Как найти площадь листа растения

Определение площади листовой поверхности растений методом Монте-Карло

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Введение

Актуальность: Листья являются одним из основных органов растения и отвечают за его продуктивность и, в более широком масштабе, продуктивность всей экосистемы. Поэтому важно понимать, что такое площадь листьев и уметь ее определять.

Площадь листа – важный показатель фотосинтетической способности растений. Знания об изменении формы листьев на индивидуальном уровне или уровне популяции может помочь при точном расчете площади листьев. Такие расчеты нужны для понимания развития жизненного цикла растений, и они позволяют понять влияние изменения климата на среднюю площадь листьев, на размер листьев, которые тесно связаны с урожайностью растений и эффективностью экосистем. Поэтому определение площади листовой поверхности деревьев различными методами являются актуальной проблемой.

Цель исследования – обосновать применение метода Монте-Карло при расчете площади листовой поверхности различных растений.

Объект исследования – листовая поверхность растений.

Предмет исследования – площадь листовой поверхности растений.

Задачи исследования:

– изучить методы расчета площади листьев;

– определить площадь листовой поверхности площади различных типов деревьев с помощью метода Монте-Карло.

Научная новизна заключается в разработке алгоритма определения площади листовой поверхности на основе метода Монте-Карло и разработке программного калькулятора для расчета площади.

Методы исследования: литературный обзор, наблюдение, эксперимент, анализ, синтез, вероятностный метод Монте-Карло.

Гипотеза – можно определить площадь листовой поверхности растений, применяя теорию вероятности и программное обеспечение.

Теоретические основы расчета площади листовой поверхности растений

Существует несколько методов расчета площади листьев растений. К ним относятся:

– планиметрический метод;

– весовой метод;

– метод промеров;

– метод высечек;

– определение площади листа по линейным размерам;

– определение площади листа по линейным размерам посредством уравнений регрессии.

Планиметрический метод распространен больше всего. Суть этого метода заключается в том, что прототип листа переносят на бумагу и обводят прибором планиметром, обеспечивающим отсчет площади листа [1].

Весовой метод также часто используется при определении площади листьев. При использовании этого метода площадь листа определяется по его контуру, переводя его на кальку, вырезая и затем взвешивая [2]. После, зная массу квадратного дециметра кальки, по пропорции рассчитывают площадь исследуемого листа.

Для проведения измерений методом высечек отбирают среднюю пробу – 10 – 15 растений (N), быстро срезают листья и определяют их сырую массу (Мл).

Применяя метод промеров, из каждой пробы методом случайной выборки выбирают по 10 зеленых листьев, взвешивают их и определяют площадь методом линейных измерений по длине и наибольшей ширине [3]. Площадь измеренных листьев (S) рассчитывают по формуле:

, (1)

где n – число измеренных листьев;

Д – длина листа;

Используя метод высечек, листья складывают стопками и делают сверлом высечки определенного диаметра, по 5 – 10 штук с одного листа [4]. Высечки берут так, чтобы в пробу попали и пластинки листа, и центральные жилки. Определяют массу всех сырых высечек. Площадь листьев с одного растения определяют по формуле:

, (2)

где S – площадь листьев одного растения, м²;

М_Л – листьев в пробе, г;

М_В – масса высечек, г;

α – количество высечек, шт.;

N – количество растений в пробе, шт.;

Д – диаметр сверла, см;

π – математическая константа ≈ 3,14.

В основе метода определения площади листа по линейным размерам лежит соответствие между формой исследуемого листа и простейшей геометрической фигурой, которую лист описывает [5]. Все формы, которым может соответствовать лист можно представить в виде круга, эллипса, треугольника и прямоугольника. Для определения площадей этих фигур известны формулы, которые представлены на рисунке 1.

Д – длина; Ш – ширина

Рисунок 1 – Фигуры и формулы для оправления площади листов

Еще одним методом определения площади листа является метод расчета по линейным размерам на основании уравнения регрессии. Регрессионные модели, описывающие зависимость площади листа от его длины и ширины показаны на рисунке 2.

