張冠智 李 洋 徐 鵬 周 順 馬麗媛 李 艷 武永軍 楊振超*

(1．西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命學(xué)院,陜西 楊凌 712100)

甜瓜(CucumismeloL.)是葫蘆科重要的園藝作物之一。生產(chǎn)高產(chǎn)和高品質(zhì)甜瓜需要有高質(zhì)量的幼苗作為支撐[1]。培育健壯的幼苗需要科學(xué)且精準(zhǔn)的環(huán)境調(diào)控,其中溫度、CO2和營(yíng)養(yǎng)液是影響幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因素[2-7]。目前已有大量基于這3個(gè)因素對(duì)甜瓜幼苗影響的研究,但這些研究大多是單因素或雙因素耦合調(diào)控,且以單一指標(biāo)或多指標(biāo)獨(dú)立分析為主[8-12],對(duì)甜瓜多因素耦合調(diào)控研究則較少。然而各環(huán)境因子的耦合效應(yīng)會(huì)影響因子效應(yīng)區(qū)間,導(dǎo)致對(duì)相應(yīng)最優(yōu)值的控制不準(zhǔn)確[13]。而且不同學(xué)者依據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)不同,得到的結(jié)果也會(huì)存在差異。因此,有必要探索依據(jù)多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估多環(huán)境因素對(duì)溫室甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響,為培育壯苗提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)同時(shí)具有正交性和旋轉(zhuǎn)性,取點(diǎn)分散均勻并且試驗(yàn)次數(shù)少,是研究多因子交互作用的有效方法[14],因此本研究采用三元二次通用旋轉(zhuǎn)組合來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)。對(duì)園藝作物的綜合評(píng)價(jià)方法包括層次分析法、主成分分析法和因子分析法等,不同的方法各具特色[15]。其中因子分析法具有定量分析充分和客觀性更強(qiáng)的特點(diǎn)[16],適用于對(duì)甜瓜幼苗的客觀評(píng)價(jià)。本研究將最終測(cè)定的生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)基于因子分析法建立對(duì)多種環(huán)境因子的綜合評(píng)價(jià)體系和響應(yīng)模型,在綜合生長(zhǎng)評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上,探究白天空氣溫度、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度三因子之間的互作關(guān)系,根據(jù)生長(zhǎng)模型得到三因子的最佳區(qū)間,以期為甜瓜智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供調(diào)控依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究于2022-01—2022-06在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)生物與環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)選用CO2人工氣候箱(RXZ-500D,江南制造廠),光源為L(zhǎng)ED光源,紅光與藍(lán)光強(qiáng)度之比為2∶1。通過(guò)氣候箱控制系統(tǒng)設(shè)置100%光強(qiáng),其測(cè)量值為(180±5) μmol/(m2·s),晝/夜光周期為12 h/12 h,夜間溫度為15 ℃,夜間CO2濃度為400 μmol/mol,相對(duì)濕度為60%。供試甜瓜品種為‘貴妃雪蜜’,由楊凌秦瑞農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司提供的早熟厚皮甜瓜品種。播種于72孔裝有蛭石的穴盤(pán)中,用清水灌溉,13 d后子葉展平,選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗定植于育苗缽中。育苗缽長(zhǎng)×寬×高=10.0 cm×10.0 cm×8.5 cm,育苗基質(zhì)為蛭石(定植前用營(yíng)養(yǎng)液充分浸濕)。營(yíng)養(yǎng)液采用山崎甜瓜營(yíng)養(yǎng)液配比,其pH控制在6.0～7.0,根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)配置相應(yīng)濃度。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以白天空氣溫度(X1)、CO2濃度(X2)、營(yíng)養(yǎng)液濃度(X3)為試驗(yàn)因素,采用三因子五水平通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)形成20個(gè)組合處理。各因素水平設(shè)計(jì)及編碼見(jiàn)表1。每個(gè)處理種植18株,空氣溫度和CO2濃度通過(guò)人工氣候箱控制系統(tǒng)設(shè)定并進(jìn)行環(huán)境控制,溫度波動(dòng)度：±1 ℃,CO2波動(dòng)度：±15 μmol/mol。每個(gè)處理氣候箱內(nèi)白天空氣溫度、CO2濃度以及營(yíng)養(yǎng)液濃度設(shè)置見(jiàn)表2。營(yíng)養(yǎng)液濃度依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)電導(dǎo)率儀(雷磁DDS-307)測(cè)量,EC值波動(dòng)度：±0.02 (mS/cm)。每次每株澆100 mL營(yíng)養(yǎng)液,2 d更換1次。由于試驗(yàn)條件所限,所有處理在3個(gè)相同的氣候箱分4批次完成,每次都設(shè)置1個(gè)參照處理,用于分析各批次間是否有顯著差異。如果差異顯著就進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理,如差異不顯著可直接用于統(tǒng)計(jì)分析。

