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． ［２】ＣＨＯ Ｙ Ｙ，ＯＨ Ｓ，ＯＨ Ｍ Ｍ，ｅｔ ｏ１．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｅａｆ ａｒｅａ，ｆｒｅｓｈ ｗｅｉｇｈｔ，ａｎｄ ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃａｌｌｙ ｇｒｏｗｎ ｃｕｃｕｍｂｅｒｓ（Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔ／ｖ Ｌ＿）ｕｓｉｎｇ ｌｅａｆ ｌｅｎ￣ｈ。ｗｉｄｔｈ，ａｎｄ ＳＰＡＤ ｖａｌｕｅ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒａｅ，２００７，１ １ １（４）：３３０—３３４． ｆ３１左欣，韩斌，程嘉林．基于数字图像处理的植物叶面积测 量方法『Ｊ］．计算机 程与应用，２００６，２７（８）：１９４—１９６． 『４１马彦平，白由路，高祥照，等．基于数字图像的玉米叶面积测 量方法研究【Ｊ］．中国农学通报，２００９，２５（２２）：３２９—３３４． ［５】Ｃｆｉｓｔｏ￣ｒｉ Ｖ，Ｒｏｕｐｈａｅｌ Ｙ，Ｇｙｖｅｓ Ｅ Ｍ，ｅｔ ｏ１．Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｌｅａｆ ａｒｅａ ｏｆ ｈａｚｅｌｎｕｔ ｆｒｏｍ ｌｉｎｅａｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ［Ｊ１． Ｓｃｉｅｎｔｉａ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒａｅ，２００７，１１３（２）：２２１－２２５． 『６１ Ｌｉｚａｓｏ Ｊ Ｉ，Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ Ｗ Ｄ，Ｗｅｓｔｇａｔｅ Ｍ Ｅ．Ａ ｌｅａｆ ａｒｅａ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｅｕｈｉｖａｒ—ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｍａｉｚｅ 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