Y – площадь, L – длина, W – ширина

Рисунок 2 – Регрессионные модели, описывающие зависимость площади листа от его длины и ширины

Преимущества и недостатки методов определения площади листовой поверхности приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Преимущества и недостатки методов определения площади

Наименование метода	Преимущества	Недостатки
Планиметрический метод	Метод достаточно точен	Необходимое оборудование (планиметр) для измерений этим методом часто недоступно
Весовой метод	Метод прост и достаточно точен	Метод малопроизводителен
Метод промеров	Несложные вычисления	Метод подходит только в основном для зерновых и других культур с линейной формой листьев
Метод высечек	Относительно невысокая точность.	Метод является несовершенным, так как жилки листа, попадающие в высечки, значительно увеличивают их массу. Также, масса высечек, взятых в разных местах листа, будет неодинаковой из-за различной их толщины у основания и верхушки. Увядание листьев также вызывает погрешности в измерениях.

Окончание таблицы 1

Наименование метода	Преимущества	Недостатки
Определение площади листа по линейным размерам	Не требует сложной вычислительной техники, им легко пользоваться в полевых условиях.	Приблизительный метод без учета волнистой формы листьев
Определение площади листа по линейным размерам посредством уравнений регрессии	Точность расчета площади	Сложность и громоздкость расчетов

Исходя из приведенного анализа методов определения площади листовой поверхности растений было установлено, что все методы обладают преимуществами или недостатками и необходимо найти метод, при котором можно было рассчитать площадь просто и с достаточной точностью.

2 Расчет листовой поверхности растений методом Монте-Карло

В данной работе были проведены расчёты площади листовой поверхности растений таких как: клен, яблоня, вяз, акация.

При расчетах был использован метод Монте-Карло. Метод Монте-Карло представляет собой широкий класс вычислительных алгоритмов, которые полагаются на повторную случайную выборку для получения численных результатов. Основная концепция заключается в использовании случайности для решения задач, которые в принципе могут быть детерминированными. Этот метод часто используются в математических и физических задачах, а также полезен, когда использование других подходов затруднено или невозможно.

Методы Монте-Карло в основном используются в трех классах задач: оптимизация, численное интегрирование и создание результатов на основе распределения вероятностей.

Для определения площади методом Монте-Карло был состав алгоритм, который представлен на рисунке 2.

Отсканировать лист растений, накрыв листом формата А4

Определить количество общее количество пикселей отсканированного изображения и количество пикселей белой зоны

Определить количество пикселей, приходящихся на изображение листа

Определить площадь листовой поверхности: S_л≈(S_п∙m)/(Ш∙В)

Рисунок 2 – Определения площади методом Монте-Карло

Согласно этому алгоритму на первом этапе необходимо отсканировать поверхность листов, накрыв ее белым листом в сканере (рисунок 3).

а) б)

в) г)

а) клен; б) яблоня; в) вяз; г) акация

Рисунок 3 – Листовые поверхности изучаемых объектов

Затем, используя программу Photoshop было определено общее количество пикселей белого цвета и цвета листа, а также количество пикселей, приходящихся на белую зону. Зная эти числа нетрудно было определить количество писклей, приходящихся на зону листа (таблица 2).

Таблица 2 – Количество пикселей различных зон

Наименование растения	Общее количество пикселей	Количество пикселей белой зона	Количество пикселей листа
клен	129332	103971	25361
яблоня	140410	132236	8174
вяз	168540	142554	25986
акация	137934	130354	7580

Изображение поясняющие множество и подмножество точек согласно теории вероятности показано на рисунке 4.

А – подмножество точек А всего изображения; В – подмножество точек в области В

Рисунок 4 – Множество и подмножество точек согласно теории вероятности

Общая формула теории вероятности выглядит следующим образом:

, (3)

где n – числоточек из подмножества В;

N – число всех точек на изображение.

Для частного случая определения площади листовой поверхности растений методом Монте-Карла формула принимает следующий вид:

, (5)

где S_л – площадь листа, мм²;

S_п – площадь прямоугольника, мм²;

m – число пикселей фигуры;

Ш – ширина в пикселях;

В– высота в пикселях.

Ширина в пикселях и высота в пикселях определяется в свойствах файла (рисунок 5).

Рисунок 5 – Пример определения ширины и высоты пикселей

Подставив значения из таблицы 2 в формулу 5, получим площадь листовой поверхности для 4 рассматриваемых образцов.

Клен:

Яблоня:

Вяз:

Акация:

Для определения адекватности расчетов площади методом листовой поверхности Монте-Карло был проведен расчет площади методом (таблица 3).