表1 試驗(yàn)因素水平及編碼Table 1 Designed levels and codes of experimental factors

表2 環(huán)境因子組合試驗(yàn)方案Table 2 Environmental factor combination test plan

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

于處理第0和13天測(cè)定各指標(biāo),每次隨機(jī)選擇3株。用刻度尺測(cè)量植株的株高、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬,用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗,用天平稱量甜瓜植株的地上部和地下部鮮重。將植株105 ℃殺青30 min,65 ℃烘至恒重,測(cè)定地上部和地下部干重。葉面積計(jì)算公式為：葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.66[17]。壯苗指數(shù)計(jì)算公式為：壯苗指數(shù)= (莖粗/株高+地下部干重/地上部干重)×總干重。選擇第1片完全展開(kāi)的功能葉片進(jìn)行凈光合速率的測(cè)定,每個(gè)處理測(cè)3次,測(cè)定設(shè)備為L(zhǎng)i-6800XT型光合儀(Li-Cor公司,美國(guó));使用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)三元二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)原理,用DPS 7.05設(shè)計(jì)試驗(yàn)處理以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析,建立甜瓜對(duì)多環(huán)境因子調(diào)控的響應(yīng)模型;使用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù);使用SPSS進(jìn)行因子分析,得到最終的綜合評(píng)價(jià)因子;利用MATLAB R2021b構(gòu)建模擬模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 批次效應(yīng)檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)4批試驗(yàn)之間是否存在明顯的批次效應(yīng),將4批試驗(yàn)中相同處理的6個(gè)指標(biāo)(總鮮重、總干重、凈光合速率、葉綠素、葉面積和壯苗指數(shù))進(jìn)行方差分析,6個(gè)指標(biāo)的P值分別為0.82、0.51、0.38、0.96、0.99和0.80,均大于0.05,表明4批試驗(yàn)之間的批次差異不顯著,可以做進(jìn)一步分析。

2.2 單個(gè)指標(biāo)對(duì)多環(huán)境因子響應(yīng)模型的構(gòu)建

在建立甜瓜幼苗生長(zhǎng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)之前,首先要確定每個(gè)能體現(xiàn)幼苗生長(zhǎng)的指標(biāo)對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)效應(yīng)。以環(huán)境因素為自變量,單一生長(zhǎng)指標(biāo)為因變量進(jìn)行回歸分析,由此得到了各指標(biāo)對(duì)環(huán)境多因子的響應(yīng)模型。然后利用響應(yīng)模型進(jìn)行模擬和優(yōu)化,得到不同指標(biāo)所需環(huán)境參數(shù)的最佳編碼值(表3)。

對(duì)所建立的甜瓜生長(zhǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。結(jié)果表明,這些指標(biāo)對(duì)環(huán)境多因素具有顯著的響應(yīng)作用,可作為環(huán)境參數(shù)最優(yōu)調(diào)控的評(píng)價(jià)指標(biāo)。然而,依據(jù)不同指標(biāo)得出的最適環(huán)境存在差異。在幼苗的環(huán)境管理中,僅依據(jù)單一指標(biāo)對(duì)環(huán)境的需求不能準(zhǔn)確反映幼苗的綜合生長(zhǎng)需求(表3)。因此,需要建立基于環(huán)境因素的甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)體系,包括指標(biāo)之間的協(xié)調(diào),充分考慮各指標(biāo)的主要和次要作用,才能得到環(huán)境因素參數(shù)的完整優(yōu)化。

