長寬法測定地黃葉面積的校正系數研究

陳欣，郭猛，黃勇，張紅瑞，李賀敏，周艷，高致明

(河南農業大學 農學院，河南 鄭州 450046)

葉片是植物進行光合作用的主要器官，其大小直接影響光合作用，是植物生長發育和產量品質形成的基礎。葉面積表征了植物葉片的大小，是植物模型的重要參數，常用在植物生物生化、生理生態、作物栽培管理與遺傳育種等方面的研究和應用[1]。目前，植物葉面積的測量方法主要有方格法[2]、稱重法[3-4]、長寬法[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、對操作者的素質要求較高的問題，有些需要昂貴的設備支持[1,11]，不適合大規模的活體測量，而長寬法測量操作簡便，更適用野外葉面積的快速測量。長寬法即測出葉片的長和寬，長寬乘積再以校正系數校正得出葉片的葉面積[6]，獲得較為精確的校正系數是長寬法測量葉面積的關鍵。前人已有大量研究[5-6,12]，明確了小麥、玉米、水稻、大豆、煙草等作物的長寬法求葉面積所需的校正系數。

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藝性狀之一，是衡量地黃群體結構配置和合理密植的一個重要指標，在研究地黃生長發育和栽培模式等方面有著重要意義。周成明[13]以北京1號推導出地黃葉面積及葉面積系數的公式，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，需要及時更新地黃葉面積計算方式。地黃道地產區栽培品種繁多，本試驗選取葉形差異大的2個地黃品種為試驗材料，研究地黃這2個品種的葉面積校正系數，以期為葉面積的準確測量和生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在河南農業大學原陽農場進行，參試的為焦作地黃道地產區的2個地黃栽培品種懷豐(葉形小)和北京3號(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 處理設計

試驗地長寬為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，每個品種隨機選取完全展開且完整的葉片各100片。

采用直尺測定地黃葉片葉長(L)和葉寬(D)，清潔后用YMJ-A葉面積測量儀(浙江托普云農科技股份有限公司)測定葉面積，每片葉重復測3次，以3次測量值的平均值作為真實葉面積(S)。根據真實葉面積大小，將2個品種各100片葉分為<100、100～<150、150～200、>200 cm2的4個等級，將200組樣本數據代入公式K=S/L×D，即可計算其葉面積校正系數K。

1.3 數據處理

應用Excle 2016和SPSS 24進行數據處理，使用Excle 2016軟件進行作圖，在0.05水平上進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同大小葉片葉面積校正系數

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為0.654～0.738，全部葉片的校正系數中位數為0.690。北京3號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為0.675～0.773，全部葉片的校正系數中位數為0.752。2個品種的校正系數之間差異較大；相同大小葉片葉面積校正系數也存在明顯差異。

表1 2個地黃品種不同大小葉片用長寬法計算葉面積的校正系數

2.2 不同品種長寬法葉面積校正系數

圖1可知，使用公式計算所得懷豐的校正系數K值主要在0.6～0.8，且隨葉面積增加呈逐漸增大的趨勢，最大值為0.78，最小值0.59，標準差為0.042，懷豐的葉面積校正系數K中位數為0.690。通過田間測量懷豐的葉長和葉寬，葉長乘葉寬再乘以校正系數0.690，可得到相對準確的葉面積值。使用公式計算所得北京3號的校正系數K值主要分布在0.6～0.8，整體呈逐漸增大的趨勢，且在葉面積較小時離散程度較大，之后趨于平穩，最大值為0.83，最小值0.59，標準差為0.047，北京3號的葉面積校正系數K中位數為0.752，通過田間測量地黃品種北京3號的葉長和葉寬，葉長乘葉寬再乘以校正系數0.752，可得到相對準確的葉面積值。

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

2.3 地黃葉面積長寬法與葉面積儀法的相關性

依據懷豐和北京3號的校正系數0.690和0.752，計算2個品種各100個樣本的葉面積，與葉面積儀法所得葉面積進行相關性分析。由圖2可知，懷豐長寬法與葉面積儀法之間的相關系數R2為0.982，北京3號長寬法與葉面積儀法之間的相關系數R2為0.969，均達極顯著水平，說明本試驗長寬法與葉面積儀法葉面積具有很好的線性關系，所得校正系數具有適用性。地黃品種懷豐和北京3號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 用長寬法與葉面積儀法2個地黃品種的葉面積的相關性

3 驗證

選取懷豐和北京3號2個品種各12個葉片樣品，測量其長和寬，使用懷豐和北京3號的中位數0.690和0.752作為校正系數計算各自的葉面積，同時以葉面積儀測定每片葉的真實面積，懷豐長寬法面積和真實葉面積平均值為198.56和139.21 cm2，12個樣品葉面積差值-10.08～4.58 cm2，誤差-4.82%～4.11%，平均誤差為-1.64%。北京3號長寬法面積和真實葉面積平均值為217.17、162.41 cm2，12個樣品葉面積差值為-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號長寬法面積計算誤差均小于5.0%。說明以這24個樣品作為代表進行檢驗時本試驗所求得的校正系數可以適用。

表2 2個地黃品種各12片葉用長寬法計算的葉面積與實測面積的比較

4 小結與討論

植物葉片對光能的獲取和轉化、營養物質的吸收以及有機物質的合成起著決定性作用。通過對地黃葉面積的研究和調控，可以為其合理密植和栽培措施的優化提供理論依據。地黃隨著栽培產業的發展，栽培品種更新較快，用長寬法測定葉面積具有操作簡便且無損測量的優點，確定新品種的葉面積校正系數成為地黃行業亟待解決的問題。

本試驗通過葉面積儀的測量結果來確定地黃的葉面積校正系數，研究發現，不同大小的地黃葉面積校正系數間存在顯著差異，且隨著葉面積的增大，校正系數也逐漸增大。因為隨著地黃的生長，其葉形越來越接近圓形，葉面積也越來越接近葉片的最小外接矩形的面積，校正系數則隨之增大，說明地黃的葉形對其校正系數有顯著影響，這與胡家峰等的研究結果相似[15]。對于相同大小的葉片，地黃品種懷豐和北京3號的葉面積校正系數間存在差異；從整體來看，2個品種的校正系數也存在明顯差異，可見品種對葉面積校正系數有顯著影響，這與徐興陽等人的研究結果相似[4]。將地黃按不同品種進行葉面積校正系數的研究對室外地黃葉面積的測量工作很有意義。2個地黃品種葉形存在差異，本試驗選取的樣本中，懷豐多是小葉，而北京3號多是大葉，采取中位數作為校正系數更加準確，得懷豐和北京3號的葉面積校正系數分別為0.690和0.752，該結果稍大于周成明[13]研究所得的北京1號的0.62和胡林[16]的葉形相關研究中卵圓形葉片的系數2/3，可能是不同品種和不同植物之間葉片形態的差異造成的。

綜上，使用長寬法估測地黃葉面積，既有不損傷植株，又具簡便易測、可靠性強、準確性高的優點。不同地黃品種根據其葉型大小需采用不同校正系數，懷豐的葉面積系數建議采用0.690，北京3號建議采用0.752。