長(zhǎng)寬法測(cè)定地黃葉面積的校正系數(shù)研究

陳欣，郭猛，黃勇，張紅瑞，李賀敏，周艷，高致明

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，其大小直接影響光合作用，是植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的基礎(chǔ)。葉面積表征了植物葉片的大小，是植物模型的重要參數(shù)，常用在植物生物生化、生理生態(tài)、作物栽培管理與遺傳育種等方面的研究和應(yīng)用[1]。目前，植物葉面積的測(cè)量方法主要有方格法[2]、稱重法[3-4]、長(zhǎng)寬法[5-6]、回歸方程法[7]以及葉面積儀法[8]和圖像處理法[9-10]等，這些方法多存在工作量大、對(duì)操作者的素質(zhì)要求較高的問(wèn)題，有些需要昂貴的設(shè)備支持[1,11]，不適合大規(guī)模的活體測(cè)量，而長(zhǎng)寬法測(cè)量操作簡(jiǎn)便，更適用野外葉面積的快速測(cè)量。長(zhǎng)寬法即測(cè)出葉片的長(zhǎng)和寬，長(zhǎng)寬乘積再以校正系數(shù)校正得出葉片的葉面積[6]，獲得較為精確的校正系數(shù)是長(zhǎng)寬法測(cè)量葉面積的關(guān)鍵。前人已有大量研究[5-6,12]，明確了小麥、玉米、水稻、大豆、煙草等作物的長(zhǎng)寬法求葉面積所需的校正系數(shù)。

地黃(RehmanniaglutinosaL.)是玄參科常用大宗藥材，以栽培品入藥，地黃葉面積為地黃重要的農(nóng)藝性狀之一，是衡量地黃群體結(jié)構(gòu)配置和合理密植的一個(gè)重要指標(biāo)，在研究地黃生長(zhǎng)發(fā)育和栽培模式等方面有著重要意義。周成明[13]以北京1號(hào)推導(dǎo)出地黃葉面積及葉面積系數(shù)的公式，研究表明，地黃不同品種葉形存在差異[14]，近年隨著地黃品種的更替和栽培措施改變，需要及時(shí)更新地黃葉面積計(jì)算方式。地黃道地產(chǎn)區(qū)栽培品種繁多，本試驗(yàn)選取葉形差異大的2個(gè)地黃品種為試驗(yàn)材料，研究地黃這2個(gè)品種的葉面積校正系數(shù)，以期為葉面積的準(zhǔn)確測(cè)量和生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)原陽(yáng)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，參試的為焦作地黃道地產(chǎn)區(qū)的2個(gè)地黃栽培品種懷豐(葉形小)和北京3號(hào)(葉形大)，栽培材料為地黃的塊根，由河南省武陟縣四大懷藥研究所提供。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地長(zhǎng)寬為6 m×6 m，起壟單行種植，壟高25 cm，壟距25 cm，株距20 cm。于2020年5月2日種植，8月16日取葉，每個(gè)品種隨機(jī)選取完全展開(kāi)且完整的葉片各100片。

采用直尺測(cè)定地黃葉片葉長(zhǎng)(L)和葉寬(D)，清潔后用YMJ-A葉面積測(cè)量?jī)x(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)測(cè)定葉面積，每片葉重復(fù)測(cè)3次，以3次測(cè)量值的平均值作為真實(shí)葉面積(S)。根據(jù)真實(shí)葉面積大小，將2個(gè)品種各100片葉分為<100、100～<150、150～200、>200 cm2的4個(gè)等級(jí)，將200組樣本數(shù)據(jù)代入公式K=S/L×D，即可計(jì)算其葉面積校正系數(shù)K。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excle 2016和SPSS 24進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用Excle 2016軟件進(jìn)行作圖，在0.05水平上進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大小葉片葉面積校正系數(shù)

由表1可知，懷豐品種以小型葉片居多，其中葉面積<100和100～<150 cm2葉片分別占34%、50%，≥150 cm2葉片僅占16%；按葉面積大小所得到的葉面積校正系數(shù)為0.654～0.738，全部葉片的校正系數(shù)中位數(shù)為0.690。北京3號(hào)品種以大型葉片居多，其中葉面積>200、150～200和100～<150 cm2葉片分別占42%、28%、23%，<100 cm2葉片僅占7%；按葉面積大小所得到的葉面積校正系數(shù)為0.675～0.773，全部葉片的校正系數(shù)中位數(shù)為0.752。2個(gè)品種的校正系數(shù)之間差異較大；相同大小葉片葉面積校正系數(shù)也存在明顯差異。

表1 2個(gè)地黃品種不同大小葉片用長(zhǎng)寬法計(jì)算葉面積的校正系數(shù)

2.2 不同品種長(zhǎng)寬法葉面積校正系數(shù)

圖1可知，使用公式計(jì)算所得懷豐的校正系數(shù)K值主要在0.6～0.8，且隨葉面積增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，最大值為0.78，最小值0.59，標(biāo)準(zhǔn)差為0.042，懷豐的葉面積校正系數(shù)K中位數(shù)為0.690。通過(guò)田間測(cè)量懷豐的葉長(zhǎng)和葉寬，葉長(zhǎng)乘葉寬再乘以校正系數(shù)0.690，可得到相對(duì)準(zhǔn)確的葉面積值。使用公式計(jì)算所得北京3號(hào)的校正系數(shù)K值主要分布在0.6～0.8，整體呈逐漸增大的趨勢(shì)，且在葉面積較小時(shí)離散程度較大，之后趨于平穩(wěn)，最大值為0.83，最小值0.59，標(biāo)準(zhǔn)差為0.047，北京3號(hào)的葉面積校正系數(shù)K中位數(shù)為0.752，通過(guò)田間測(cè)量地黃品種北京3號(hào)的葉長(zhǎng)和葉寬，葉長(zhǎng)乘葉寬再乘以校正系數(shù)0.752，可得到相對(duì)準(zhǔn)確的葉面積值。

