“米格印相法”與PS法和系數(shù)法測定胡麻葉面積方法的比較研究

牛保君

摘要：為了尋求方便、快捷、準確的測定胡麻葉面積的方法，試驗采用PS測定法，系數(shù)測定法和本試驗研究測定過程中基于米格法和干重法的技術原理，總結創(chuàng)新的“米格印相法”三種方法，在胡麻葉面積的測定研究中對其優(yōu)劣性、準確性、快捷性和可操作性等進行了比較和分析。結果表明：“米格印相法”和PS測定法、系數(shù)測定法測定的結果存在極顯著線性相關。這三種方法都能較準確的測得胡麻的葉面積。而“米格印相法”更具準確、簡單快捷和實用等優(yōu)點，是類似于胡麻小、多葉片作物葉面積測定中容易普及和推廣的一種新方法。并用該法求得胡麻長寬求積法的校正系數(shù)為0.80.

關鍵詞： 胡麻;葉面積;米格印相法;PS法;系數(shù)法

前 言

葉片是光合作用的物質基礎，是制造營養(yǎng)物質的“綠色工廠”，是蒸騰作用的媒介，它不僅是植物生長發(fā)育、產量形成和品種特性重要指標，也是對作物進行合理的栽培管理以及病蟲害發(fā)生發(fā)展監(jiān)測的重要手段，因此葉面積是生理生化、遺傳育種、作物栽培等方面研究所要經常考慮的內容。近年來，植物葉特性與環(huán)境的定量關系受到越來越多的關注。

葉是植物與環(huán)境接觸面積最大的器官，其特性的變化被認為是對特定環(huán)境的適應性表現(xiàn)，并且這些特性在植物碳的同化、水分關系和能量平衡方面有重要作用。建立方便、快速、準確的葉面積測定方法，對于調整群體結構、充分利用光熱資源，合理栽培作物以獲得高產高效有重要的意義。

作物栽培學上常見的測定葉面積的方法有：葉面積儀法、印相重量測定法、剪紙稱重法、干重法、打孔測定法、排水量測定法和系數(shù)測定等7種。這7種傳統(tǒng)的方法各有優(yōu)缺點。

因此，我們集多法之長，設計了兩種簡單而準確的測定方法：“米格印相法”和PS測定法，通過試驗探索兩種方法的準確性，為小葉多葉片作物葉面積測定提供方法參考。本試驗利用相對簡便、準確的“米格印相法”和PS測定法預求得胡麻品種“隴亞雜1號”的葉面積校正系數(shù)，為采用系數(shù)法測定胡麻葉面積提供參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

由甘肅省農業(yè)科學院提供的隴亞雜1號胡麻品種。

1.2 試驗設計

在胡麻各重要生育時期選取具有代表性的3株胡麻，分別運用“米格印相法”、PS測定法和系數(shù)測定法，對全株的葉片用上述方法分別測定其葉面積，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計比較分析。

1.3 測定內容及方法

1.3.1 生育時期記錄

在胡麻生長期內記錄各處理的生育時期。各生育時期確定標準為：

（1）苗期：苗生長至5cm高度的時期，以日/月表示。

（2）分莖期：全區(qū)分莖植株占全部植株的50%以上。

（3）現(xiàn)蕾期：全區(qū)有50%植株出現(xiàn)花蕾。

（4）盛花期：全區(qū)二級分支的開花數(shù)占全部植株開花數(shù)的50%以上。

（5）成鈴（青果）期：以行為單位，二級分支的成鈴數(shù)占全部植株成鈴數(shù)50%以上。

1.3.2 葉面積的測定

運用“米格印相法”、PS測定法、系數(shù)測定法分別測定同一樣本的胡麻葉面積。

2 結果分析

2.1“米格印相法”產生的背景

栽培學中，葉面積的測定方法有很多種。從最初的剪紙稱重法、打孔測定法到后來的印相重量測定法、米格法再到葉面積儀測定法，各種方法層出不窮，但直到現(xiàn)在各自的缺點也沒有得到有效改善。

