］。光照和氣溫的變化對果實品質(zhì)也有明顯影響，氣溫的高低與可溶性固形物呈負相關［5，6］，但需要適宜的光照，光照較弱時，即使氣溫下降，也不利于可溶性固形物的積累［7］。紅藍光為主的混合光源能夠提高草莓果實可溶性糖含量［8，9］；紅色光源下草莓果實鮮重大、著色更好；藍色光源下可溶性固形物含量較高［10］。在白光的基礎上增加紅光可提高草莓果實可溶性糖的含量，補充藍光可溶性糖含量降低［11］。

光照與氣溫對草莓果實物理性狀影響的研究較多，大多是氣溫或光照的單因子對果實產(chǎn)量品質(zhì)影響等方面的分析，關于光照的研究主要集中在光的強弱和光質(zhì)方面。本文利用日光溫室氣象觀測數(shù)據(jù)及紅顏草莓果實生長觀測數(shù)據(jù)，分析6個生長周期不同光溫條件對草莓果實生長速度、果形指數(shù)、果實硬度以及可溶性固形物含量的影響，確定相關指標，以期對提高日光溫室草莓精細化管理水平、調(diào)控生長周期、提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)等提供有益的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2017—2020年在河北省廊坊市廣陽區(qū)北旺鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)園區(qū)日光溫室內(nèi)開展。日光溫室墻體為土墻，后墻高4.5 m，脊高5.7 m，跨度16 m，長度70 m，下陷深度1.7 m。試驗地土壤為沙壤土。

供試草莓品種為紅顏，早熟優(yōu)良品種，購自張家口莓好莊園。

1.2 氣象資料的獲取

選用北京雨根科技有限公司生產(chǎn)的小氣候觀測儀，對日光溫室內(nèi)氣溫和光合有效輻射進行觀測。溫度傳感器精度±0.2℃，測量范圍-40～75℃；輻射傳 感 器 精 度±5 μmol∕（m2·s），測 量 范 圍0～2 500 μmol∕（m2·s）。按照《設施農(nóng)業(yè)小氣候觀測規(guī)范 日光溫室和塑料大棚》（GB∕T 38757—2020）［12］進行安裝。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 日照時數(shù)的計算草莓光補償點約為94 μmol∕（m2·s）［13］，本文以大于94 μmol∕（m2·s）的累積小時數(shù)作為草莓的日照時數(shù)，記為S。

1.3.2 果實物理性狀的測定果實橫徑、縱徑：草莓生長期內(nèi)每個試驗觀測區(qū)選定30株，掛牌標記待測果實，于花后7 d開始測量，采用游標卡尺測定，每5 d測定1次直至果實成熟。

果形指數(shù)：果實縱徑∕果實橫徑，記為FI。

果實鮮重：果實成熟后用天平稱量果實的鮮重，記錄平均值，記為FW，共計采集5組，每組采集30個草莓頂果果實。

果實硬度：采用手持式硬度計NR110（3nh）測定成熟果實的硬度，按照NY∕T 2009—2011《水果硬度的測定》［14］進行，記為FH。

可溶性固形物：采用手持式折光儀PAL-1（愛拓）測定成熟果實的可溶性固形物含量，重復測量3次求平均值，記為SS。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS等工具進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、分析及模擬，采用Origin軟件作圖。分析方法主要包括偏最小二乘回歸分析法、主成分分析、線性回歸分析等。

按照地面氣象觀測規(guī)范，對采集的氣溫［15］以及輻射［16］數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

1.5 結(jié)果檢驗

采用歸一化均方根誤差（Normalized root mean square error，NRMSE）對模型模擬結(jié)果進行驗證。

式中，PV和MV分別為模擬值和觀測值，xˉ為觀測值的平均值，RMSE數(shù)值越小，表明模擬效果越好；當NRMSE＜10%時模擬效果優(yōu)秀，10%≤NRMSE＜20%時模擬效果良好。

2 結(jié)果與分析

2.1 草莓生長期間光溫條件分析

從表1可以看出，草莓觀測期間溫室內(nèi)日平均氣溫12.6～14.8℃，日平均最高氣溫23.9～28.9℃，日平均最低氣溫7.2～7.7℃，日照時數(shù)366.0～431.0 h，氣溫和光照條件均在草莓適宜生長范圍內(nèi)［17，18］。

表1 6組草莓果實生長期間氣溫和日照時數(shù)

