叶片式植物进行光合作用最主要的器官，也是地球上生物进行生存的最主要的能量来源，因此叶片的大小直接影响了植物光合作用的进行，也对我们的经济产生一定的效益影响。我们在对植物的叶面积进行检测的时候，都是需要借助植物叶面积仪来完成的，这样速度快并且准确率高。对指导作物合理密植、群体结构调整、变量施肥和精确喷灌以获得高产具有重要意义;对病虫灾情的准确估计和采取合理的保护措施有着重要的参考价值。多年来,人们对叶面积的测量做了大量的实验研究,测定叶面积的方法多种多样,但或多或少都有一定的缺点。

其中,方格法操作过程既费时又费工,对于形状不规则的叶片测量精度大大降低;打孔称重法(或直接称重法)受叶片厚度、叶龄及叶片含水量的影响很大,因而误差太大;称纸重法受取纸叶样和纸张质地均匀度的影响,也会产生一定的误差;抛物线拟合法或辛普松公式法不适合叶缘为不规则曲线的叶片;系数法和回归方程法操作简单,可活体测量,但事先需测量大量叶片,得出校正系数或最佳回归模型,对单个叶片误差较大,特定系数或模型只能适用于特定的种类、品种和植株,且不适应于叶形变化大且无规律的种类品种;求积仪法比较准确,可用此作为其它方法检测的标准,但需离体测量,操作方法繁琐、速度慢,且叶子的长宽比越大,误差就越大,周长越大,误差也越大。

随着计算机图像处理技术水平的提高,图像处理技术被广泛应用到农业工程领域,具有操作实时、结果准确的特点,可节省大量的人力、物力和时间。鉴于传统叶面积检测法的缺点和计算机图像处理技术的优点,研究人员开始探索用图像处理技术来检测叶面积的方法。与叶面积测定仪测定结果相比较,检验叶面积仪测定叶面积的可行性,并试图寻找一种简便、快速、准确计算叶面积的方法,按比叶面积进行聚类分析,为植物生理生态研究提供服务。

试验选择完整的、大小各异的鹅掌柴、仙客来、三角梅、非洲茉莉、桂花和绿萝叶片各30片,并将叶片按顺序编号带回实验室。测量叶的长、宽、鲜重和干重,分别采用叶面积仪测定叶片的叶面积,扫描仪扫描叶片得到叶片图像,采用图像处理技术测量叶面积,分别计算比叶面积、叶面积指数、叶形指数,并对叶面积仪和扫描仪测定结果进行分析比较,验证活体叶面积仪在观赏植物应用上的可靠性。聚类分析主要是基于距离的聚类,聚类的目的是给出数据的最优划分。

聚类结果体现了数据的分布特征,利用聚类的方法分析未知的数据,能够从中发现有意义的模式。由于聚类是一个非监督的过程,在许多实际应用中要求对聚类的结果进行验证,否则用户无法知道发现的知识是否有意义。因此,比叶面积聚类分析结果可以反映植物的需光情况,即仙客来和三角梅喜阳光充足,桂花喜光,但有一定的耐阴能力,鹅掌柴、非洲茉莉和绿萝喜半阴。由于比叶面积往往与植物的生长和生存对策有紧密的联系,能反映植物对不同生境的适应特征,使其成为植物比较生态学研究中的首选指标。中国粮油仪器网  http://www.grainyq.com/