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巴西香蕉叶面积与叶片形态特征关系的定量分析

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热带作物学报2013,34(9):1641—1645 Chinese Journal of Tropical Crops 巴西香蕉叶面积与叶片形态特征关系的定量分析 刘永霞t,周兆禧 ,‘唐粉玲 ,何应对”,曹红鑫 王必尊・,臧小平 ,韩丽娜t,李昌鹏- ’ 1中国热带农业科学院海口实验站.海南海口 570102 2江苏省农业科学院经信所.江苏南京210014 摘要采用“3414”设计方案进行田间实验.在实验观测的基础上.建立了中肥不同生育期巴西香蕉叶面积 与叶长、叶宽及长宽乘积之间的定量关系,结果表明:不同生育期,巴西香蕉叶面积与叶长、叶宽及长宽乘积 最佳模型,,:aN+b。具体关系如下:在营养生长期中,叶面积与叶长、叶宽及长宽乘积间定量关系分别为: A=一2 162+54.957 L、A=一2 202.687+123.919 W、A一76.014+0.767 P;孕蕾期及抽蕾期,叶面积与叶长、叶宽及长 宽乘积间定量关系分别为:A一6 969+90.584L、A一6 971+231.195 W、A一38.177+0.778P。经2012~2013年 资料检验:营养生长期高、低肥叶面积的模拟值与观测值的差值标准误分别为298.098、356.456和232.127 cmV株, 孕蕾期及抽蕾期高、低肥叶面积的模拟值与观测值的差值标准误分别为1 134.310、3 584.610和1 306.924 cmV株。 检验结果表明:所建的香蕉叶面积模型可靠性均较好。具有一定的解释性和通用性,对香蕉理想株型设计、结 构与功能关系研究及香蕉生长系统的可视化和数字化均有一定的参考价值 关键词 巴西香蕉;叶面积;叶长;叶宽 中图分类号¥668.1 文献标识码 A Quantitative Analysis of Relationship Between Brazilian Banana s Leaf Area and Its Morphological Characteristics LIU Yongxia ,ZHOU Zhaoxi ,TANG Fenling ,HE Yingdui ,CAO Hongxin WANG Bizun ,ZANG Xiaoping ,HAN Lina ,LI Changpeng 1 Haikou Experimental Station,CA TA S,Haikou,Hainan 570102,China 2 Institute of Agricultural Economic and Information,Jiangsu Academy of Agricultural,Nanjing,Jiangsu 210014,China Abstract Based on field experiments.the quantitative relationships of Brazil banana between leaf area and lear length,leaf width,leaf lengthxleaf width under diferent developing stages under middle fertilizer applicaton were studied.The results showed that the best model of quantitative relationship above was Y=aN+b.At the vegetative growth period.the above relationship was A=一2 162+54.957 L,A=一2 202.687+l23.919 W.A=一76.014+0.767只 respectively.And at the bud formation stage or budding stage,the above relationship was A=-6 969+90.584 L, A=~6 971+231.195 W.A=一38.177+O.778 JP.respectively.The test resuhs for independent samples of 2012—2013 are satisfactory.At the vegetative growth pefio ̄the standard error of difference between simulated value and measured value of leaf area under high and low fertilizer was 298.098.3 56.456 and 232.1 27 cm=/plant.respectively. Then