木薯莖葉生物量與形態(tài)學(xué)的關(guān)系

木薯莖葉生物量與形態(tài)學(xué)的關(guān)系

收獲的生物量是由光合作用和呼吸作用的最終產(chǎn)物。它不僅直接組成和影響植物的產(chǎn)量，還由材料合成和分解等生化反應(yīng)及其遺傳特征的指示指標(biāo)組成。調(diào)查作物的生物量及其動態(tài)變化對于研究干物質(zhì)積累分配、產(chǎn)量形成、光合特性與呼吸特性等具有重要意義。由于多數(shù)作物株體小、單位面積個(gè)體數(shù)量大、生產(chǎn)周期短,其生物量多采用刈割法實(shí)測。木薯植株較大,單位面積個(gè)體數(shù)量少,在實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)調(diào)查中很難滿足保證調(diào)查精度所必需的樣本數(shù)量,所以建立非破壞性的生物量估測方法非常必要。應(yīng)用異速生長關(guān)系[1～3]間接估測作物的生物量具有非破壞性、節(jié)省勞動力和提高效率等優(yōu)點(diǎn),已在森林[4～8]、苗木[9～10]和竹[11～15]等方面得到了廣泛應(yīng)用,但迄今在木薯生物量的估測中尚未見報(bào)道。筆者調(diào)查木薯莖葉生物量與莖粗、株高、葉柄長等形態(tài)學(xué)指標(biāo),探討莖葉生物量和與相關(guān)形態(tài)學(xué)指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系,構(gòu)建估測木薯莖葉生物量的數(shù)學(xué)模型,旨在為木薯莖葉生物量的估算提供簡便、快捷、準(zhǔn)確的非破壞性方法。1材料和方法1.1采樣密度和施純量構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的樣本來源于2007年海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院(儋州校區(qū))教學(xué)基地。品種為華南8號,每株保留2個(gè)主莖的常規(guī)栽培。選擇每株2個(gè)主莖且株型完整的植株作為采樣對象,在木薯塊根形成期至塊根成熟期每間隔40d采樣1次,共進(jìn)行6次采樣,分別采取種植密度為9000,15000,21000株/hm2和施純氮為105,180kg/hm2等不同栽培條件下的樣本。每次采樣數(shù)量以及不同種植密度之間、不同施氮水平之間的采樣數(shù)量相同,共獲得數(shù)據(jù)完整的樣本490個(gè)。1.2莖葉生物量調(diào)查以主莖為單位測量上部莖粗、中部莖粗、下部莖粗、株高和葉柄長。上部莖粗為從上往下第3片完全展開葉的下部節(jié)間直徑,中部莖粗為生長點(diǎn)至主莖基部中間部位的節(jié)間直徑,下部莖粗為主莖基部以上5cm處的節(jié)間直徑,均用游標(biāo)卡尺測量;株高為植株基部至生長點(diǎn)的距離,用鋼卷尺測量;葉柄長為從上至下第6片完全展開葉的葉柄長度,用鋼卷尺測量。將調(diào)查形態(tài)學(xué)指標(biāo)后的莖葉樣品,置入80℃干燥箱內(nèi)通風(fēng)干燥72h至恒重,稱量各主莖的干物質(zhì)重量,即莖葉生物量。另外,模型檢驗(yàn)用樣本于2008年取自海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院(儋州校區(qū))教學(xué)基地,品種為華南8號,采樣方法和測定項(xiàng)目與構(gòu)建模型的樣本相同。1.3處理數(shù)據(jù)采用“SASJMP5.1.X”軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模型擬合。2結(jié)果與分析2.1莖粗、下莖粗、株高與莖葉生物量的相關(guān)性采用多種曲線方程對上部莖粗、中部莖粗、下部莖粗、株高、葉柄長與莖葉生物量的關(guān)系進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,以中部莖粗、下部莖粗、株高與莖葉生物量之間的相關(guān)性最為顯著,且均可以用方程式:y=αxβ擬合。式中y表示莖葉生物量,x表示下部莖粗或株高,α和β為參數(shù)。擬合效果見圖1。相關(guān)系數(shù)(R)最大是下部莖粗,為0.9562;其次是中部莖粗,為0.9456;株高最小,為0.7038。