2.3 基于因子分析確定甜瓜幼苗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.3.1適用性檢驗(yàn)

使用因子分析進(jìn)行信息濃縮研究,首先分析研究數(shù)據(jù)是否適合進(jìn)行因子分析。通過(guò)計(jì)算得到凱澤-邁爾-奧爾基(Kaiser-Meyer-Olkin,KMO)值為0.839>0.600,滿足因子分析的前提要求,可用于因子分析研究。巴特利特(Bartlett)球形度檢驗(yàn)的P值為0.000,進(jìn)一步說(shuō)明研究數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。

2.3.2提取公因子

通過(guò)SPSS軟件采用主成分分析法進(jìn)行因子分析,最終確定提取的公因子(表4)以及公因子對(duì)應(yīng)的各指標(biāo)權(quán)重(表5)。由表4可知,第1個(gè)公因子可以表示原來(lái)6個(gè)指標(biāo)85.919%的信息,所以選擇這一個(gè)公因子作為甜瓜幼苗最終綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表4 公因子方差解釋表Table 4 Common factor variance interpretation table

從表5可知,所有研究項(xiàng)對(duì)應(yīng)的載荷系數(shù)均高于0.400,表明研究項(xiàng)和因子之間有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,因子可以有效的提取出信息。根據(jù)得分系數(shù)得出因子得分=0.181×總鮮重+0.176×總干重+0.166×凈光合速率+0.184×葉綠素+0.184×壯苗指數(shù)+0.187×葉面積,最終得到不同處理的甜瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)的綜合評(píng)價(jià)值及排序(表6)。由表6可知,在所有處理中,處理12的綜合評(píng)價(jià)值最大,說(shuō)明此處理綜合長(zhǎng)勢(shì)最好;處理5次之,處理11綜合評(píng)價(jià)值最小,長(zhǎng)勢(shì)最差。

表5 因子載荷系數(shù)與得分系數(shù)Table 5 Factor loading coefficient and score coefficient

表6 基于因子分析法確定的甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值及其排序Table 6 The comprehensive evaluation value and ranking of melon seedlings based on factor analysis method

2.4 甜瓜綜合生長(zhǎng)對(duì)多環(huán)境因子的響應(yīng)模型構(gòu)建

為了更準(zhǔn)確地確定幼苗管理中最合適的環(huán)境參數(shù),利用DPS軟件對(duì)各處理的綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行多元線性回歸分析。采用二次多項(xiàng)式回歸方程確定白天空氣溫度、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值的影響。綜合生長(zhǎng)模型如下：

(1)

為了評(píng)價(jià)幼苗綜合生長(zhǎng)模型的擬合效果,計(jì)算能夠表征模型模仿效應(yīng)的相關(guān)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)和方差分析得到y(tǒng)的決定系數(shù)(R2)為0.944,均方根誤差為(RMSE)0.07,F回歸=18.725>F0.05(9,10)=3.020,在0.05水平上達(dá)到顯著水平。綜上可知回歸模型可靠性較強(qiáng),可用于分析環(huán)境因子對(duì)甜瓜幼苗的調(diào)控效應(yīng)。

2.5 甜瓜幼苗綜合生長(zhǎng)模型的模擬

根據(jù)幼苗生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型通過(guò)MATLAB構(gòu)建模擬圖,得到白天空氣溫度、CO2濃度、營(yíng)養(yǎng)液濃度與甜瓜幼苗綜合生長(zhǎng)關(guān)系模擬圖(圖1)。由圖1可知,試驗(yàn)的3個(gè)因素中,溫度對(duì)甜瓜幼苗的影響最顯著,CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值影響都相對(duì)較小。

圖1 CO2、白天空氣溫度和營(yíng)養(yǎng)液耦合對(duì)幼苗的影響Fig.1 Effects of CO2,daytime air temperature, and nutrient solution coupling on seedlings