2.2 光溫條件對草莓果實性狀重要性分析

利用偏最小二乘回歸分析［19，20］對日平均氣溫（T）、日平均最高氣溫（TG）、日平均最低氣溫（TD）、平均晝夜溫差（DT）以及日照時數(shù)（S）與草莓果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量進行了主成分分析（表2）。結(jié)果表明，日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差的特征值均大于1，是影響草莓果實各物理性狀的重要因素；日照時數(shù)對于果實鮮重的特征值大于1，是影響鮮重的重要因素，是影響果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物的非重要因素。日平均最低氣溫特征值均小于1，是影響草莓果實物理性狀的非重要因素。因此詳細開展日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時數(shù)與鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量的相關性分析，并進行模型模擬。

表2 氣溫、日照時數(shù)與草莓果實物理主成分分析

2.3 氣溫差異對草莓果實物理性狀的影響

2.3.1 對果實鮮重的影響采用線性回歸分析法分析了草莓果實鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差的相關性。表3結(jié)果顯示，草莓果實鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差均通過0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平。草莓果實鮮重與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差呈負相關關系。說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差升高，果實的鮮重降低。

表3 果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度以及可溶性固形物含量與氣溫的相關性分析

2.3.2 對果形指數(shù)的影響對草莓果形指數(shù)和氣溫進行線性回歸分析可知，果形指數(shù)與日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差具有較高相關性，均通過0.01水平顯著性檢驗，達到極顯著水平，其中以平均晝夜溫差相關性最高，相關系數(shù)為-0.976 8。果形指數(shù)與日平均氣溫的相關性通過0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平。果形指數(shù)與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差均呈負相關關系，說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差增加，果形指數(shù)降低，橫縱徑的差值減小，果實由長圓形向橢圓形或圓錐形轉(zhuǎn)變。

2.3.3 對果實硬度的影響線性回歸分析結(jié)果表明，果實硬度與日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差相關性分析均通過了0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平，并且呈負相關關系。說明日平均氣溫、日平均最高氣溫和平均晝夜溫差升高，果實硬度降低，果實變軟。

2.3.4 對果實可溶性固形物含量的影響果實可溶性固形物含量與日平均氣溫、日平均最高氣溫以及平均晝夜溫差均通過0.01水平的顯著性檢驗，達到極顯著水平。可溶性固形物含量與日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差均呈負相關關系，表明較高的氣溫不利于可溶性固形物的積累。

2.4 光照差異對草莓果實物理性狀的影響

2.4.1 對果實鮮重的影響采用線性回歸分析法對日照時數(shù)與果實鮮重的相關性進行分析，從圖1可以看出，日照時數(shù)與果實鮮重呈多項式關系，相關系數(shù)為0.967 6，通過0.01水平顯著性檢驗，達到極顯著水平，說明日照時數(shù)增加，果實鮮重增加，但是當日照時數(shù)增加到足夠大時，隨著日照時數(shù)增加，果實鮮重會減小。

圖1 日照時數(shù)與草莓果實鮮重相關性曲線

2.4.2 對果形指數(shù)的影響日照時數(shù)與果形指數(shù)的相關性分析結(jié)果表明，日照時數(shù)與果形指數(shù)通過了0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平，相關系數(shù)為-0.857 2。說明日照時數(shù)長，果形指數(shù)降低，橫縱徑的差值減小，果實由長圓形向橢圓形或圓錐形轉(zhuǎn)變。

2.4.3 對果實硬度的影響日照時數(shù)與果實硬度的相關性分析結(jié)果表明，日照時數(shù)與果實硬度呈多項式關系（圖2），相關系數(shù)為0.912 3，通過0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平，說明日照時數(shù)增加，果實硬度增加，但是當日照時數(shù)足夠大時，隨著日照時數(shù)的增加，果實硬度會減小。

圖2 日照時數(shù)與草莓果實硬度相關性曲線

2.4.4 對果實可溶性固形物含量的影響果實可溶性固形物含量與日照時數(shù)的相關性分析均通過0.05水平顯著性檢驗，達到顯著水平，相關系數(shù)為0.831 3，說明日照時數(shù)的增加有利于可溶性固形物的形成和積累。

2.5 光溫條件對果實生長速度的影響

草莓果實生長的橫縱徑生長曲線呈S型變化，符合Logister曲線特征，即：

式中，t為日序數(shù)，花后第1天計為1，依次累加直至果實成熟，W為果徑累積生長量，a、b、D為系數(shù)。

草莓的果實生長天數(shù)按照日序進行描述，將草莓果徑觀測數(shù)據(jù)進行模擬，得出果實生長曲線方程，對方程進行二次分析，得出果徑最大增長速率及果實橫、縱徑增長最快出現(xiàn)時間。擬合方程的相關系數(shù)均大于0.96，通過0.01水平顯著性檢驗，達到極顯著水平。

