2種水培觀葉植物葉面積回歸測(cè)定①

劉曉榮 吳志 徐揚(yáng) 韓慶斌 王代容

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所/廣東省園林花卉種質(zhì)創(chuàng)新綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東廣州510640）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代人每天約有80%～90%時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人體健康產(chǎn)生的影響已受到重視，《2019中國(guó)室內(nèi)空氣污染狀況白皮書(shū)》發(fā)布中國(guó)室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重不合格比例高達(dá)74%，室內(nèi)空氣污染已成為危害人體健康的頭號(hào)殺手。觀賞植物可凈化空氣中的甲醛、苯和三氯乙烯［1］；水培觀賞植物不僅可以清除室內(nèi)空氣污染物，而且清潔、觀賞性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)方便，在室內(nèi)綠化、美化裝飾中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，是現(xiàn)代環(huán)境、植物利用等方面研究的新熱點(diǎn)。

單位葉面積是分析植物吸收甲醛、苯等污染氣體的一個(gè)重要指標(biāo)［2-3］，葉面積的準(zhǔn)確測(cè)量有重要意義。植物生理學(xué)家和農(nóng)學(xué)家已經(jīng)開(kāi)展了許多葉面積測(cè)定的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，分為離體取樣測(cè)定（主要有干重法、鮮重法、葉面積儀掃描法等）和非離體測(cè)定（系數(shù)回歸法、方格法、圖像處理法等），離體測(cè)定葉面積需要移除葉片進(jìn)行測(cè)量，比較費(fèi)時(shí)且損壞植株。非離體測(cè)定中的回歸方程法，具有簡(jiǎn)單易行、快速、不傷葉片等優(yōu)點(diǎn)，也越來(lái)越被人們所重視。目前，在龍眼、香蕉、獼猴桃果樹(shù)和木薯、西葫蘆、甜椒蔬菜［4-6］等已有相關(guān)研究，但在觀賞植物中很少進(jìn)行建模研究，在水培觀葉植物中更鮮有報(bào)道。

水培中比較常見(jiàn)的吊蘭（Chlorophytum comosum）和山海帶（Dracaena cambodiana），這兩種植物葉片細(xì)且長(zhǎng)，用葉面積儀測(cè)時(shí)需剪成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度分段才能測(cè)出。因此，開(kāi)展其非破壞性測(cè)定方法研究顯得很有必要。本研究首先利用便攜式葉面積儀測(cè)定葉片的長(zhǎng)度、寬度、葉面積等葉形指標(biāo)，通過(guò)葉形指標(biāo)逐步回歸建立葉面積的回歸方程，另外一組獨(dú)立數(shù)據(jù)用于模型驗(yàn)證。分別建立的回歸方程，可在后面實(shí)際應(yīng)用中，不破壞植物葉片的情況下，用尺子測(cè)量葉片的葉長(zhǎng)、葉寬，代入相應(yīng)的回歸方程，即可估測(cè)其葉面積，為相關(guān)科研和應(yīng)用提供葉面積統(tǒng)計(jì)的可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為水培觀賞吊蘭和山海帶，植物選購(gòu)于廣州市花卉博覽園。試驗(yàn)在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所溫室內(nèi)，水培條件下進(jìn)行30 d的適應(yīng)性培養(yǎng)。

1.2 方法

每個(gè)品種選擇10株，每株隨機(jī)取生長(zhǎng)發(fā)育完全的葉片6片，每個(gè)品種共計(jì)60片并分別編號(hào)。用軟尺測(cè)量葉長(zhǎng)和葉寬，葉長(zhǎng)為葉基部至最長(zhǎng)葉尖的距離，葉寬為橫向相距最遠(yuǎn)的距離。之后等分剪成2～3段，立即用Yaxin-1241葉面積儀測(cè)量葉片的葉面積。將觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)分為2組，1組用于建模，1組用于模型的外部驗(yàn)證。試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel 2010、SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉形指標(biāo)

表1顯示，吊蘭葉面積在21.7～71.5 cm2，變異系數(shù)（CV）為26.43%；葉片長(zhǎng)2.17～4.60 cm，變異系數(shù)為16.43%；葉寬0.15～0.29 cm，變異系數(shù)為15.48%；葉長(zhǎng)：葉寬比值為9.74～19.42，變異系數(shù)為14.78%。表明葉長(zhǎng)、葉寬和葉長(zhǎng)：葉寬差別不大，葉面積變異最大。

表1 吊蘭和山海帶葉片特征

山海帶葉面積在6.71～82.33 cm2，變異系數(shù)（CV）為33.07%；葉片長(zhǎng)2.08～5.51 cm，變異系數(shù)為16.87%；葉寬在0.10～0.21 cm，變異系數(shù)為16.38%；葉長(zhǎng)：葉寬比值為21.89～30.96，變異系數(shù)為7.69%；表明葉長(zhǎng)和葉寬差別不大，葉長(zhǎng)：葉寬變幅最小，葉面積變幅最大。