at the bud formation stage or budding stage.the above SE of difference was 1 1 34.3 10.3 584.610 and 1 306.924 cmZ/plant. respectively.The result showed that the leaf area model of Brazil banana was interpretive and commonality.The model has certain reference value for Brazil banana s ideotype selection.the research of its structure—function relationship and the vitrualization and digitalization of its growth system. Key Words Brazil banana;Leaf area;Leaf length;Leaf width doi 10.3969/i.issn.1000-2561.2013.O9.003 叶片是植物重要的光合器官.也是植物进行蒸 3 m,叶宽可达1 m。当其植入大田4个月左右. 腾的主要场所,其面积大小对植物的生长发育、作 叶片长可达1 m左右.宽超过0.4 m.已经无法用 物产量以及栽培管理都具有十分重要的意义_1-6] 美国CID公司生产的手持式叶面积测定仪来测叶 目前常用的叶面积测定方法有网格交叉法、叶面积仪 面积,随着植株的生长,叶片越来越大.用网格交 法、复印称重法、干重法、数字图像处理法等『7_12]。 叉法和复印称质量法结果虽稳定.但工作量很大. 巴西香蕉叶面积大.在水肥充足情况下.叶长可达 需要消耗大量的时间:复印称重法则需要破坏性取 收稿日期2013—04—15 修回日期2013—07—29 基金项目国家青年基金项目“基于不同施肥水平的巴西香蕉形态及产量的定量关系研究”(N0.31101123);海南省自然省科学基金“基于 不同施肥水平的巴西香蕉形态及产量的相关关系研究”(No.311062)。 作者简介刘永霞(1977年~),女,博士,副研究员;研究方向:植物生理生态、数字农业研究。增讯作者:何应对,E-mail:heyingdui@163.com。 —.1642—— 热带作物学报 第34卷 样测定:应用数字图像处理测定作物叶面积的方 法,此法虽精度高、速度快,但软件还没有集成到 一起.使用起来还是有些不太方便[11,13]。长宽法因 其测定方法简便、无损.无需昂贵的仪器.成为叶 面积测定的主要方法 在利用长宽法测定叶面积的 过程中,校正系数是必须的参数。安佳佳等_l41已建 立包括巴西蕉在内的7个香蕉品种的叶面积与叶 长、叶宽的回归模型,其研究方法用数码相机进行 拍照,采用photosh0p软件进行图像处理估算叶面 积.此法程序要用专业扫描仪.对操作人员要求较 高,专业的扫描仪精准、省时、易操作,因此该方 法是1种值得推广使用的叶面积测定技术[8.“】 本试验以各生长时期的巴西香蕉叶为试材.应 用加拿大Regent公司的根系分析扫描仪中叶面积 分析扫描系统(WinFOLIA Pro2012)精确测量叶面 积.探讨巴西香蕉叶长、叶宽及叶长x,f宽与实测 面积之间的关系,建立普适性应用模型.为无损测 量香蕉叶面积提供理论参考 1材料与方法 1.1材料 试验于2011年6月到2013年6月在海南省澄 迈县福山镇文社村东边群图岭进行 供试香蕉品种为 巴西香蕉。试验蕉园的面积共6 hm2。供试土壤pH值 为5.O6,有机质含量8.7 g g,水解性氮62.7 mg g, 有效磷16.69 mg/kg,速效钾41 mg/kg,肥力中等, 钾含量偏低 试验设N、P、K肥3个因素,4个水平(表1), 共计14个处理.每个处理100株。采用随机区组 排列,区组内土壤、地形等条件一致。在香蕉假植 苗入田前,每株香蕉挖坑加2.5 kg香蕉茎干生物有 机肥,其有机质含量I>30%,N、P20 、K20≥4%, 化肥施用时间及比例参照匡石滋等㈣研究方法 表1 N、P、K肥设计用l/(g,株) 1-2方法 定植1个月后.每隔30 d每个处理随机选取 巴西香蕉2株,叶片均不包括抽蕾时的苞叶,对所 有健全叶用加拿大Regent公司的根系分析扫描仪 中叶面积分析扫描系统(WinFOLIA Pro2012)测定 叶面积 )。同时采用直尺测定叶片的最大长度( ) 和宽度(W).具体方法同安佳佳等『l41研究方法 1.3数据处理及模型构建 数据用SPSS16.0及Sigmaplotl0.0进行回归分 析.得出相应的回归模型.并对模型进行差异显著 性分析。 1_3.1 巴西香蕉叶面积、叶长、叶宽及长宽乘积间 的关系模型 采用2011~2013年试验资料.所有 中肥观测资料用于分析叶面积、叶长、叶宽及长宽 乘积间的定量分析及参数确定,高肥、低肥处理的 资料及2013年高、中、低肥都用于模型测试和检 验。