Таблица 3 – Сравнение результатов

Растение	Площадь листа по методу Монте-Карло	Площадь листа по методу промеров	Относительное расхождение
Клен	191,15 мм2	187 мм2	2,1%
Яблоня	616,95 мм2	612 мм2	0,9%
Вяз	602,25 мм2	598 мм2	0,7%
Акация	214,81 мм2	211 мм2	1,5%

Относительное расхождение в результатах определения площади двумя методами в пределах 2%. Это говорит о хорошей сходимости результатов и показывает, что метод Монте-Карло определяет площадь листовой поверхности растений точнее.

Для того, чтобы упростить расчеты, была создана программа расчета в оболочке Pascal по определению площади листовой поверхности методом Монте-Карло. Код программы представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Расчет площади листовой поверхности в Pascal

Выводы: Применяя метод Монте-Карло и программное обеспечение можно быстро и точно определить площадь листовой поверхности растений без применения дорогостоящего оборудования, следовательно гипотеза исследования подтверждена.

Список использованной литературы

Николенко В. В., Котов С. Ф. Метод определения площади листовой поверхности декоративных сортов земляники //Экосистемы, их оптимизация и охрана, Вып. 2, 2010. – С. 99 -105.

2. Дорофеева М.М., Бонецкая С.А. Сравнительный анализ некоторых классических и современных методик определения площади листовой поверхности //Растительные ресурсы, №2, 2020. – С.182-192

3. Мустафина В.В. Способ оценки площади листовой поверхности плодового дерева //Сельское и лесное хозяйство, №1, 2010. – С. 122 – 127.

4. Уткин А.И. Площадь поверхности лесных растений: сущность, параметры, использование. – М.: Наука, 2008. – 292 с.

5. Дмитриев Н.Н., Хуснидинов Ш.К. Методика ускоренного определения площади листовой поверхности сельскохозяйственных культур с помощью компьютерной технологии // Вестник КрасГАУ, №7, 2016. – C. 88 – 93.

6. Киселева Н.С. Способ вычисления площади листа груши по линейным измерениям с помощью расчетных коэффициентов и методов вариационной статистики //Сельскохозяйственная биология, 2017, том 52, №1. – С. 211-217.

Просмотров работы: 1400

Цель
занятия: Определить
площадь листьев.

Материалы
и оборудование:
растения пшеницы, ячменя, гороха, салата;
весы; обычная и светочувствительная
бумага; линейка; сверла; ножницы;
стеклянные пластинки; эксикатор с
аммиаком; электрические лампы на 300
ватт.

Вводные пояснения

При
изучении интенсивности фотосинтеза,
дыхания, транспирации чаще всего,
получаемые величины рассчитывают на
единицу листовой поверхности, поэтому
возникает необходимость ее измерения.

Листовой
индекс – это отношение общей площади
листьев растения к площади посева. В
зависимости от культуры и условий
произрастания его показатель обычно
варьирует от одного до семи и выше, по
нему можно судить о степени обеспеченности
посева водой и элементами минерального
питания. Установлено, что у большинства
сельскохозяйственных растений оптимальный
листовой индекс составляет 4-5 м²
на м².

Для
характеристики фотосинтетической
работы посева предложен специальный
показатель – фотосинтетический
потенциал. Его находят, суммируя площади
листьев (м² на 1 га посева за каждые сутки
вегетационного периода или определенной
его части). Для хороших посевов
фотосинтетический потенциал за вегетацию
составляет на 1 га 2,2-3 млн. м² (га сут.),
средних – 1,0-1,5 млн и плохих – 0,5-0,7 млн.
м² (га 1 сут.) Данный показатель хорошо
коррелирует с показателем урожайности.
Например, фотосинтетический потенциал
около 3 млн м² (га 1 сут.) Может обеспечить
получение 4-6 т/га корне- и клубнеплодов.

Ход работы

Срезать
листья заранее выращенных растений
пшеницы, ячменя, гороха, салата.

Задание
1. Определить
площадь листьев методом отпечатков.

Лист
растения наложить на однородную бумагу
и обвести контур остро заточенным
карандашом. Отпечаток листа можно
получить и при помощи светочувствительной
бумаги. Для этого лист накладывают на
светочувствительную бумагу, прижимают
к ней стеклянной пластинкой и выставляют
на солнечный свет или освещают яркой
электрической лампой в течение 3-5 мин.
Затем контур отпечатка обводят карандашом.
Иногда светочувствительную бумагу с
отпечатком листьев помещают на 1-2 мин.
в эксикатор, на дно которого предварительно
наливают раствор аммиака. Под влиянием
его паров получают четкие контуры
листовых пластинок. Проявленные отпечатки
листа можно хранить очень долго.