胡麻葉片較窄，傳統(tǒng)的打孔測定法不適用;排水量測定法在實際大田測定中較繁瑣，所需的量筒等玻璃儀器攜帶不方便;印相稱重測定法對光有嚴格要求，特別是氨水攜帶很不方便;系數(shù)測定法也是一種經典的測定方法，關鍵在于確定校正系數(shù)，但胡麻是近年來才深入研究的作物，沒有這方面的數(shù)據(jù)可供參考。剪紙稱重法、干重法和米格法都需要繪制葉片，這三種方法如果操作仔細是能較準確的測定葉面積。

在實際測定胡麻葉面積的過程中，開始采用米格法進行測定。但是在繪制葉片時因氣溫、濕度等的影響，葉片很快就萎蔫皺縮，而且葉片較草質化，邊沿不能較好的確定，致使畫出的葉片面積比實際的面積偏大。并且葉片容易粘在手上，指頭一動邊沿就偏離原來的位置更無法畫準確。這使得以上三種方法都無法較準確的測定胡麻的葉面積。之后又花很大資金采用葉面積儀法測定，但是胡麻的葉片小而多，在往葉面積儀上鋪葉片時工作量很大，往往會因呼吸或是自然風把葉片吹亂重疊。再者葉面積儀對光的要求也較嚴格，光強常常達不到或超過儀器所需強度。在各條件滿足后顯示的葉面積數(shù)據(jù)也不確定，其變動在8cm左右。后來參考肖強、葉文景等利用數(shù)碼相機和Photoshop軟件來測定葉面積的方法，掃描葉片，用Photoshop軟件來處理，其要求有一定的Photoshop軟件處理技術。在實際處理時發(fā)現(xiàn)，將全體單個葉片的面積累加起來大于一次性選定全部葉片的面積，偏大4.96%。測定結果還是不理想。若能準確繪制葉片再結合幾種方法的原理和優(yōu)點，肯定能方便、快捷、準確的測定胡麻的葉面積。基于此，我們設計了一種全新的針對于類胡麻小、多葉片作物的葉面積測定方法，暫定名為“米格印相法”。

2.2 測定方法的原理與步驟

2.2.1 “米格印相法”

2.2.1.1 測定原理

米格法直接讀出欲測樣的準確面積，精確度取決于最小米格的單位面積。

植物葉片的一定面積對應一定的重量，即干重法的測定原理。

2.2.1.2 測定步驟

（1）取標準樣

在試驗期內每小區(qū)中選取具有代表性的葉片完好的胡麻3株，每小區(qū)重復3次。取樣時間在上午8：00—9：00，此時露水已干，葉片鮮嫩，葉面也完全展開，便于后續(xù)試驗操作。

（2）復印葉片

每次將取來完好無損的標準植株的全部葉片依次整齊排在復印機的玻璃屏上。再將標準計算紙小心覆在葉片上（勿使葉片重疊，計算紙正面向下）進行復印。復印結果如圖1。

（3）烘干稱重標準樣

收集被復印的植株葉片，在105℃下鼓風先烘30min殺青。然后在85℃下烘48h，冷卻至室溫下稱量干重（w）。

（4）計算標準葉片面積

將復印好的胡麻的葉片圈在最小的矩形里（如圖2）。算出矩形的面積。再數(shù)出小正方形的個數(shù)（小于半格舍掉，大于半格的算一格）計算面積做差，得出胡麻葉片的面積（a）。

（5）烘干稱重預測樣

將待測全部葉片，在105℃下鼓風烘30min殺青。再在85℃下鼓風烘48h，冷卻至室溫稱量其質量（W）。

（6）測出以上數(shù)據(jù)后按下式即可求得葉面積

2.3 PS法測定法

2.3.1 PS法的測定原理

求不規(guī)則圖形的面積用到的理念的就是積分，也就是將圖形無限的細分，而實際上所謂的像素就是這個很小的元素，所以在Photoshop里面所謂的面積就是包含了多少的像素。再按照不規(guī)則圖形的像素所占比例求出其面積。

2.3.2 測定步驟

（1）掃描葉片：將被測標準葉片排于掃描儀上掃描成圖片。

（2）選擇區(qū)域：用“魔術棒”工具。為了保證選擇精確，可將“容差”值設為0，并取消“消除鋸齒”項的選擇。

（3）計算面積：選取圖形以后，單擊“窗口”菜單“直方圖”選項，打開直方圖窗口，在其下拉菜單，單擊選擇“擴展視圖”，會出現(xiàn)詳細信息。“像素”后的數(shù)據(jù)即所選區(qū)域包含的像素個數(shù)。然后取消選擇，記下“像素”后的數(shù)據(jù)。此為這個圖片的像素個數(shù)。再執(zhí)行 “圖像 → 圖像大小”，便可查看到整個圖片的長度和寬度 。再根據(jù)像素數(shù)的比例，就能求出選取區(qū)域的面積。

