长宽法测定地黄叶面积的校正系数研究

陈欣，郭猛，黄勇，张红瑞，李贺敏，周艳，高致明

(河南农业大学 农学院，河南 郑州 450046)

叶片是植物进行光合作用的主要器官，其大小直接影响光合作用，是植物生长发育和产量品质形成的基础。叶面积表征了植物叶片的大小，是植物模型的重要参数，常用在植物生物生化、生理生态、作物栽培管理与遗传育种等方面的研究和应用[1]。目前，植物叶面积的测量方法主要有方格法[2]、称重法[3-4]、长宽法[5-6]、回归方程法[7]以及叶面积仪法[8]和图像处理法[9-10]等，这些方法多存在工作量大、对操作者的素质要求较高的问题，有些需要昂贵的设备支持[1,11]，不适合大规模的活体测量，而长宽法测量操作简便，更适用野外叶面积的快速测量。长宽法即测出叶片的长和宽，长宽乘积再以校正系数校正得出叶片的叶面积[6]，获得较为精确的校正系数是长宽法测量叶面积的关键。前人已有大量研究[5-6,12]，明确了小麦、玉米、水稻、大豆、烟草等作物的长宽法求叶面积所需的校正系数。

地黄(RehmanniaglutinosaL.)是玄参科常用大宗药材，以栽培品入药，地黄叶面积为地黄重要的农艺性状之一，是衡量地黄群体结构配置和合理密植的一个重要指标，在研究地黄生长发育和栽培模式等方面有着重要意义。周成明[13]以北京1号推导出地黄叶面积及叶面积系数的公式，研究表明，地黄不同品种叶形存在差异[14]，近年随着地黄品种的更替和栽培措施改变，需要及时更新地黄叶面积计算方式。地黄道地产区栽培品种繁多，本试验选取叶形差异大的2个地黄品种为试验材料，研究地黄这2个品种的叶面积校正系数，以期为叶面积的准确测量和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在河南农业大学原阳农场进行，参试的为焦作地黄道地产区的2个地黄栽培品种怀丰(叶形小)和北京3号(叶形大)，栽培材料为地黄的块根，由河南省武陟县四大怀药研究所提供。

1.2 处理设计

试验地长宽为6 m×6 m，起垄单行种植，垄高25 cm，垄距25 cm，株距20 cm。于2020年5月2日种植，8月16日取叶，每个品种随机选取完全展开且完整的叶片各100片。

采用直尺测定地黄叶片叶长(L)和叶宽(D)，清洁后用YMJ-A叶面积测量仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测定叶面积，每片叶重复测3次，以3次测量值的平均值作为真实叶面积(S)。根据真实叶面积大小，将2个品种各100片叶分为<100、100～<150、150～200、>200 cm2的4个等级，将200组样本数据代入公式K=S/L×D，即可计算其叶面积校正系数K。

1.3 数据处理

应用Excle 2016和SPSS 24进行数据处理，使用Excle 2016软件进行作图，在0.05水平上进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同大小叶片叶面积校正系数

由表1可知，怀丰品种以小型叶片居多，其中叶面积<100和100～<150 cm2叶片分别占34%、50%，≥150 cm2叶片仅占16%；按叶面积大小所得到的叶面积校正系数为0.654～0.738，全部叶片的校正系数中位数为0.690。北京3号品种以大型叶片居多，其中叶面积>200、150～200和100～<150 cm2叶片分别占42%、28%、23%，<100 cm2叶片仅占7%；按叶面积大小所得到的叶面积校正系数为0.675～0.773，全部叶片的校正系数中位数为0.752。2个品种的校正系数之间差异较大；相同大小叶片叶面积校正系数也存在明显差异。

表1 2个地黄品种不同大小叶片用长宽法计算叶面积的校正系数

2.2 不同品种长宽法叶面积校正系数

图1可知，使用公式计算所得怀丰的校正系数K值主要在0.6～0.8，且随叶面积增加呈逐渐增大的趋势，最大值为0.78，最小值0.59，标准差为0.042，怀丰的叶面积校正系数K中位数为0.690。通过田间测量怀丰的叶长和叶宽，叶长乘叶宽再乘以校正系数0.690，可得到相对准确的叶面积值。使用公式计算所得北京3号的校正系数K值主要分布在0.6～0.8，整体呈逐渐增大的趋势，且在叶面积较小时离散程度较大，之后趋于平稳，最大值为0.83，最小值0.59，标准差为0.047，北京3号的叶面积校正系数K中位数为0.752，通过田间测量地黄品种北京3号的叶长和叶宽，叶长乘叶宽再乘以校正系数0.752，可得到相对准确的叶面积值。