2.5.1不同白天空氣溫度下CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗的影響

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型,設(shè)定白天空氣溫度編碼值為-1、0和1這3個(gè)水平進(jìn)行作圖,分析白天空氣溫度在19 ℃、25 ℃和31 ℃下不同CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。如圖2所示,從各個(gè)曲面的變化幅度分析可知,隨著溫度的升高,CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗的影響也逐漸增大;在低CO2、低營(yíng)養(yǎng)液濃度濃度下和高CO2、高營(yíng)養(yǎng)液濃度下甜瓜幼苗的綜合評(píng)價(jià)值均小于中等水平的CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度下的評(píng)價(jià)值。溫度相同時(shí),在低CO2濃度下只升高營(yíng)養(yǎng)液濃度和在低營(yíng)養(yǎng)液濃度下只升高CO2濃度均小于兩因素同時(shí)升高的綜合評(píng)價(jià)值。由此可知CO2和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗的影響存在協(xié)同作用。當(dāng)白天空氣溫度為19 ℃時(shí)曲面整體的綜合評(píng)價(jià)值為負(fù)數(shù),此時(shí)不利于甜瓜幼苗的生長(zhǎng),如果將CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度分別控制在945～1 382 μmol/mol 和1.1～2.3 mS/cm時(shí)在一定程度上可以緩解低溫對(duì)甜瓜幼苗的脅迫(圖2(a))。當(dāng)白天空氣溫度升高至25 ℃時(shí),幼苗對(duì)CO2的需求量增加,但適宜的營(yíng)養(yǎng)液濃度有所降低(圖2(b))。當(dāng)白天空氣溫度達(dá)到31 ℃時(shí),曲面的整體綜合評(píng)價(jià)值都處于較高水平,說(shuō)明該溫度有利于甜瓜幼苗的生長(zhǎng),適宜的CO2濃度為1 054～1 500 μmol/mol,適宜的營(yíng)養(yǎng)液濃度為1.6～2.8 mS/cm(圖2(c))。

圖2 不同白天空氣溫度下CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響Fig.2 Effects of CO2 concentration and nutrient solution concentration at different daytime air temperatures on the growth of melon seedlings

2.5.2不同CO2濃度下白天空氣溫度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗的影響

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型,設(shè)定CO2編碼值為-1、0和1的3個(gè)水平進(jìn)行作圖,分析CO2濃度在643、1 000 和1 357 μmol/mol下不同白天空氣溫度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響(圖3)。如圖3所示,在不同的CO2濃度下,調(diào)控白天空氣溫度和營(yíng)養(yǎng)液濃度時(shí),綜合評(píng)價(jià)值的響應(yīng)趨勢(shì)一致,均隨著溫度的升高而升高,隨著營(yíng)養(yǎng)液濃度的提高呈先上升后降低趨勢(shì)。隨著CO2濃度的升高白天空氣溫度對(duì)甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值的影響越來(lái)越顯著。白天空氣溫度對(duì)幼苗的影響遠(yuǎn)大于營(yíng)養(yǎng)液濃度的影響。因此在環(huán)境調(diào)控時(shí)應(yīng)該優(yōu)先對(duì)白天空氣溫度進(jìn)行調(diào)控,其次是營(yíng)養(yǎng)液濃度。

圖3 不同CO2濃度下白天空氣溫度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of daytime air temperature and nutrient solution concentration on the growth of melon seedlings under different CO2 concentrations

2.5.3不同營(yíng)養(yǎng)液濃度下白天空氣溫度和CO2濃度對(duì)甜瓜幼苗的影響

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型,設(shè)定營(yíng)養(yǎng)液濃度編碼值為-1、0和1的3個(gè)水平進(jìn)行作圖,分析營(yíng)養(yǎng)液濃度在0.9、1.7和2.5 mS/cm下不同CO2和白天空氣溫度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響(圖4)。如圖4所示,在3個(gè)營(yíng)養(yǎng)液濃度下,綜合評(píng)價(jià)值均隨著溫度的升高而顯著增大;隨CO2濃度升高呈先增大后降低趨勢(shì);隨著營(yíng)養(yǎng)液濃度的升高,白天空氣溫度對(duì)甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值的影響則越來(lái)越大。

