丁香叶片叶绿素SP，A，D值颜色与空间分布特征1)

王冰　华佳文　安慧君　海涵　李娅翔　赵刚

(内蒙古农业大学 ，呼和浩特， 010019)



丁香叶片叶绿素SP，A，D值颜色与空间分布特征1)

王冰华佳文安慧君海涵李娅翔赵刚

(内蒙古农业大学 ，呼和浩特， 010019)

以丁香(SyringaLinn.)为研究对象，在选定合适丁香植株叶片后，采集和测定叶片不同部位叶绿素SP，A，D值，利用Photoshop软件和MAPGIS软件，分析了叶片SP，A，D值的颜色特征和空间分布特征。研究发现：生长期叶片的SP，A，D值与颜色参数R(红)、G(绿)、V(明度) 均呈极显著负相关，而与参数H(色调)呈极显著正相关；生长期同一叶片不同部位的叶绿素SP，A，D值存在明显差异，且阴面叶片SP，A，D值的空间分布与阳面叶片不同；落叶期丁香叶片叶绿素SP，A，D值出现明显的下降，其中叶尖部位下降较为明显。

叶绿素；SP，A，D值；颜色特征；空间分布

With the clove plant, we measured the chlorophyllSP，A，Dvalues of the collected leaves, and then analyzed the color features and spatial distribution characteristics by Photoshop and MAPGIS software. TheSP，A，Dvalues show significant negative correlations with color values of Red (R), Green (G) and Value (V), and significant positive correlation with Hue (H) value. In growing period, there are obvious differences ofSP，A，Dvalues in different parts of the same leaf, and between sunny side and night side leaves. In deciduous period, theSP，A，Dvalues decline significantly, and the tip portion values are more obvious.

城市化进程的加快带来了一系列城市环境问题，如城市热岛效应、有害气体、噪声等，严重损害了人类健康。为了缓解当前环境对人类的巨大压力，植物改善环境的作用被置于了特殊重要位置。只有运用科学的手段最大限度地发挥出植物净化环境的功能，才能最充分地利用植物改善环境。绿色植物的生长依靠光合作用，而叶绿素是绿色植物进行光合作用时吸收、转化和传递光能的主要物质。叶绿素与光合作用的关系因叶绿素含量而呈现一定的差异。植物中叶绿素含量不仅是植物生长的常测指标，也是检测植物健康水平及其受环境胁迫情况的敏感因子。当绿色植物的叶片受某种原因遭到破坏、或环境发生变化时，叶绿素即会在含量和分布上出现变化，影响有机物的积累，进而危害林木生长[1]。因此，对叶绿素含量的测定与分析一直是植物生理研究的重点。对植物的叶绿素含量进行定期测定、对比分析，通过叶绿素含量和分布的变化，一方面，可以及时、准确地诊断植物生长的健康营养状况，判断是否存在病虫害影响；另一方面，可以洞察环境条件变化对植物生长的影响，分析植物对环境干扰的生态适应性，从而制定相应措施，使绿色植物达到良好培育和合理配置，更好地发挥对环境的保护和改善作用。

植物叶绿素含量的测定，大致可分为分光光度计法和活体叶绿素计法两大类，其中应用最广泛的是分光光度计法，例如，李永杰等[2]、肖和忠等[3]分别用分光光度计法研究了不同植物的叶绿素含量；但分光光度计法破坏性强，耗时久，尤其是在生理生态学研究中，样品的需求数量往往较大。手持便携式叶绿素计SP，A，D(Soil and Plant Analyzer Development)通过叶绿素相对含量来定量描述叶片的绿色度，无需破坏植物叶片，并可进行连续追踪测量[4]。研究表明，SP，A，D与叶绿素含量有显著的相关性[5-7]，近年来，SP，A，D-502叶绿素仪逐步被科研工作者所采用。目前，SP，A，D-502叶绿素仪已成功应用于水稻[8]、冬小麦[9]、马铃薯以及蔬菜[10]等农作物方面；还有研究利用SP，A，D值诊断水稻的氮素营养水平[11]、诊断水稻追氮法[12]、决定棉铃开放之前对氮的需求、控制氮肥施用量和菠菜的最佳收获时机等[13]。而有关叶绿素仪SP，A，D-502在园林绿化方面的应用不多，且研究主要进行叶片单点的测定，而未考虑叶片的空间特性。