2.2 葉形指標(biāo)間的相關(guān)性分析

從表2可以看出，吊蘭和山海帶葉面積與葉長(zhǎng)/葉寬之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.047 64、0.139 83，在5%水平?jīng)]達(dá)到顯著相關(guān)。葉長(zhǎng)、葉寬、葉片鮮重和葉片干重與葉面積之間高度相關(guān)；葉片鮮重與葉面積之間的相關(guān)系數(shù)大于葉長(zhǎng)和葉寬與葉面積之間的相關(guān)系數(shù)。

表2 吊蘭和山海帶葉面積與形態(tài)指標(biāo)間的相關(guān)性

2.3 數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)

通過(guò)逐步回歸法篩選了3步吊蘭葉面積，達(dá)到了最優(yōu)的逐步回歸模型，最終入選的變量有L、D和P，得到預(yù)測(cè)吊蘭葉面積的模型（式1））。決定系數(shù)R2為0.977 6，Cp值為6.270 0。

山海帶葉面積通過(guò)逐步回歸模型篩選了8步，達(dá)到了最優(yōu)的逐步回歸模型，最終入選的變量有W、F、D和P，得到山海帶葉面積的預(yù)測(cè)模型（式2）。決定系數(shù)R2為0.988 6，Cp值為4.076 0。

2.4 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證

基于模型預(yù)測(cè)葉面積的外部驗(yàn)證結(jié)果如圖1～2。吊蘭葉面積的預(yù)測(cè)值（x）與實(shí)測(cè)值（y）的回歸方程式y(tǒng)=1.488 9+0.953 16x，R2=0.910 9，AdjRsq為0.908 7，相關(guān)系數(shù)r為0.954 40，均方根誤差RMSE為4.808 6，表明模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

山海帶葉面積的預(yù)測(cè)值（x）與實(shí)測(cè)值（y）的回歸方程如式y(tǒng)=0.933 9x+2.856 2，R2=0.978 7，AdjRsq為0.978 3，相關(guān)系數(shù)r為0.989 32，均方根誤差RMSE為1.928 9，表明模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3討論

單位葉面積是分析觀葉植物吸收甲醛、苯等室內(nèi)污染物的一個(gè)重要生物學(xué)指標(biāo)，葉面積的大小是計(jì)算植物凈化室內(nèi)空氣凈化率的一個(gè)關(guān)鍵因子。研究并建立一個(gè)準(zhǔn)確、快速，不破壞葉片生長(zhǎng)的葉面積估算法，可以有效地應(yīng)用在植物對(duì)甲醛、苯等吸收效率篩選上，為利用室內(nèi)觀葉植物去除室內(nèi)有害物質(zhì)提供依據(jù)，這在室內(nèi)植物配置上具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

便攜式葉面積儀，可直接測(cè)量葉片長(zhǎng)度、寬度、周長(zhǎng)、葉面積等葉形指標(biāo)，但測(cè)量時(shí)操作要求規(guī)范，且測(cè)定時(shí)采摘的大量葉片會(huì)直接破壞植株生長(zhǎng)，對(duì)于葉形狹長(zhǎng)葉片還須處理剪成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度測(cè)量，不僅破壞葉片植株，也影響測(cè)量地準(zhǔn)確性。

葉面積與葉片各形態(tài)特征值間均具有相關(guān)性，吊蘭和山海帶葉面積與葉長(zhǎng)、葉寬、葉長(zhǎng)×葉寬之間均呈極顯著相關(guān)，逐步回歸分析結(jié)果顯示，變量（葉長(zhǎng)×葉寬，葉干重）是吊蘭和山海帶共有的兩個(gè)變量。葉長(zhǎng)×葉寬是葉面積估測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)，這在龍眼、雜種臻和石斛組培苗上也有相似的研究結(jié)果。本研究中葉面積與葉長(zhǎng)/葉寬相關(guān)性不顯著，而對(duì)龍眼兩個(gè)品種研究顯示，其葉面積與葉長(zhǎng)/葉寬有極顯著地相關(guān)性。

基于模型預(yù)測(cè)葉面積的外部驗(yàn)證、葉估算面積與實(shí)際面積的相關(guān)性檢驗(yàn)，證明在吊蘭和山海帶上建立的葉面積估算預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性高，可在實(shí)際上應(yīng)用；本實(shí)驗(yàn)未統(tǒng)計(jì)總?cè)~片數(shù)，無(wú)法建立與整株總?cè)~面積模擬函數(shù)，估算整株總?cè)~面積；水培觀葉植物品種繁多、葉片形狀各異，且栽培造型不一。因此，對(duì)水培觀賞植物葉面積估算方法的探討和建立，今后還應(yīng)針對(duì)不同的品種、不同的苗齡，不同的株形及葉片總數(shù)做進(jìn)一步地深入研究，分別建立合適的模型估算方法。