圖4 不同營(yíng)養(yǎng)液濃度下CO2濃度和白天空氣溫度對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of CO2 concentration and daytime air temperature on the growth of melon seedlings under different nutrient solution concentrations

2.6 基于甜瓜生長(zhǎng)模型的優(yōu)化與驗(yàn)證

通過(guò)模型模擬3個(gè)環(huán)境因素的優(yōu)化,得出在試驗(yàn)水平范圍內(nèi),白天適宜空氣溫度編碼值范圍是1.39～1.68,即33 ℃～35 ℃;適宜的CO2濃度編碼值是1.12～1.15,即1 043～1 408 μmol/mol;適宜的營(yíng)養(yǎng)液濃度編碼值是0.28～1.39,即2.0～2.9 mS/cm。

依據(jù)上述最優(yōu)區(qū)間進(jìn)行同樣的試驗(yàn),對(duì)實(shí)際生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,驗(yàn)證了環(huán)境最佳區(qū)間的可靠性。得到的鮮重為8.82 g、干重為0.66 g、凈光合速率為4.63 μmol/(m2·s)、葉綠素含量為44.7、壯苗指數(shù)為0.11、葉面積為45.6 cm2,最終計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)值為1.72,比模型模擬的最大值1.76低2.3%。以上結(jié)果表明,基于該模型的最優(yōu)環(huán)境因子對(duì)甜瓜幼苗的綜合生長(zhǎng)具有較好的促進(jìn)作用,說(shuō)明該綜合生長(zhǎng)模型具有良好的模擬性能,可為溫室甜瓜幼苗的環(huán)境調(diào)控提供指導(dǎo)。

3 討 論

3.1 多環(huán)境因子交互作用對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

不同環(huán)境因子之間存在復(fù)雜的交互作用和反饋機(jī)制[14],單因子的調(diào)控?zé)o法了解多環(huán)境因子的互作對(duì)作物的影響。本試驗(yàn)選擇了3個(gè)重要的環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)控,結(jié)果表明白天空氣溫度、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)甜瓜幼苗均有顯著影響,且存在互作關(guān)系。高CO2濃度和高營(yíng)養(yǎng)液濃度處理的甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值均低于中等CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度處理。說(shuō)明適當(dāng)?shù)沫h(huán)境管理不僅能促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng),而且可以降低調(diào)控成本。在低溫下中等濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)甜瓜幼苗的促進(jìn)作用最好,中溫條件下則相對(duì)較低的營(yíng)養(yǎng)液濃度促進(jìn)作用更好,高溫下高營(yíng)養(yǎng)液濃度長(zhǎng)勢(shì)最好。這可能是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)較高的營(yíng)養(yǎng)液濃度能夠提高幼苗的耐寒性,有研究表明銨[18]、鎂[19]和磷[20]濃度的增加可有效緩解低溫對(duì)作物的脅迫;提高營(yíng)養(yǎng)液銅、鋅和錳濃度能使幼苗葉片F(xiàn)v/Fm 和ΦPSⅡ等葉綠素?zé)晒鈪?shù)明顯增強(qiáng),顯著增強(qiáng)了幼苗光合系統(tǒng)抗低溫的能力[21],因此幼苗在低溫環(huán)境下對(duì)營(yíng)養(yǎng)液濃度的需求高于中溫環(huán)境。在高溫下,由于生長(zhǎng)速度的加快需要更高的營(yíng)養(yǎng)液濃度以滿足作物生長(zhǎng)的需求,所以對(duì)營(yíng)養(yǎng)液濃度的需求高。由此可知,在調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液濃度時(shí)應(yīng)該依據(jù)白天空氣溫度供應(yīng)合適的濃度。本研究結(jié)果選擇的最佳白天空氣溫度與前人試驗(yàn)結(jié)果[22]相比相對(duì)偏高,可能與CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度均較大有一定關(guān)系,試驗(yàn)中光強(qiáng)較弱,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有一定影響。建議今后加大光照強(qiáng)度進(jìn)一步研究。

