环境对草莓光合特性影响的大数据分析

□文/崔燕

植物的光合作用是太阳能向化学能、无机物向有机物转变的生物化学过程的统称，在植物生态研究中占据着重要地位。大量研究表明，草莓的光合作用能力不仅与品种遗传特性有关，还会因外界环境的改变而发生变化。地区不同，环境条件自然存在着显著差异，即便是同一地区，随着季节的交替，环境条件的变化也会异常突出。因此，在实际栽培草莓植株时，要学会因地制宜选择合适的品种，并采取相应的栽培技术，使其光合效率更接近预期。

一、实验材料与方法

1.实验设计

为了对双层大棚设施栽培下三个品种草莓在冬季的光合特性有更加深入的了解和掌握，本次研究拟通过测定草莓生活史中花果期阶段植物叶片的光和指标，将它们在冬季设施栽培环境中的叶片光合特性与环境因素之间的关联性揭示出来，希望能为草莓质量、产量以及光能利用率的进一步提升起到良好的促进作用。

实验苗床长30米，宽6米，高2.5米。栽培架高1.2米，槽高30厘米，上口径40厘米，下口径35厘米；植株行距20厘米×15厘米。按常规栽培管理方式进行田间管理。每个品种草莓随机选择10株（n=10）。测量光合特性时，选择无遮挡且健康的叶片，分别于2016年11月2～4日和12月3～5日（天气晴朗或少云），使用CI～340便携式光合测定仪在8∶00～16∶00期间，每隔2小时测定一次环境因素与光合参数指标（测量的环境指标包括光合有效辐射、空气温度、空气CO2浓度），测定的光合指标有净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、叶面温度、水分利用效率、光能利用效率和气孔限制值。在本次实验当中，我们选择了架式双层薄膜大棚种植的方案，植株行距按20厘米×15厘米进行设置。将草莓种在苗床上，按常规的方法开展田间管理工作，每个品种只选十株，在测量光合作用的过程中，只有健康、干净且无任何遮挡的叶片才能入选，固定在晴朗的天气，同一时间完成测量环节，在农业物联网检测设备的应用下，发挥大数据的优势，监测空气中的温湿度和土壤温度等相关数据，从而草莓生长的最佳环境便会呈现在物联网的显示界面中。选择光合测定仪器，在每天早上8点到下午4点这段时间内，以两小时为间隔进行测量，如气孔限制值、空气温度、气孔导度、相对湿度、胞间二氧化碳浓度及光合有效辐射等，都要逐一收集起来［1］。

2.数据处理

在处理研究数据时，用平均数+～标准差进行表示，用描述性统计分析来分析三个草莓品种的光合指标，而对于环境因素、净光合速率的影响分析，则以多元线性逐步回归完成即可。

二、环境对冬季设施栽培草莓光合作用的影响

1.温度对草莓光合作用造成的影响

在光合作用方面，暗反应由酶催化的生化反应完成，温度会使光合作用中酶的活性、膜透性等发生变化，包括叶片内的囊体也是如此。温度过高或过低时，都会影响到草莓的光合作用效果。辽宁盘锦的冬季温度较低，所以在冬季设施栽培草莓的过程中，可以让草莓处于合适的温度条件中，同时叶片的光合活性不会因此出现改变。温度过高或过低不仅会影响草莓叶片的光合作用，还会抑制到叶绿素的荧光特性，另外，叶片光合电子的传递速度将变得更慢，使光能的利用率提不上来，情节严重时，草莓光合机构会直接受损，并且无法挽救。所以，在用冬季设施栽培草莓的时候，温度能稳定在25℃左右即可，这样草莓的光合作用就可以正常进行［2］。

2.光照对草莓光合作用产生的影响

对于草莓的光合作用具有非常显著和明显的日变化，在上午的时候随着日出之后光照强度的不断提高，光合作用当中需要温度也在不断提高，草莓最佳的光合作用的温度为25～28℃，但是如果光照强度不断增加达到一定的范围之后，所需要的温度就不需要增加，进入到下午的时候光照的强度降低，光合作用自身所需要的温度降低，但是因为光照的不足，较高的温度也并不能增加光合作用，反而对于呼吸作用越发强烈，消耗出现明显的提高。任何植物的光合作用都离不开光照条件，植物叶片只有在吸收光能的条件下，光合反应才能顺利完成，当光照不足的时候，随着光的增强，草莓的光合速率会不断加快，在达到特定水平后，继续增加光照只会导致光合速率受到负面影响。所以，光照强度要依草莓的补偿光强来定，过高或过低都会对草莓叶片的光合作用过程带来一定限制。

