馬 敏，李緒孟

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410128）

水稻株型改良在水稻增產(chǎn)上起著重要的作用。水稻葉面積是水稻株型研究通常需要測(cè)量的形態(tài)指標(biāo)，對(duì)于水稻葉面積的測(cè)量問題的研究從很早之前就已經(jīng)成為熱門。關(guān)于水稻葉面積的測(cè)量或者計(jì)算已經(jīng)有幾種比較成熟的辦法。較為常見的測(cè)定植物葉面積的方法有：長(zhǎng)寬校正法、復(fù)印稱重法、葉面積儀測(cè)定法、方格紙法等。由于需要測(cè)量所有植株的全部葉片，且隨著植株的生長(zhǎng)，葉片數(shù)量增多，葉面積增大，這些測(cè)量都屬于破壞性測(cè)量，且存在不易在大面積范圍內(nèi)開展的缺陷。所以，準(zhǔn)確、快速地在田間條件下測(cè)定植物葉面積，對(duì)了解植物的生長(zhǎng)、發(fā)育狀況，對(duì)于水稻株型形態(tài)研究和水稻冠層光分布模型的建立以及理想株型的改良具有重要意義。因此，研究一種快捷精確的葉面積測(cè)量方法有重要的實(shí)際意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

關(guān)于水稻葉面積的測(cè)量有幾種比較成熟的辦法。較為常見的測(cè)定植物葉面積的方法有：長(zhǎng)寬校正法(張憲政1992)、復(fù)印稱重法(Yoshida等1976)、葉面積儀測(cè)定法(朱德峰和亢亞軍1996；Dobermann和Pampolino 1995)、方格紙法(劉貫山1996)、打孔稱重法等。植物苗齡較小時(shí)，采用各種方法都比較方便；但隨著苗齡的增加，葉片數(shù)增多，測(cè)定的難度即越來越大，由于幾乎所有的方法都需要采集樣點(diǎn)上所有植株的全部葉片進(jìn)行測(cè)定，這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，葉面積儀測(cè)定法需要的儀器設(shè)備一般價(jià)格比較昂貴，測(cè)定較為耗時(shí)；應(yīng)用長(zhǎng)寬校正法時(shí)，需要在測(cè)定不同品種的水稻(Oryza sativa L.)所需的校正系數(shù)后才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果；復(fù)印稱重法是經(jīng)典的測(cè)定方法，但是植物生長(zhǎng)后期的葉面積較大時(shí)十分費(fèi)力和耗時(shí)。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(zhì)量)相對(duì)恒定的原理，通過測(cè)定采樣區(qū)植物葉片干重和極少量葉片比葉重來計(jì)算葉面積的方法，采用打孔稱重法可以大大地降低工作量。此法曾在測(cè)定煙草葉面積中應(yīng)用過，但得出的結(jié)論認(rèn)為不適合于煙草葉面積的測(cè)定(劉貫山1996);但此方法已成功地用于馬鈴薯葉面積的(Sattelmacher私人通訊)，所以，此法還有待于進(jìn)一步的研究。

2 研究的主要內(nèi)容

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。水稻的生長(zhǎng)過程分為：幼苗期、秧苗分蘗期、幼穗發(fā)育期、開花結(jié)實(shí)期。其中在秧苗分蘗期葉片增多，此時(shí)營(yíng)養(yǎng)的構(gòu)建對(duì)水稻以后的生長(zhǎng)有很重要的意義，在抽穗期葉面積指數(shù)對(duì)于光合作用以及水稻的產(chǎn)量有著重要的意義，所以，這兩個(gè)時(shí)期會(huì)作為我們重點(diǎn)大規(guī)模進(jìn)行葉片測(cè)量的時(shí)期。對(duì)于已有的葉面積測(cè)定方法，經(jīng)過遴選，我們選用比較準(zhǔn)確且操作性比較強(qiáng)的打孔稱重法對(duì)葉面積進(jìn)行測(cè)定。以此作為后面葉面積研究的參考值。