Получив
тем или иным способом отпечаток листа,
определить его площадь. Если бумага по
толщине равномерная, используют весовой
метод, для чего вырезают его по контуру
листовой пластинки и взвешивают на
весах. Одновременно из такой же бумаги
нужно вырезать квадрат, например площадью
100 см² (10/10см.), и так же определить его
массу. Площадь исследуемого листа
находят по формуле:

S=a•c/б, (3)

где:
а
– масса контура листа, мг;

б
– масса квадрата бумаги, мг;

с
– площадь квадрата бумаги, см².

Описанный
метод широко применяют, он прост и
достаточно точен, но малопроизводителен.
Кроме того, его практически нельзя
использовать при исследовании
гофрированных и сложных листьев.

Задание
2 Определить
площадь листьев методом высечек.

Это
наиболее доступный и продуктивный
метод, особенно ценный в полевых
исследованиях. Для начала необходимо
отобрать среднюю пробу растений, срезать
листья и определить их массу. Затем из
каждого листа выбрать сверлом определенного
диметра несколько высечек, объединить
вместе и установить их массу. Диаметр
сверла выбирают в зависимости от размеров
листовой пластинки и ее поверхности,
плотности. Недостаток метода является
относительно невысокая точность. Площадь
листьев рассчитывают по формуле:

S=a•c/б,
(4)

где:
а –
общая масса сырых листьев, г;

б
–общая масса
сырых высечек, г;

с
– общая площадь высечек, см².

Задание
3. Определить
площадь листьев по их параметрам.

Метод
основан на сопоставлении фигуры листа
с некоторой простой геометрической
фигурой, достаточно хорошо совпадающей
с конфигурацией листа.

Лист
вписывают в соответствующую фигуру
так, чтобы основные параметры их были
общими. Так, листья злаков легко
вписываются в вытянутый прямоугольник.
Измеряя ширину (а)
и длину (б)
такого прямоугольника, находят его
площадь (S),
которая равна S
= а•б.

Однако
листовая пластинка не занимает всю
площадь прямоугольника, и действительная
площадь листа (Sл),
определенная, похожим, методом отпечатков,
будет меньше площади фигуры (S).
Поэтому устанавливают поправочный
коэффициент (К),
равный их отношению. Отсюда фактическая
площадь листа злака будет равна:

Sл
= S•К, (5)

где:
Sл
– площадь листа, см²;

S
– площадь
вписываемой фигуры, см²;

К
– поправочный
коэффициент.

Аналогично
находят поправочные коэффициенты для
листьев других растений, моделируя их
с соответствующими геометрическими
фигурами. Причем поправочный коэффициент
получают на основании многих листьев
и несколько раз в течение вегетационного
периода, так как нередко конфигурация
листьев претерпевает значительные
возрастные изменения. Кроме того,
систематически проверяют применимость
ранее рассчитанных поправочных
коэффициентов.

Метод
характеризуется простотой, относительно
высокой производительностью, возможностью
определения листовой поверхности без
отделения листьев от растений.

Задание
4. Ознакомиться
с методом автоматического планиметрирования
определения площади листьев.

Для
определения площади листьев применяют
различные модели фотопланиметров: с
параллельным пучком, с интегрирующей
сферой, со сканирующим лучом. Основное
преимущество фотопланиметров – высокая
производительность. Однако работать с
ними можно только в лабораторных
условиях.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

11. Pravila sanitarnoj bezopasnosti v lesah: post-anovlenie Pravitel’stva RF ot 27.12.2005 g. № 350. – M., 2005.

12. Jelektricheskie polja termicheskogo pro-ishozhdenija v prirodnoj drevesine / N.Ju. Evsikova [i dr.] // Fundamental’nye problemy radiojelektronnogo priborostroenija (INTER-MATIC – 2006): mat-ly mezhdunar. nauch.-

tehn. konf. – M.: MIRJeA, 2006. – Ch. 3. -S. 87-89.

13. Skanirovanie jelektricheskogo polja v stvolah drevesnyh rastenij kak metod vyjavlenija zhiznennogo sostojanija / N.Ju. Evsikova, N.N. Matveev, O.M. Korchagin [i dr.] // Lesn. zhurn. – 2008. – № 6. – S. 43-49.