图1 地黄品种怀丰(上)和北京3号(下)叶片样本求得的校正系数K值的散点分布图

2.3 地黄叶面积长宽法与叶面积仪法的相关性

依据怀丰和北京3号的校正系数0.690和0.752，计算2个品种各100个样本的叶面积，与叶面积仪法所得叶面积进行相关性分析。由图2可知，怀丰长宽法与叶面积仪法之间的相关系数R2为0.982，北京3号长宽法与叶面积仪法之间的相关系数R2为0.969，均达极显著水平，说明本试验长宽法与叶面积仪法叶面积具有很好的线性关系，所得校正系数具有适用性。地黄品种怀丰和北京3号所得线性回归方程分别为Y=1.148 4X-16.081和Y=1.111 6X-20.346。

图2 用长宽法与叶面积仪法2个地黄品种的叶面积的相关性

3 验证

选取怀丰和北京3号2个品种各12个叶片样品，测量其长和宽，使用怀丰和北京3号的中位数0.690和0.752作为校正系数计算各自的叶面积，同时以叶面积仪测定每片叶的真实面积，怀丰长宽法面积和真实叶面积平均值为198.56和139.21 cm2，12个样品叶面积差值-10.08～4.58 cm2，误差-4.82%～4.11%，平均误差为-1.64%。北京3号长宽法面积和真实叶面积平均值为217.17、162.41 cm2，12个样品叶面积差值为-11.69～8.44 cm2，误差-4.84%～4.31%，平均误差为0.53%(表2)。怀丰和北京3号长宽法面积计算误差均小于5.0%。说明以这24个样品作为代表进行检验时本试验所求得的校正系数可以适用。

表2 2个地黄品种各12片叶用长宽法计算的叶面积与实测面积的比较

4 小结与讨论

植物叶片对光能的获取和转化、营养物质的吸收以及有机物质的合成起着决定性作用。通过对地黄叶面积的研究和调控，可以为其合理密植和栽培措施的优化提供理论依据。地黄随着栽培产业的发展，栽培品种更新较快，用长宽法测定叶面积具有操作简便且无损测量的优点，确定新品种的叶面积校正系数成为地黄行业亟待解决的问题。

本试验通过叶面积仪的测量结果来确定地黄的叶面积校正系数，研究发现，不同大小的地黄叶面积校正系数间存在显著差异，且随着叶面积的增大，校正系数也逐渐增大。因为随着地黄的生长，其叶形越来越接近圆形，叶面积也越来越接近叶片的最小外接矩形的面积，校正系数则随之增大，说明地黄的叶形对其校正系数有显著影响，这与胡家峰等的研究结果相似[15]。对于相同大小的叶片，地黄品种怀丰和北京3号的叶面积校正系数间存在差异；从整体来看，2个品种的校正系数也存在明显差异，可见品种对叶面积校正系数有显著影响，这与徐兴阳等人的研究结果相似[4]。将地黄按不同品种进行叶面积校正系数的研究对室外地黄叶面积的测量工作很有意义。2个地黄品种叶形存在差异，本试验选取的样本中，怀丰多是小叶，而北京3号多是大叶，采取中位数作为校正系数更加准确，得怀丰和北京3号的叶面积校正系数分别为0.690和0.752，该结果稍大于周成明[13]研究所得的北京1号的0.62和胡林[16]的叶形相关研究中卵圆形叶片的系数2/3，可能是不同品种和不同植物之间叶片形态的差异造成的。

综上，使用长宽法估测地黄叶面积，既有不损伤植株，又具简便易测、可靠性强、准确性高的优点。不同地黄品种根据其叶型大小需采用不同校正系数，怀丰的叶面积系数建议采用0.690，北京3号建议采用0.752。