2種水培觀葉植物葉面積回歸測定①

劉曉榮 吳志 徐揚 韓慶斌 王代容

（廣東省農業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所/廣東省園林花卉種質創(chuàng)新綜合利用重點實驗室廣東廣州510640）

據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代人每天約有80%～90%時間在室內度過，室內空氣質量對人體健康產生的影響已受到重視，《2019中國室內空氣污染狀況白皮書》發(fā)布中國室內空氣污染嚴重不合格比例高達74%，室內空氣污染已成為危害人體健康的頭號殺手。觀賞植物可凈化空氣中的甲醛、苯和三氯乙烯［1］；水培觀賞植物不僅可以清除室內空氣污染物，而且清潔、觀賞性強、養(yǎng)護方便，在室內綠化、美化裝飾中應用越來越廣泛，是現(xiàn)代環(huán)境、植物利用等方面研究的新熱點。

單位葉面積是分析植物吸收甲醛、苯等污染氣體的一個重要指標［2-3］，葉面積的準確測量有重要意義。植物生理學家和農學家已經開展了許多葉面積測定的相關實驗，分為離體取樣測定（主要有干重法、鮮重法、葉面積儀掃描法等）和非離體測定（系數(shù)回歸法、方格法、圖像處理法等），離體測定葉面積需要移除葉片進行測量，比較費時且損壞植株。非離體測定中的回歸方程法，具有簡單易行、快速、不傷葉片等優(yōu)點，也越來越被人們所重視。目前，在龍眼、香蕉、獼猴桃果樹和木薯、西葫蘆、甜椒蔬菜［4-6］等已有相關研究，但在觀賞植物中很少進行建模研究，在水培觀葉植物中更鮮有報道。

水培中比較常見的吊蘭（Chlorophytum comosum）和山海帶（Dracaena cambodiana），這兩種植物葉片細且長，用葉面積儀測時需剪成適當?shù)拈L度分段才能測出。因此，開展其非破壞性測定方法研究顯得很有必要。本研究首先利用便攜式葉面積儀測定葉片的長度、寬度、葉面積等葉形指標，通過葉形指標逐步回歸建立葉面積的回歸方程，另外一組獨立數(shù)據(jù)用于模型驗證。分別建立的回歸方程，可在后面實際應用中，不破壞植物葉片的情況下，用尺子測量葉片的葉長、葉寬，代入相應的回歸方程，即可估測其葉面積，為相關科研和應用提供葉面積統(tǒng)計的可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為水培觀賞吊蘭和山海帶，植物選購于廣州市花卉博覽園。試驗在廣東省農業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所溫室內，水培條件下進行30 d的適應性培養(yǎng)。

1.2 方法

每個品種選擇10株，每株隨機取生長發(fā)育完全的葉片6片，每個品種共計60片并分別編號。用軟尺測量葉長和葉寬，葉長為葉基部至最長葉尖的距離，葉寬為橫向相距最遠的距離。之后等分剪成2～3段，立即用Yaxin-1241葉面積儀測量葉片的葉面積。將觀測得到的數(shù)據(jù)分為2組，1組用于建模，1組用于模型的外部驗證。試驗數(shù)據(jù)應用Excel 2010、SAS 8.1軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 葉形指標

表1顯示，吊蘭葉面積在21.7～71.5 cm2，變異系數(shù)（CV）為26.43%；葉片長2.17～4.60 cm，變異系數(shù)為16.43%；葉寬0.15～0.29 cm，變異系數(shù)為15.48%；葉長：葉寬比值為9.74～19.42，變異系數(shù)為14.78%。表明葉長、葉寬和葉長：葉寬差別不大，葉面積變異最大。

表1 吊蘭和山海帶葉片特征

山海帶葉面積在6.71～82.33 cm2，變異系數(shù)（CV）為33.07%；葉片長2.08～5.51 cm，變異系數(shù)為16.87%；葉寬在0.10～0.21 cm，變異系數(shù)為16.38%；葉長：葉寬比值為21.89～30.96，變異系數(shù)為7.69%；表明葉長和葉寬差別不大，葉長：葉寬變幅最小，葉面積變幅最大。