文中以北方常见绿化树种丁香(SyringaLinn.)为研究对象，利用SP，A，D-502叶绿素仪测定其叶片的SP，A，D值，借助于Photoshop软件，研究叶绿素含量与颜色模型参数的相关性；借助MapGIS软件，对比分析不同时期、不同状态下的丁香叶片叶绿素空间分布特征，从而为更好地了解丁香的生理生态特性、合理配置植物提供依据。

1　研究区概况

呼和浩特属于大陆性干旱气候，四季分明，特点为冬季漫长而严寒，夏季短暂而炎热，春秋两季气候变化剧烈。年平均气温6.5 ℃，年平均降水量400 mm左右，年平均蒸发量1 766.1 mm，平均空气相对湿度55%。太阳辐射能源丰富，日照时间2 800～3 100 h。全年主风向是西北风，平均风速5.4 m·s-1。

研究区选定在内蒙古农业大学校园内(呼和浩特市)，环境条件较好，植物种类较多。文中的叶绿素SP，A，D值测定以呼和浩特市市花——丁香为对象。丁香在校园里较常见，有代表性，且高度适宜测量。

2　材料与方法

试验测定分别于2014年10月中旬(一期)和2015年5月上旬(二期)进行。一期试验主要选取处于不同落叶状态的丁香叶片，二期试验分别在丁香阴阳两个方向、上中下3个不同高度上选取叶片；然后根据每片叶片的状态，从叶片的叶尖、叶中和叶基部选取至少6个点位进行SP，A，D值测定。测定时，各状态叶片重复采样2～3次，取平均值。

首先，利用Photoshop CS2软件提取叶片颜色模型参数(红(R)、绿(G)、蓝(B)、色调(H)、饱和度(S)、明度(V))；然后，利用MAPGIS6.7软件中的距离幂函数反比加权网格化方法对叶片SP，A，D值进行空间插值；最后，数据的统计分析在SPSS16.0软件中完成。

3　结果与分析

3.1生长期丁香叶片叶绿素SP，A，D值颜色特征

文中将采集的生长期总叶片的SP，A，D值、阳面与阴面叶片的SP，A，D值分别与RGB、HSV两种颜色模型各特征参数值进行了相关分析(表1、表2)。

由表1可知，在RGB颜色模型中，无论是总体叶片，还是阴阳面叶片，其叶绿素SP，A，D值与参数B的相关性均不显著；而叶绿素SP，A，D值与参数R、G均呈极显著负相关。在HSV颜色模型中，无论是总体叶片，还是阴阳面叶片，其叶绿素SP，A，D值与参数S的相关性均不显著；而叶绿素SP，A，D值与参数H均呈极显著正相关；叶绿素SP，A，D值与参数V均呈极显著负相关。因此，利用颜色特征参数R、G和H、V均可建立统计学上可靠的叶绿素SP，A，D值估算模型。

表1　叶绿素SP，A，D值与颜色模型参数R、G、B、H、S、V相关性

注：** 表示在0.01水平(双侧)显著相关。

3.2生长期丁香叶片叶绿素SP，A，D值空间分布特征

表2为二期试验测定的SP，A，D值的统计数据。图1、图2为二期SP，A，D值的空间分布图。由表2可知，本次试验采集的叶片中，中层和下层叶片的SP，A，D值较为接近，且高于上层叶片；各叶片SP，A，D值的标准差均较小，表明各叶片表面的SP，A，D值分布差异不大。