上部莖粗、葉柄長與莖葉生物量之間無顯著相關(guān)性。2.2施氮水平對莖葉生物量的影響由于中部莖粗和下部莖粗的相關(guān)關(guān)系極其顯著,并且下部莖粗對莖葉生物量的影響大于中部莖粗(圖1)。因此,重點(diǎn)探討了下部莖粗、株高與莖葉生物量的關(guān)系。為了查明種植密度和施氮水平對莖葉生物量與莖粗、株高之間的關(guān)系是否存在顯著影響,設(shè)3個(gè)種植密度和2個(gè)施氮水平進(jìn)行了擬合(見表1)。從表1中各配合方程的斜率可以看出,在莖粗與莖葉生物量的關(guān)系中,不同種植密度和施氮水平對莖葉生物量的影響均無顯著差異,但在株高與莖葉生物量的關(guān)系中情況則略有不同。雖然施肥水平對他們之間的關(guān)系沒有顯著影響,但不同種植密度間的直線斜率存在顯著差異。該結(jié)果表明,如果用莖粗估測莖葉生物量時(shí),可不考慮種植密度和土壤的肥力狀況;當(dāng)用株高估測時(shí),則會因種植密度的不同而有所差異。2.3莖葉生物量與生物量的關(guān)系將莖粗、株高進(jìn)行分級處理,然后按乘冪函數(shù)式分別擬合其與莖葉生物量的關(guān)系(見圖2)。從圖2可見,莖葉生物量分別隨莖粗和株高的增加而增加,且對莖葉生物量的影響隨株高和莖粗的增加而增加。2.4莖葉生物量模型莖粗、株高對莖葉生物量的影響存在交互作用,為提高估測精度,特將莖葉生物量與莖粗、莖葉生物量與株高的2個(gè)乘冪函數(shù)關(guān)系式統(tǒng)合,擇優(yōu)得出關(guān)系式:W=0.03283d2.486h0.1824。式中W表示莖葉生物量(g);d表示下部莖粗(mm);h表示株高(cm)。經(jīng)檢驗(yàn)其均方根誤差RMSE為70.30,相關(guān)系數(shù)R為0.9579(圖3),擬合優(yōu)度很高。為了驗(yàn)證本模型的準(zhǔn)確性,于2008年在海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院(儋州校區(qū))教學(xué)基地上測得一組新的數(shù)據(jù),并將其代入W=0.03283d2.486h0.1824式中,推算出莖葉生物量的理論值,將理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較,結(jié)果見表2。從表2可,其相對誤差為4.46%,完全達(dá)到所需精度要求。3生物量估測方程及方法所調(diào)查的木薯形態(tài)學(xué)指標(biāo)中,對莖葉生物量影響的大小依次為:莖粗>株高>葉炳長,而不同部位莖粗對莖葉生物量的影響大小依次為:下部莖粗>中部莖粗>上部莖粗。這說明莖粗是影響莖葉生物量的主要因素,這一結(jié)果與喬木、灌木和竹類等木本植物的研究相同[4～15]。但多數(shù)研究表明:喬木、灌木和竹類等木本植物的生物量與莖粗多為乘冪函數(shù)關(guān)系,與株高多為線性或平方關(guān)系;莖粗、株高與生物量的復(fù)合關(guān)系多表現(xiàn)為莖粗單因素函數(shù)式,或莖粗函數(shù)式與株高函數(shù)式和的方程。而本研究結(jié)果表明,木薯的莖粗、株高與莖葉生物量的關(guān)系均以乘冪函數(shù)式擬合度最好,并且莖葉生物量模型為兩個(gè)冪函數(shù)式乘積的方程。種植密度和氮肥施用量是影響作物生物產(chǎn)量、生長速度和株型的主要栽培措施。筆者分析了不同種植密度、施氮水平下的植株莖粗、株高對莖葉生物量的影響。除種植密度顯著影響莖葉生物量與株高的關(guān)系外,其它均無顯著影響。因此,認(rèn)為在本實(shí)驗(yàn)調(diào)查條件下,種植密度和施氮水平對木薯莖粗、株高與莖葉生物量的關(guān)系無顯著影響。由于通過莖粗和株高估測木薯莖葉生物量具有非破壞性,因此,可以克服刈割實(shí)測受樣本數(shù)量限制的矛盾,提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度,減少動態(tài)調(diào)查時(shí)的取樣誤差,另外,還具有調(diào)查快捷、簡便,工作量少的特點(diǎn)。木薯莖葉生物量的估測模型是在同一品種同一環(huán)境的實(shí)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建的,在此范圍內(nèi)進(jìn)行生物量估算,效果會精確,若超出范圍進(jìn)行估算