從草莓果徑生長數(shù)據(jù)以及模擬結(jié)果來看（表4），不同氣溫條件下草莓橫徑增長最快出現(xiàn)時間均較縱徑早。日平均氣溫為12.7℃時，草莓橫、縱徑的增長速率最大值分別為1.43 mm∕d和1.45 mm∕d，速率基本一致；并且出現(xiàn)時間相差1.6 d。日平均氣溫為14.8℃時，草莓橫、縱徑的增長速率最大值分別為1.71 mm∕d和1.37 mm∕d，橫徑的增長速率較縱徑偏高0.34 mm∕d；并且出現(xiàn)時間相差3.0 d。

表4 草莓果實生長模擬參數(shù)

2.6 模型模擬結(jié)果分析

利用偏最小二乘回歸分析模型對日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時數(shù)與草莓果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量進行了模擬，模擬效果較好，從圖3可以看出對果形指數(shù)的模擬結(jié)果最好，NRMSE僅為0.03%，其次為可溶性固形物含量，NRMSE為0.20%，果實鮮重的模擬結(jié)果略差，NRMSE為5.51%。采用光、溫兩個方面的氣象數(shù)據(jù)進行果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量的模擬具有良好的模擬效果。

圖3 草莓果實鮮重、硬度、果形指數(shù)和可溶性固形物的實測值與模擬值對比

3 小結(jié)與討論

試驗結(jié)果表明，日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差和日照時數(shù)是影響草莓果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物的重要因素，日平均最低氣溫是非重要因素。日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差與草莓果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度以及可溶性固形物含量呈負相關關系。說明在適宜生長氣溫條件下，果實生長期內(nèi)日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均晝夜溫差升高，草莓果實鮮重降低，果形指數(shù)減小，果實硬度降低、果實變軟，可溶性固形物含量降低。

日照時數(shù)與果實鮮重呈極顯著相關，與果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物呈顯著相關。日照時數(shù)與果實鮮重及硬度均呈多項式相關，日照時數(shù)增加，果實鮮重和硬度增加，當日照時數(shù)足夠大時，隨著日照時數(shù)的增加，果實硬度會減小。這與氣溫和果實鮮重和硬度呈負相關關系相對應，日照時間較長伴隨著氣溫的升高，氣溫偏高果實鮮重和硬度均下降。

當日平均氣溫為12.7℃時，草莓果實橫、縱徑的增長速率基本持平；當日平均氣溫為14.8℃時，草莓橫徑的增長速率明顯升高，且高于縱徑增長速率，并且明顯高于日平均氣溫為12.7℃時的增長速率。不同氣溫條件下橫、縱徑的最快增長速度出現(xiàn)時間差異明顯。較高的氣溫使草莓橫徑增長速度加快，橫徑超過了縱徑的增長速度，提前達到最大值。

基于光、溫兩個方面的氣象數(shù)據(jù)，利用偏最小二乘回歸模型進行草莓果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量的模擬，模擬效果較好，其中果形指數(shù)的模擬結(jié)果最好，NRMSE僅為0.03%。

在冬季日光溫室中最低氣溫起伏較小，因此試驗中日平均最低氣溫沒有表現(xiàn)出對果實鮮重、果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量的顯著相關性，作為非重要因素被排除在相關性分析之外是合理的。較高的氣溫使果實橫徑的增長速度明顯加快，果肉細胞分裂的時間明顯縮短［1］，果實成熟快，易形成小果，果實鮮重降低；同時果實可溶性固形物的積累時間縮短，不利于形成良好的品質(zhì)［21］。溫室草莓種植要注意光溫的配合管理。日照時數(shù)僅與果實鮮重呈極顯著相關關系，與果形指數(shù)、果實硬度和可溶性固形物含量均呈顯著相關關系，與日光溫室開閉簾的人為控制密切相關，在溫室外氣溫較低時會出現(xiàn)犧牲光照時間來減少溫室內(nèi)熱量流失的現(xiàn)象。

溫室內(nèi)的補光時長需適宜，在氣溫適宜的條件下早晚進行補光效果較好。在實際生產(chǎn)中較長的光照時間伴隨著氣溫的升高，此時增加光照時間可能會起到反作用。在氣溫較低時進行光照的補充［22］，在氣溫較高時進行遮陰處理［23］，能夠合理調(diào)控果實果徑的增長速度，有利于可溶性固形物的積累，可提高草莓果實產(chǎn)量和品質(zhì)。