2.4 利用“米格印相法”測定胡麻葉面積的校正系數(shù)結合系數(shù)法求得葉面積

選取同一胡麻植株的全部葉片，用“米格印相法”準確測得葉長、最大葉寬和葉面積，求得校正系數(shù)為0.80。

試驗用“米格印相法”測得校正系數(shù)，利用系數(shù)法計算胡麻盛花期和成鈴期的葉面積。

2.5? 三種方法測定的胡麻葉面積相關性分析

2.5.1 盛花期、成鈴期不同測定方法測得的葉面積相關性分析

3種方法測得的葉面積的絕對值非常接近，其中59個被測葉片面積的平均值分別為1.806㎝、1.814㎝和1.807㎝，“米格印相法”與PS法、系數(shù)法以及PS法與系數(shù)法所測定的葉面積相關性系數(shù)分別為0.9786、0.9767和0.9757（如圖3），三種測定方法都達極顯著水平。綜合考慮，“米格印相法”是測定胡麻葉面積最好的方法，優(yōu)于其它兩種方法，而PS法又優(yōu)于系數(shù)法。對成鈴期樣本做上述同樣測定，所得結論和盛花期的一致。

3 討論

3.1? 7種傳統(tǒng)葉面積測定方法的比較，如表1

由表1可知，傳統(tǒng)的7種測量方法都能測定胡麻的葉面積。但是各種方法在測定胡麻這樣小葉多葉片植物葉面積時都有各自致命的缺點：葉面積儀測定法需要的儀器設備一般價格比較昂貴，測定較為耗時而且對光的要求特別苛刻;印相稱重法是經典的測定方法，但在植物生長后期葉面積較大時測定費力又耗時，在大田實驗中要求太高操作繁瑣;剪紙稱重法簡單易行，但對于精確描繪葉片和剪紙的要求很高;干重法效率高，只要樣品面積準確，按要求烘干，精確度也較高，但準確測定樣品面積的難題又歸結到剪紙稱重法的問題當中;打孔稱重法則是基于相近葉位葉片的比葉重（單位面積葉片質量）相對恒定的原理，通過測定采樣區(qū)植物葉片干重和極少量葉片比葉重來計算葉面積的方法，采用打孔稱重法可以大大地降低工作量，但是，對于像胡麻這樣小葉多葉片作物此法與排水量測定法則顯然不合適;應用長寬校正法時，需要在測定不同品種的胡麻所需的校正系數(shù)后才能獲得較準確的結果;但是關于胡麻的研究報道相對較少，其葉面積校正系數(shù)沒有確定的范圍可供參考。

為此我們取以上7種傳統(tǒng)方法的優(yōu)點和相關原理設計出了“米格印相法”，用PS測定法和系數(shù)測定法做相關對照，驗證“米格印相法”法的準確性和優(yōu)劣性。

3.2? 本試驗所選三種方法優(yōu)劣性的比較討論

圖像處理軟件Photoshop擁有選區(qū)選擇工具和顏色范圍選取工具，可以任意選取葉片特定區(qū)域，為解決植物葉面受到環(huán)境脅迫、病害和昆蟲破壞部位的定量分析提供了可能。PS測定法建立在計算機圖像處理基礎上，廣泛適用于闊葉植物葉面積測定，便于精確測定不規(guī)則葉片的面積，尤其對于植物突變株生長情況研究具有特殊價值。肖強、葉文景等就利用數(shù)碼相機和Photoshop軟件進行了非破壞性測定，說明數(shù)字圖像測定法適用于植物葉面積的測定。在實際測定葉少、大小中等的作物葉片（如小麥等）或一些林木類中等大小葉片（如蘋果，梨等）時誤差較小也較方便，但對于像胡麻這樣小葉多葉片植物在測定葉面積時不僅工作量大而且因為光等環(huán)境的影響和圖像處理時人為因素都會使誤差增大。而且我們在實際測定過程中發(fā)現(xiàn)，測得的全部單個葉片面積的總和大于一次性測得的葉面積值，其誤差原因尚不清楚。