表2　生长期丁香叶片叶绿素SP，A，D测定统计值

阳面丁香叶片叶绿素SP，A，D值水平分布特征：图1分别为2015年5月份采集的丁香阳面3个不同高度的叶片SP，A，D值空间插值结果图。由图1可知，同一叶片不同部位的叶绿素SP，A，D值存在明显差异，图1a、图1c叶片叶绿素SP，A，D值水平分布呈现由叶基向叶尖逐渐下降的趋势，由大到小的顺序为叶基、叶中、叶尖，所得结果与张日清等[14]的研究结果基本一致。此种分布差异可能是由植物叶肉组织成熟程度的差异造成的，由于叶片生长所需的水分和养分主要由叶基通过主脉向叶片各部位输送，因此，各部位距离叶柄的远近决定了各自所获取水分和养分的多少，进而造成植物叶肉组织成熟程度的差异[15]。而图1b叶片和其余两个叶片的分布规律略有不同，其叶基部左侧叶绿素含量相对较低，可能是由叶片遮挡导致的受光不均造成的，反映了植物在生长过程中对光环境(阴生环境)的一种适应策略[16]，但具体的原因还需进一步深入探讨。

a、b、c分别为阳面上、中、下层叶片，其叶面积分别为1 716.84、2 189.08、2 348.03 mm2。

阴面丁香叶片叶绿素SP，A，D值水平分布特征：图2分别为2015年5月份采集的丁香阴面3个不同高度的叶片SP，A，D值空间插值结果图。可能由于光照、水分等条件的差异，阴面叶片SP，A，D值的空间分布与阳面叶片不同，图2a、图2c叶片SP，A，D值均表现出叶尖较高的特征。一般来说，上部叶片较嫩，中部次之，下部较老，且植物的营养元素通常由成熟叶片部分向幼嫩叶片部分转运，成熟部分的叶绿素含量应多于幼嫩部分，根据此理论，下部叶片中叶绿素含量应最高，图2c叶片SP，A，D值较图2a、图2b叶片的高，符合此规律。

a、b、c分别为阴面上、中、下层叶片，其叶面积分别为1 402.32、1 948.41、1 485.77 mm2。

3.3落叶期丁香叶片叶绿素SP，A，D值空间分布特征

表3为一期试验(落叶期)测定的SP，A，D值的统计数据。由表3可知，选取的3片叶片的SP，A，D值存在明显的差异，表明叶片处于不同的枯萎状态；各叶片SP，A，D值的标准差较生长期叶片大，表明各叶片表面的SP，A，D值分布差异明显，各部位枯萎程度不同。图3为落叶期丁香叶片叶绿素SP，A，D值的水平分布情况，秋季到来，阳光依然较强烈，而温度在不断降低，叶片经过一定时期的生理活动后细胞内大量的代谢产物，如矿物质积累，引起生理功能衰退而死亡，叶绿素遭到破坏，所以SP，A，D值出现明显下降。由图3可知，同样处于低温状态，叶尖部位叶绿素SP，A，D值较低、下降较为明显，而叶基部位相对来说下降幅度较小。

表3　落叶期丁香叶片叶绿素SP，A，D测定统计值

a、b、c分别为落叶期处于不同枯萎状态的丁香叶片，其叶面积分别为5 718.12、3 382.71、4 684.95 mm2。

4　结论与讨论

叶片的颜色是反映植物生理功能和生长状态的重要特征[17]。叶绿素是植物吸收光能进行光合作用的重要物质基础，可反映植物的光合能力、发育阶段、生长状况、生理代谢水平和营养条件。文中以丁香为研究对象，在选定合适丁香植株叶片后，采集和测定叶片不同部位叶绿素SP，A，D值，利用Photoshop软件和MAPGIS软件，分析了丁香叶片SP，A，D值的颜色特征和空间分布特征。