Н.Н. Дмитриев, Ш.К. Хуснидинов

МЕТОДИКА УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ЛИСТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

N.N. Dmitriev, Sh.K. Khusnidinov

ACCELERATED METHOD OF DETERMINATION OF LEAF AREA OF CROPS BY COMPUTER TECHNOLOGY

Дмитриев Н.Н. – асп. каф. агроэкологии, агрохимии, физиологии и защиты растений Иркутского государственного аграрного университета им. А.А. Ежевского, Иркутская обл., Иркутский р-н, пос. Молодёжный. E-mail: brianbaitano@mail.ru

Хуснидинов Ш.К. – д-р с.-х. наук, проф. каф. агроэкологии, агрохимии, физиологии и защиты растений Иркутского государственного аграрного университета им. А.А. Ежевского, Иркутская обл., Иркутский р-н, пос. Молодёжный. E-mail: agro@igsha.ru

Приведен краткий сравнительный анализ применяемых методик определения площади листьев изучаемых растений: метод нанесения контуров листьев на миллиметровую бумагу, метод высечек, метод промеров, планиметрический метод. Раскрыты их достоинства и недостатки: метод нанесения контуров листьев на миллиметровую бумагу – метод точен, но очень продолжителен по времени, метод высечек – метод удобен и достаточно быстр, однако неприменим к некоторым культурам и имеет погрешности, метод промеров – доступный, быстрый и простой, с большими погрешностями измерений, планиметрический метод – точный и удобный метод, требующий наличия сложного дорого-

Dmitriyev N.N. – Post-Graduate Student, Chair of Agroecology, Agrochemistry, Physiology and Protection of Plants, Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky, Irkutsk Region, Irkutsk District, Settlement Molodyoznny. E-mail: brianbai-tano@mail.ru

Husnidinov Sh.K. – Dr. Agr. Sci., Prof., Chair of Agroecology, Agrochemistry, Physiology and Protection of Plants, Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky, Irkutsk Region, Irkutsk District, Settlement Molodyozhny. E-mail: agro@igsha.ru

стоящего оборудования. Разработана методика ускоренного определения площади листовой поверхности сельскохозяйственных культур с использованием сканера. Суть метода: на сканер кладется плотная прозрачная пленка, на пленку раскладываются листья исследуемого растения, поверхность которых должна быть предварительно просушена. Листья плотно прижимаются к стеклу экспонирования крышкой сканера. Листовые пластинки сканируются. Полученный результат сохраняется в виде бинарного изображения (двуцветного, иногда называемого черно-белым). Полученное бинарное изображение загружается в программу APFill Ink&Toner Coverage Meter, запускается расчет площади

заполнения листа чернилами и по истечении короткого промежутка времени исследователь получает показатель заполнения поверхности листа чернилами, выраженный в процентах. Далее путем расчетов по предложенной методике получаем площадь сканированных листьев. Используя разработанную методику исследователь получает возможность оценить площадь покрытия страницы формата А4 листьями исследуемой культуры, а далее экстраполировать полученные данные для определения листовой поверхности растений, фотосинтезирующих на определенной площади посева. Предлагаемый метод позволяет быстро и точно проводить измерения, при этом не требует наличия дорогостоящего научного оборудования или сложных программных средств, что делает его доступным для любого исследователя, перед которым стоит задача проведения измерения площади листовой поверхности.

Ключевые слова: площадь листьев, методика определения, планиметрический метод, метод контуров, метод высечек, компьютерная технология, фотосинтетический потенциал, интенсивность фотосинтеза.

The short comparative analysis of the applied techniques of determination of the area of leaves of the studied plants is provided, i.e. the method of drawing contours of leaves on graph paper, the method of carvings, the method of measurements, the planimetric method. Their merits and demerits are revealed: the method of drawing contours of leaves on graph paper is exact, but is very enduring, the method of carvings is convenient and rather fast, however is inapplicable to some cultures and has errors, a method of measurements is available, fast and simple, with big errors of measurements, a planimetric method is exact and convenient method demanding existence of the difficult expensive equipment. The technique of the accelerated determination of the area of a sheet surface of crops with use of the scanner is developed. The method essence: the dense transparent film is put on the scanner; on a film leaves of the studied plant which surface has to be previously dried are displayed. Leaves densely nestle on exhibiting glass a scanner cover. Sheet plates are scanned. The received result remains in the form of a bitmap (bich-

romatic, sometimes called black-and-white). The received bitmap is loaded into the APFill Ink&Toner Coverage Meter program, calculation of the area of filling of a leaf with ink is started and after a short period the researcher receives the indicator of filling of a surface of a leaf with ink expressed as a percentage. Further by calculations for the offered technique we receive the area of the scanned leaves. Using the developed technique the researcher has an opportunity to estimate the area of a covering of the page of the A4 format leaves of the studied culture, and further to extrapolate the obtained data for definition of a sheet surface of plants, photosynthesizing on a certain square of crops. The offered method allows to take quickly and precisely measurements, thus does not demand existence of the expensive scientific equipment or difficult software that makes it available for any researcher whom the problem of carrying out measurement of the area of a sheet surface faces.