胡麻是近年來才致力深入研究的作物，其能查閱的參數(shù)很少。用葉片的長度和最大寬度乘積與葉片實際面積之間的線性關系確定的系數(shù)稱葉面積系數(shù)，葉面積系數(shù)=葉面積÷（葉長×葉最大寬）。葉面積系數(shù)受葉形的制約，而葉形又受控于幾對等位基因、光周期和溫度。因此不同的品種、葉齡和環(huán)境的葉片具有不同的葉面積系數(shù)。Bryan和Mullinix用NC2326研究認為，葉面積系數(shù)在不同年份間有輕微變化，但在同一年內基本保持穩(wěn)定。系數(shù)測定法優(yōu)點在于無損傷活體跟蹤測定，不足在于同一作物不同品種的葉面積系數(shù)的變化差異也很明顯，針對這種差異朱德峰等提出了用葉片平均寬度和最大寬度的比值來校正不同品種間系數(shù)的差異，冉邦定提出用葉片長寬比值與葉面積系數(shù)之間的線性關系來校正葉面積系數(shù)，兩種方法的結果與實際葉面積顯著相關。在實際操作中雖然該法計算較簡單，但工作量大，使用器材少，卻測定繁瑣。

“米格印相法”可用于對小葉多葉片植株葉面積的測量。其克服了傳統(tǒng)測定方法中“葉面積儀法”和“印相重量測定法”對光的苛刻要求，減小了“剪紙稱重法”和“干重法”在畫葉片時將葉片放大的系統(tǒng)誤差。理論上精確度不及PS法，但在實際測定中影響因素少，復印的單片葉面積準確，不存在因比例尺的誤差而導致結果誤差成倍增加。其特別對小葉多葉片植物葉面積的測定有其它方法不可替代的優(yōu)點。通過上面的測定步驟可以看出，其實際操作簡單、測定速度快、工作量較小、對條件要求也不苛刻。測得的葉面積值更趨近于真實值。

綜上所述，“米格印相法”是測定胡麻葉面積的最優(yōu)方法。

參考文獻

祁建，馬克明，張育新.遼東櫟（Quercus liaotungensis）葉特性沿海拔梯度的變化及其環(huán)境解釋[J].生態(tài)學報，2007，3，27（3）：931-937.

NiinemetsU.Global-scale climatic controls of leafdrymass per area，density，and thickness in trees and shrubs [J].Ecology，2001（82）：453-469.

Wright I J，WestobyM.Leaves at low versus high rainfal：l coordination of structure，lifespan and physiology[J].New Phytologist，2002（155）：403-416.

AckerlyD D，KnightC A，Weiss S B，etal.Leaf size，specific leaf area andmicrohabitatdistribution of chaparralplans：contrasting patterns inspecies level and community level analyses[J].Oecologia，2002（130）：449-457.

劉明池.大白菜功能葉片葉面積測量方法[J].北京農業(yè)科學，1995（6）：43.

朱德峰，亢亞軍.水稻葉面積測定方法探討[J].上海農業(yè)學報，1996，12（3）：82-85.

劉貫山.煙草葉面積不同測定方法的比較研究[J].安徽農業(yè)科學，1996，24（2）：139-141.

牛俊義，楊祁峰.作物栽培學研究方法[M].甘肅：甘肅民族出版社，1998：42-45.

陶洪斌，林杉.打孔稱重法與復印稱重法和長寬校正法測定水稻葉面積的方法比較[J].植物生理學通訊，2006，42（3）：496-498.

肖強，葉文景，朱珠，等.利用數(shù)碼相機和Photoshop軟件非破壞性測定葉面積的簡便方法[J].? 出處2005，24（6）：711-714.

akehurat BC，Tobacco（Second eAition）.New York：Longnma press，1981.51-58

馮冬霞，施生錦.葉面積測定方法的研究效果初報[J].中國農學通報，2005，1（6）：150-151.

Bryanw.BenMullinix.Comparingsix models of variouscomplexity for calculating leaf area from measurement of leaf width and lengrh[J].Toc Sci，1992（36）：40-42.