运用颜色模型特征参数对丁香叶片叶绿素SP，A，D值估测是完全可行的。植物叶片的绿色状况与叶片的叶绿素含量相关，叶片的绿色是通过光合作用产生的，因此，叶绿素含量与可见光的吸收和反射状况有关[18]。在农作物方面，很多学者已经取得了一些成果，如苗腾等[17]、费丽君等[18]分别研究了萝卜、大豆叶片叶绿素含量的颜色特征。本研究表明，RGB颜色模型中，生长期丁香叶片的SP，A，D值与参数R、G均呈极显著负相关，这与苗腾等[17]的研究结果相一致；HSV颜色模型中，SP，A，D值与参数H呈极显著正相关，与参数V呈极显著负相关。因此，参数R、G和H、V均可作为丁香叶绿素SP，A，D值估算的主要颜色特征参数，可用于建立统计学上可靠的叶绿素SP，A，D值估算模型。

光合作用是一个较为复杂的过程，不同光环境下生长的叶片，其生理机制也会发生一定的改变[19]。对比不同时期、不同方位丁香叶片的叶绿素SP，A，D值发现，其差异较明显，可能与光照、营养元素等因素有关。对于不同高度的丁香叶片，上层叶片的遮挡容易造成光环境的差异。SP，A，D值由大到小的顺序为中层叶片、下层叶片、上层叶片。下层叶片高于上层叶片原因可能是由于植物的氮素营养是从成熟叶片向幼嫩叶片转运，叶绿素含量成熟叶多于幼嫩叶，使叶片叶色随之发生相应变化而导致SP，A，D数值的不同[20]；但是中层叶片却高于下层叶片的SP，A，D值，这可能是由于叶片相互遮阴造成了光质的改变，从而造成叶绿素含量的差异。对于同一高度、不同方向的丁香叶片，接受阳光的时间和角度不同造成光环境差异，可能是由于强光诱导，使得光反应中心的数量增加，阳面叶片的SP，A，D值普遍高于阴面叶片，这与董大川[19]对毛竹的研究结果相一致，表明植物长期在不同生态条件下受光照强度和光质诱导而产生对其吸收光的适应；对于不同时期的丁香叶片，落叶期的叶片由于受低温影响，其SP，A，D值明显低于生长期的叶片。

MAPGIS软件可用于叶片水平的空间分布研究。通过空间插值获取的单叶片SP，A，D值的水平分布图显示，生长期同一叶片不同部位的叶绿素含量有明显差异，阳面叶片总体呈现的规律由大到小的顺序为叶基、叶中、叶尖，符合营养元素由叶基部向叶尖部输送的规律[20]；由于光照、水分等条件的差异，阴面叶片SP，A，D值的空间分布与阳面叶片不同。因此，为避免误差的产生，对于整个叶片SP，A，D值的获取，不能仅仅测定一点，而应在叶脉两侧从叶基至叶尖进行多次随机取点测定，然后求取平均值；对于面积较大的叶片，测定数量应适当增加。落叶期丁香叶片SP，A，D值出现明显的下降，部位不同，下降的情况不同，其中叶尖部位下降较为明显。

综上所述，利用叶片叶绿素SP，A，D值的颜色特征和空间变化规律可辅助诊断叶片的健康营养状况，此研究可为更好的了解植物的生理特性、合理的配置植物提供一定的方法借鉴和数据支持。但是，由于受到叶片采集数量的限制，以及SP，A，D值测定过程中误差的影响，研究所得数据的准确性受到一定影响；同时，由于叶片叶绿素的影响因素较复杂，有待更深入地探讨。

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Color Features and Spatial Distribution Characteristics of Clove Leaf ChlorophyllSP，A，DValues//

Wang Bing, Hua Jiawen, An Huijun, Hai Han, Li Yaxiang, Zhao Gang

(Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(1)：67-71.

Chlorophyll;SP，A，Dvalue; Color features; Spatial distribution

王冰，女，1981年2月生，内蒙古农业大学林学院，副教授。E-mail：wbingbing2008@126.com。

安慧君，内蒙古农业大学林学院，教授。E-mail：dean6928@126.com。

2015年6月30日。

S685.26；Q945.79

1)内蒙古自然科学基金项目(20080404Zd10；2010MS0601；2015MS0341)、内蒙古农业大学大学生科技创新基金项目、内蒙古农业大学创新团队基金资助项目(NDPYTD2013-4)。

责任编辑：任俐。