圖1 地黃品種懷豐(上)和北京3號(hào)(下)葉片樣本求得的校正系數(shù)K值的散點(diǎn)分布圖

2.3 地黃葉面積長(zhǎng)寬法與葉面積儀法的相關(guān)性

依據(jù)懷豐和北京3號(hào)的校正系數(shù)0.690和0.752，計(jì)算2個(gè)品種各100個(gè)樣本的葉面積，與葉面積儀法所得葉面積進(jìn)行相關(guān)性分析。由圖2可知，懷豐長(zhǎng)寬法與葉面積儀法之間的相關(guān)系數(shù)R2為0.982，北京3號(hào)長(zhǎng)寬法與葉面積儀法之間的相關(guān)系數(shù)R2為0.969，均達(dá)極顯著水平，說(shuō)明本試驗(yàn)長(zhǎng)寬法與葉面積儀法葉面積具有很好的線性關(guān)系，所得校正系數(shù)具有適用性。地黃品種懷豐和北京3號(hào)所得線性回歸方程分別為Y=1.148 4X-16.081和Y=1.111 6X-20.346。

圖2 用長(zhǎng)寬法與葉面積儀法2個(gè)地黃品種的葉面積的相關(guān)性

3 驗(yàn)證

選取懷豐和北京3號(hào)2個(gè)品種各12個(gè)葉片樣品，測(cè)量其長(zhǎng)和寬，使用懷豐和北京3號(hào)的中位數(shù)0.690和0.752作為校正系數(shù)計(jì)算各自的葉面積，同時(shí)以葉面積儀測(cè)定每片葉的真實(shí)面積，懷豐長(zhǎng)寬法面積和真實(shí)葉面積平均值為198.56和139.21 cm2，12個(gè)樣品葉面積差值-10.08～4.58 cm2，誤差-4.82%～4.11%，平均誤差為-1.64%。北京3號(hào)長(zhǎng)寬法面積和真實(shí)葉面積平均值為217.17、162.41 cm2，12個(gè)樣品葉面積差值為-11.69～8.44 cm2，誤差-4.84%～4.31%，平均誤差為0.53%(表2)。懷豐和北京3號(hào)長(zhǎng)寬法面積計(jì)算誤差均小于5.0%。說(shuō)明以這24個(gè)樣品作為代表進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)本試驗(yàn)所求得的校正系數(shù)可以適用。

表2 2個(gè)地黃品種各12片葉用長(zhǎng)寬法計(jì)算的葉面積與實(shí)測(cè)面積的比較

4 小結(jié)與討論

植物葉片對(duì)光能的獲取和轉(zhuǎn)化、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及有機(jī)物質(zhì)的合成起著決定性作用。通過(guò)對(duì)地黃葉面積的研究和調(diào)控，可以為其合理密植和栽培措施的優(yōu)化提供理論依據(jù)。地黃隨著栽培產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，栽培品種更新較快，用長(zhǎng)寬法測(cè)定葉面積具有操作簡(jiǎn)便且無(wú)損測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，確定新品種的葉面積校正系數(shù)成為地黃行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

本試驗(yàn)通過(guò)葉面積儀的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定地黃的葉面積校正系數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，不同大小的地黃葉面積校正系數(shù)間存在顯著差異，且隨著葉面積的增大，校正系數(shù)也逐漸增大。因?yàn)殡S著地黃的生長(zhǎng)，其葉形越來(lái)越接近圓形，葉面積也越來(lái)越接近葉片的最小外接矩形的面積，校正系數(shù)則隨之增大，說(shuō)明地黃的葉形對(duì)其校正系數(shù)有顯著影響，這與胡家峰等的研究結(jié)果相似[15]。對(duì)于相同大小的葉片，地黃品種懷豐和北京3號(hào)的葉面積校正系數(shù)間存在差異；從整體來(lái)看，2個(gè)品種的校正系數(shù)也存在明顯差異，可見(jiàn)品種對(duì)葉面積校正系數(shù)有顯著影響，這與徐興陽(yáng)等人的研究結(jié)果相似[4]。將地黃按不同品種進(jìn)行葉面積校正系數(shù)的研究對(duì)室外地黃葉面積的測(cè)量工作很有意義。2個(gè)地黃品種葉形存在差異，本試驗(yàn)選取的樣本中，懷豐多是小葉，而北京3號(hào)多是大葉，采取中位數(shù)作為校正系數(shù)更加準(zhǔn)確，得懷豐和北京3號(hào)的葉面積校正系數(shù)分別為0.690和0.752，該結(jié)果稍大于周成明[13]研究所得的北京1號(hào)的0.62和胡林[16]的葉形相關(guān)研究中卵圓形葉片的系數(shù)2/3，可能是不同品種和不同植物之間葉片形態(tài)的差異造成的。

綜上，使用長(zhǎng)寬法估測(cè)地黃葉面積，既有不損傷植株，又具簡(jiǎn)便易測(cè)、可靠性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。不同地黃品種根據(jù)其葉型大小需采用不同校正系數(shù)，懷豐的葉面積系數(shù)建議采用0.690，北京3號(hào)建議采用0.752。