3.水分对草莓光合作用造成的影响

草莓进行光合作用需要水分的参与，但在该过程中，植物所需的水分只能从土壤中获得，所以水分并不会直接影响到光合作用。在相对缺水的条件下，草莓叶片的胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量会同时减少，这一变化是可逆的，只要水分充足就能恢复过来，随着水分含量的不断下降，草莓的光合作用会越来越弱，与此同时气孔的直径变小。对于最大的光合速率以及叶片暗呼吸效率，补偿点以及相关的饱和点是根据光响应的曲线当中适应的光合模型计算得到的，对于水分以及叶龄对于结果期的番茄叶片的光响特征参数具有明显的差异，对于Pmax是主要衡量叶片光和能力的情况。在本次研究当中Pmax会随着叶龄的不断增加而降低，如果叶片叶龄小于18天的时候，Pmax会因为水的灌溉增加而降低，对于75/ET处理之后差异非常明显，随着叶龄的不断增加。番茄叶片在叶龄为29天的时候随着冠盖路的增加而降低，对于Pmax的最高值会在100/ET处理，达到显著的差异。如果番茄叶片的叶龄进一步增加到38天的时候，除了使用50/浓度的ET处理之后Pmax出现轻微的增加之后，其他处理全面降低。水作为植物光合作用当中不能缺少的材料，不单单因为水可以作为原料，水分也可以维持叶片当中的水势，调节气孔等等方面具有不能缺少的作用［3］。

三、冬季设施栽培草莓的常见问题

1.僵果。当授粉的受精不良，很容易造成草莓僵果现象，原因是用冬季设施栽培草莓时，草莓花期没处在合适的温湿度环境下，果实体积偏小。还有一种情况是在设施栽培期间，水肥吸收出现问题，施肥没有把控到位，导致根系吸收的养分不足，也会有僵果的问题发生。对于草莓僵果出现主要是授粉受精不良，因为自身的花期温度不合适，存在湿度较大需要喷洒乙烯类等农药，导致出现授粉受精不良以及种子的成熟度欠缺等问题，种子不分泌让花托膨大的激素最终直接导致果实不膨大，直接影响营养的吸收导致物质的供应存在问题。想要解决僵果问题就需要增施有机肥以及生物菌肥，增加土壤有益菌的含量情况，促进土壤团粒结构的出现，做到保水保肥，为根系的生长构建良好的环境基础，保证营养的吸收。

2.裂果。设施栽培所用的土壤，如果缺乏足够的微量元素，会造成营养失衡，导致果实裂开。在温度变化频繁的环境下，突然增加施水量，也会造成裂果。除此之外，就是病虫害原因。对于出现裂果的原因本身和草莓的品种具有一定的关系，在具体的分析当中红颜果实硬度＞鬼怒甘＞章姬。如果温度上升过快或下降过快都会直接导致果皮的生长速度和果肉的生长速度不同，导致出现裂果。

3.空心果。空心果出现主要和品种的特性有关，例如甜查理等品种，自身的果肉密度本身较低，果子当中较为松散，可能会导致出现空心。其次结果期氮肥的使用量过大，也会导致出现空心。果实内部运输需要足够的硼元素，如果缺乏硼元素也会导致果实出现空心。对于植株本身的生长势就不足，营养供应不足或者不采收持续生长，会导致果实老化以及营养消耗明显增加导致出现空洞。想要解决空心果的问题就需要做好光温的调节，防止出现零下10℃的低温，需要保持在整个生长过程当中做到平衡施肥，使用配方施肥技术，合理使用氮磷钾肥，保证营养合理和充分，适当的疏花疏果，防止坐果过多［4］。

四、基于大数据分析的农民手机技能培训

目前手机已成为农村互联网架构体系当中最主要的端口，已成为我国农民获取知识、了解信息、全面提高生产经营能力的主要工具。面对目前的物联网时代，要加大对农民手机技能的培训力度。农民学会用手机宣传产品，对冬季设施栽培草莓有着至关重要的作用。培养农民的手机技能，加深他们对网络安全、短视频营销和产品购销的了解程度，可进一步增强该群体的信息化意识、手机应用技能等综合能力。组织送服务与走基层等丰富的活动形式，向农民宣传和推广应用技能、实用技能和惠民政策等等，这样手机在他们手中才能发挥出真正的作用。

五、结语

对于光合作用一般主要指绿色植物以及一部分的细菌利用自身的光和色素吸收光能，基于酶的催化作用，从而将二氧化碳和水转化为有机物并释放出氧气的过程，光合作用作为我国生物界当中规模最大的有机物的合成过程，每年有超过2X1018KCAL的太能光能转化成为化学能，释放出大量的氧气。对于草莓的光合作用和生态因素之间具有密切的联系，相关的生物学者研究发现了在春季当中大将军以及玛利亚，香非等品种的草莓的变化为非常典型的双峰曲线，在六道就鱼粉的时候甜查理以及四季公主和红颜三个品种的草莓当中的PN具有不同的变化，存在单峰和双峰共存的情况。气孔本身作为植物体和外界环境进行水和二氧化碳气体交换的主要门户，自身在植物的光合作用当中具有密切的联系，但是因为温度下降也会导致叶片受阻，直接降低光合作用的情况，这一模式称之为气孔限制。从草莓植株的角度分析，它的生长发育过程必然有光合作用的发生，所以我们针对冬季设施栽培草莓的光合作用进行实验，来分析环境与光合作用之间存在的关联性，同时提出适合草莓生长的最佳条件，促使其作物质量、产量水平的同步提升，在本次试验当中，我们分析了不同的草莓品种，顺利筛选出适合当地种植的植株类型，为今后更多优良品种的培育打下了稳固基础［5］。