因处理l是无肥处理(对照),处理2、4、8分 别是缺N、缺P和缺K处理.这些处理对香蕉正 常生长发育都是有影响的,为了模型的普适性.本 研究建模及验证时没有采用这些处理的数据 l-3.2模型检验 采用2012~2013年资料检 验,采用实测值( )与模拟值(X)间绝对误差( )、 差值标准误( )及相关系数( )检验模型拟合度。 d】:_X下-X .S出=Z(d,-X ̄)2 式中, 为 的平均值,n一1为自由度(如样 本数大于30,n为自由度) 。 2结果与分析 2.1模型的建立 对巴西香蕉叶面积进行回归分析.分别采用线 性回归方程对香蕉叶面积A(cm2)、叶长L(cm)、叶 宽W(cm)、长与宽乘积P(cm2)进行逐步回归,得 出叶面积与长宽乘积模型回归模型: A=0.781P_119.921 (2) 其常数项的显著水平值为0.003.自变量长宽 乘积显著水平值p<0.001.自变量共线性诊断的指 标容忍度(To1)值为1.000,方差膨胀因子(VIF)值 为1.000。因此.叶面积与自变量间存在一元线性 关系。且拟合效果较好。 叶长的显著水平值p=0.814.叶宽的显著水平 值p=0.504.共线性诊断的指标:容忍度很小,分别 为0.035、0.078,方差膨胀因子值分别为28.559、 12.790.均大于10,说明叶面积与叶长、叶宽间存 在多重共线性现象,因此,叶长、叶宽应从回归方 程剔除 而安佳佳等fl41研究表明.7个香蕉品种的 叶面积与叶长、叶宽及叶长X叶宽间一元线性方 第9期 刘永霞等:巴西香蕉叶面积与叶片形态特征关系的定量分析 一1643一 程、多项式及指数方程均达到极显著水平,考虑到 其研究材料只有2008年11月的.可推测香蕉不同 生育期其生规律是有差异的,如长宽比例等,因此 本文根据不同生育期拟合数据.其拟合规律具体见 表2。 间关系均用一次、二次、三次以及指数共4种模型 拟合(表2).经统计分析各模型的R值、F值均达 极显著水平.说明4种模型均可用于定量叶面积与 叶长(L)、叶宽(Iv)及叶长xnt-宽(P)问的关系。经 方差检验.模型系数只有一次方程的极显著.说明 一叶面积与叶长(L)、叶宽( )及叶长X叶宽(P) 次方程拟合试验数据最好 表2 巴西香蕉叶面积与叶长、叶宽之间关系的模型比较 说明:样本数n--24;料p<0.O1表示模型或系数达极显著水平 。 2.2模型检验 好(图1)。 利用2012~2013年剩余资料对一次方程模型 进行了检验。分别输人相应的叶片长、叶片宽、叶 巴西香蕉叶面积实测值与模拟值的统计检验结 果表明(表3).营养生长期以巴西香蕉叶长、叶宽 片长宽乘积.可得到相应的叶面积模拟值。图1是 对营养生长期一次方程模型检验,分别用图1一a、 图1-b、图l—c表示,图2是对孕蕾期及抽蕾期一 次方程模型检验图.分别用图2一a、图2一b、图2-e 表示。实测值与模拟值的1:l关系图表明,用上 述模型反演叶面积.实测值与模拟值拟合效果均较 及长宽乘积获得的叶面积模拟值与实测值的平均绝 对误差、差值标准误和相关系数均达极显著水平, 孕蕾期及抽蕾期以巴西香蕉叶长及长宽乘积获得的 叶面积模拟值与实测值的平均绝对误差、差值标准 误和相关系数均达极显著水平.表明模拟值与实测 值吻合度较高。在营养生长期中,长宽乘积模拟的 第9期 刘永霞等:巴西香蕉叶面积与叶片形态特征关系的定量分析 一1645- 3讨论与结论 本研究通过分析不同施肥水平下巴西香蕉叶面 积与叶长、叶宽及长宽乘积的定量关系,建立并筛 选出最佳模型Y:ax+b。经2012 2013年试验 资料检验.不同生育期高、低肥叶面积的模拟值与 观测值拟合度均较好。 本研究结果与安佳佳等㈣研究结果有所不同. 首先其研究表明整个生育期巴西香蕉叶面积与叶 长、叶宽及长宽乘积均可用同一种方程表示,而本 研究不同.究其原因。可能是取样不同,安佳佳等㈣ 是随机取了lO株。5株建模.5株验证,一是样本 少:二是香蕉生育期长达1 a,其研究没有包括各 个时期的样本特征:三是也没有肥水差异化处理, 因为不同肥水处理的香蕉叶在外观上也是有差异 的 而本研究数据包括2年不同肥效处理的整个生 育期,更具有代表性;其次,其研究没有对方程中 拟合系数进行检验.而本研究中则不同,虽建模时 一次、二次、三次以及指数共4种模型均达极显著 水平.但对模拟系数检验时.只有一次函数模型系 数达极显著水平 所以.本研究所建模型更具通用 性。另外.本研究只选取了巴西蕉作为试材,因不 同品种间存在差异.本研究的模型能否用于其它品 种有待进一步验证 参考文献 【1】Igathinathane C,Prakash V,Padma U,et o1.Interactive compeer software development for leaf area t[JJ.Computers and Electronics in Agriculture,2006,51(1/2):1-16. 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