（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。①長(zhǎng)寬法計(jì)算葉面積。長(zhǎng)寬法測(cè)量計(jì)算水稻葉面積的一般公式為：葉面積=葉長(zhǎng)*葉寬*K（K=0.75），在1996年，朱德峰曾經(jīng)對(duì)此進(jìn)行過研究，得出的結(jié)論是，計(jì)算葉面積時(shí)用的校正系數(shù)實(shí)際上是對(duì)葉片寬度的校正，是反映葉片寬度在葉片上的變化因子（平均葉片寬度與最大葉片寬度之間的比值），這就使得不同葉形品種之間使用相同的校正系數(shù)，造成葉面積的誤差。所以，我們對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用三點(diǎn)測(cè)量，即取葉片最長(zhǎng)距離以及三個(gè)寬度（1/5處,1/2處,1/5處測(cè)量葉寬），傳統(tǒng)校正系數(shù)K就是在虛擬葉片邊界之后得到的一個(gè)值，我們采用同樣的方式，使用擬合葉片的邊界積分計(jì)算葉面積，雖然取樣數(shù)據(jù)較多，運(yùn)算強(qiáng)度加大，但是通過三組寬度得到葉片長(zhǎng)和寬的關(guān)系，隨之使得葉面積測(cè)量結(jié)果也更加準(zhǔn)確。②應(yīng)用統(tǒng)計(jì)回歸方法擬合葉寬、葉長(zhǎng)與葉基距的關(guān)系，葉寬、葉長(zhǎng)與葉齡的關(guān)系。設(shè)葉長(zhǎng)為a，葉寬為b，葉齡為X,葉基的距地距離為Y。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)回歸方法擬合葉寬、葉長(zhǎng)與葉基距的關(guān)系，葉寬、葉長(zhǎng)與葉齡的關(guān)系。為了大致了解葉長(zhǎng)、葉寬分別與葉齡、葉基的距地距離的關(guān)系，首先，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，畫出散點(diǎn)圖,觀察判斷是線性關(guān)系還是二次曲線關(guān)系等等。根據(jù)圖像建立相對(duì)應(yīng)的回歸模型，計(jì)算出回歸系數(shù)。將計(jì)算水稻葉面積與長(zhǎng)和寬之間的計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為含有回歸系數(shù)的計(jì)算，檢驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確，進(jìn)而判斷水稻葉面長(zhǎng)和寬與葉齡與葉基距地距離之間的關(guān)系。

（3）計(jì)算模型的提取。①利用Matlab統(tǒng)計(jì)工具箱中的命令regress進(jìn)行模型模型求解。將所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行excel輸入，推求一個(gè)解析函數(shù)y=f(x)使其通過或近似通過有限序列的資料點(diǎn)(xi，yi)，通常用多項(xiàng)式函數(shù)通過最小二乘法求得此擬合函數(shù)。利用首先確定回歸系數(shù)的點(diǎn)估計(jì)值

然后，求回歸系數(shù)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)、并檢驗(yàn)回歸模型：[b,bint,r,rint,stats]=regress(Y,X,alpha)。最后，畫出殘差及其置信區(qū)間：rcoplot（r，rint）。②在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)其它建模方法。

（4）計(jì)算軟件編寫。利用C++或者M(jìn)atlab進(jìn)行編程。可供一般計(jì)算機(jī)工作人員使用，只需要從網(wǎng)上下載該測(cè)量軟件，安裝后進(jìn)行注冊(cè)。輸入用戶名和密碼之后便可以進(jìn)入測(cè)量界面，頁面左側(cè)有一個(gè)工具欄，有水稻葉長(zhǎng)、葉寬、葉齡、葉基距地距離、葉脈數(shù)量等相關(guān)選項(xiàng)，可以根據(jù)用戶對(duì)水稻葉面不同的測(cè)量方面進(jìn)行選擇。運(yùn)行的結(jié)果會(huì)被永久的存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，只要登錄就能查看測(cè)量歷史。

3 研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）在進(jìn)行大規(guī)模的水稻葉片葉面積分析的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型，建立葉面積與葉齡、葉寬、葉長(zhǎng)、葉基距等之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

（2）本研究測(cè)量葉面積考慮了更多的因素，如多組葉寬與一組葉長(zhǎng)、葉齡、葉基距等。

（3）利用專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，使得輸入幾組相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)就可以快速準(zhǔn)確的得到水稻葉面積的值。

（4）采用本方法能夠在不破壞植物繼續(xù)生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)葉面積進(jìn)行測(cè)量。