2.2 葉形指標間的相關性分析

從表2可以看出，吊蘭和山海帶葉面積與葉長/葉寬之間的相關系數(shù)分別為0.047 64、0.139 83，在5%水平沒達到顯著相關。葉長、葉寬、葉片鮮重和葉片干重與葉面積之間高度相關；葉片鮮重與葉面積之間的相關系數(shù)大于葉長和葉寬與葉面積之間的相關系數(shù)。

表2 吊蘭和山海帶葉面積與形態(tài)指標間的相關性

2.3 數(shù)學模型的預測

通過逐步回歸法篩選了3步吊蘭葉面積，達到了最優(yōu)的逐步回歸模型，最終入選的變量有L、D和P，得到預測吊蘭葉面積的模型（式1））。決定系數(shù)R2為0.977 6，Cp值為6.270 0。

山海帶葉面積通過逐步回歸模型篩選了8步，達到了最優(yōu)的逐步回歸模型，最終入選的變量有W、F、D和P，得到山海帶葉面積的預測模型（式2）。決定系數(shù)R2為0.988 6，Cp值為4.076 0。

2.4 數(shù)學模型的驗證

基于模型預測葉面積的外部驗證結果如圖1～2。吊蘭葉面積的預測值（x）與實測值（y）的回歸方程式y(tǒng)=1.488 9+0.953 16x，R2=0.910 9，AdjRsq為0.908 7，相關系數(shù)r為0.954 40，均方根誤差RMSE為4.808 6，表明模型預測的準確性。

山海帶葉面積的預測值（x）與實測值（y）的回歸方程如式y(tǒng)=0.933 9x+2.856 2，R2=0.978 7，AdjRsq為0.978 3，相關系數(shù)r為0.989 32，均方根誤差RMSE為1.928 9，表明模型預測的準確性。

3討論

單位葉面積是分析觀葉植物吸收甲醛、苯等室內污染物的一個重要生物學指標，葉面積的大小是計算植物凈化室內空氣凈化率的一個關鍵因子。研究并建立一個準確、快速，不破壞葉片生長的葉面積估算法，可以有效地應用在植物對甲醛、苯等吸收效率篩選上，為利用室內觀葉植物去除室內有害物質提供依據(jù)，這在室內植物配置上具有重要的現(xiàn)實意義。

便攜式葉面積儀，可直接測量葉片長度、寬度、周長、葉面積等葉形指標，但測量時操作要求規(guī)范，且測定時采摘的大量葉片會直接破壞植株生長，對于葉形狹長葉片還須處理剪成適當?shù)拈L度測量，不僅破壞葉片植株，也影響測量地準確性。

葉面積與葉片各形態(tài)特征值間均具有相關性，吊蘭和山海帶葉面積與葉長、葉寬、葉長×葉寬之間均呈極顯著相關，逐步回歸分析結果顯示，變量（葉長×葉寬，葉干重）是吊蘭和山海帶共有的兩個變量。葉長×葉寬是葉面積估測的一個重要指標，這在龍眼、雜種臻和石斛組培苗上也有相似的研究結果。本研究中葉面積與葉長/葉寬相關性不顯著，而對龍眼兩個品種研究顯示，其葉面積與葉長/葉寬有極顯著地相關性。

基于模型預測葉面積的外部驗證、葉估算面積與實際面積的相關性檢驗，證明在吊蘭和山海帶上建立的葉面積估算預測準確性高，可在實際上應用；本實驗未統(tǒng)計總葉片數(shù)，無法建立與整株總葉面積模擬函數(shù)，估算整株總葉面積；水培觀葉植物品種繁多、葉片形狀各異，且栽培造型不一。因此，對水培觀賞植物葉面積估算方法的探討和建立，今后還應針對不同的品種、不同的苗齡，不同的株形及葉片總數(shù)做進一步地深入研究，分別建立合適的模型估算方法。