3.2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建與分析

通過(guò)多元線性回歸,本研究發(fā)現(xiàn)不同指標(biāo)所需的最優(yōu)環(huán)境參數(shù)并不完全一致,即通過(guò)調(diào)整環(huán)境因素很難達(dá)到各指標(biāo)的最佳條件。前人的研究也表明,依據(jù)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)得出的最適環(huán)境參數(shù)存在差異[23]。甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)體系可以合理協(xié)調(diào)各種指標(biāo)對(duì)3種環(huán)境因素的需求。目前很多人在綜合評(píng)價(jià)中用到了主觀層次分析法[24],但是由于層次分析法是由人的主觀意識(shí)來(lái)評(píng)價(jià),這樣得到的結(jié)果無(wú)法保證不同評(píng)價(jià)者賦予權(quán)重的一致性,會(huì)導(dǎo)致最終的評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異。因子分析法以較少的相關(guān)因子相對(duì)集中地反映原先變量的大部分信息,使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、科學(xué)和合理[25]。本研究采用因子分析法綜合6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征確定了一個(gè)公因子,將該公因子作為甜瓜幼苗的綜合評(píng)價(jià)值使最終評(píng)價(jià)結(jié)果客觀地反映了幼苗的生長(zhǎng)狀況。

3.3 模型的構(gòu)建與分析

在前人的研究中雖然建立了綜合評(píng)價(jià)體系,但是這些研究只在所有處理中選取了最好的處理,沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的建模分析[26],由于不同處理水平之間存在一定的間隔[27],這導(dǎo)致結(jié)果不夠準(zhǔn)確。本試驗(yàn)根據(jù)各處理綜合評(píng)價(jià)值建立了甜瓜幼苗綜合生長(zhǎng)模型,并通過(guò)生長(zhǎng)模型計(jì)算最優(yōu)的環(huán)境區(qū)間,試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)值最大的處理組與模型計(jì)算得到的最佳區(qū)間存在差異,且與驗(yàn)證結(jié)果一致。說(shuō)明模型的構(gòu)建可以更準(zhǔn)確地分析環(huán)境因素對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。前人構(gòu)建的多因素互作模型以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為主,該類模型在基于大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上能夠達(dá)到極高的預(yù)測(cè)效果[28-30],但是針對(duì)長(zhǎng)周期調(diào)控以及試驗(yàn)條件有限的情況很難獲得大量的數(shù)據(jù)。二次多項(xiàng)式擬合模型在有限數(shù)據(jù)量的情況下實(shí)現(xiàn)了模型的構(gòu)建并達(dá)到了好的擬合效果,推動(dòng)了學(xué)者對(duì)作物的科學(xué)研究。本模型是基于單一品種的苗期試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建,應(yīng)用在其他品種還需要通過(guò)多品種的試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行校正和檢驗(yàn)。

4 結(jié) 論

本研究通過(guò)調(diào)控甜瓜幼苗白天空氣溫度、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)模型,該模型的擬合度高,對(duì)實(shí)現(xiàn)甜瓜幼苗的標(biāo)準(zhǔn)化管理具有參考意義。通過(guò)分析得到白天空氣溫度對(duì)甜瓜幼苗綜合評(píng)價(jià)值的影響最大,在生產(chǎn)中首先要調(diào)控溫室環(huán)境的溫度,在調(diào)控溫度的基礎(chǔ)上再對(duì)CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度進(jìn)行調(diào)控,進(jìn)一步優(yōu)化甜瓜幼苗栽培環(huán)境。因此,在設(shè)施環(huán)境調(diào)控中理想的調(diào)控方案為：白天空氣溫度保持在33 ℃～35 ℃,CO2濃度在1 043～1 408 μmol/mol,營(yíng)養(yǎng)液濃度控制在2.0～2.9 mS/cm,在此條件下,甜瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)最好。