Keywords: leaves surface, determination methods, planimetric method, method of contours, method of carvings, computer technology, photo-synthetic potential, photosynthetic intensity.

Введение. При проведении научных исследований, связанных с определением биологического потенциала растений, их сравнительной продуктивности в конкурсном сортоиспытании, интродукции растений, агрономической и экологической эффективности разрабатываемых аг-рофитосистем, необходимым условием обоснования перспективности их использования в практике сельскохозяйственного производства является изучение площади листьев и определение мощности ассимиляционного аппарата изучаемых растений.

Научная ценность определения этого показателя связана с определением фотосинтетического потенциала и чистой продуктивности фотосинтеза, что является основой оценки продуктивности изучаемого растения и разработки технологических приемов его возделывания.

Применяемые в настоящее время методики определения площади листовой поверхности являются довольно громоздкими и связаны с длительностью проведения этого исследования. Вместе с тем, при большом объеме исследований требуется скорость и высокая точность анализов.

При разработке метода ускоренного определения фотосинтетического потенциала был приведен краткий обзор существующих методик определения площади листовой поверхности и предложен новый разработанный метод проведения этого анализа, позволяющий значительно ускорить и облегчить процесс изучения этого показателя.

Цель исследования: дать сравнительную оценку эффективности и точности методам определения площади листовой поверхности сельскохозяйственных культур и разработать новую методику ускоренного определения площади ассимиляционного аппарата, фотосинтетического потенциала и интенсивности фотосинтеза.

Задачи исследования:

1) дать анализ применяемых методов определения площади листовой поверхности растений;

2) изложить методику ускоренного определения площади листовой поверхности растений.

Анализ методов определения площади листьев растений

В настоящий момент существует несколько методов определения площади листовой поверхности растений.

1. Нанесение контуров листа на миллиметровую бумагу

Этот метод определения площади листовой поверхности весьма точен, однако он продолжителен по времени. Сложно определить время обработки каждого листа, так как на это влияет размер и сложность листа исследуемой культуры, а в случае измерения площади листьев растений, имеющих мелкие листья, этот метод становится трудноприменимым.

2. Метод промеров

Из каждой пробы методом случайной выборки выбирают по 10 зеленых листьев, взвешивают их и определяют площадь методом линейных измерений по длине (Д) и наибольшей ширине (Ш). Площадь измеренных листьев рассчитывают по формуле

S=ДсрXШсрx0Jxn,

где п – число измеренных листьев.

Данный метод подходит для зерновых и других культур с линейной формой листьев [1, 4].

Очевидно, что точность получаемых результатов оставляет желать лучшего, к тому же метод является неприемлимым для большинства сельскохозяйственных культур.

3. Метод высечек

Данный метод широко применяется при определении площади листьев для большинства сельскохозяйственных культур. Для проведения измерений этим методом отбирают среднюю пробу – 10-15 растений быстро срезают листья и определяют их сырую массу (Мл). Складывают листья стопками и делают сверлом высечки определенного диаметра, по 5-10 штук с одного листа. Высечки берут так, чтобы в пробу попали и пластинки листа, и центральные жилки. Определяют массу всех сырых высечек (Мв).

Площадь листьев с одного растения определяют по формуле

£= Мл XахПД2 Мв х N х 4 х 10000 , где S – площадь листьев одного растения, м2; Мл – листьев в пробе, г; Мв – масса высечек, г; а – количество высечек, шт.; N – количество растений в пробе, шт.; Д – диаметр сверла, см; п – математическая константа « 3,14 [2, 4].

Данный метод является несовершенным, так как жилки листа, попадающие в высечки, значительно увеличивают их массу. Кроме этого, масса высечек, взятых в разных местах листа, будет неодинаковой из-за различной их толщины у основания и верхушки. Увядание листьев также вызывает погрешности в измерениях. Листья, взятые после дождя, будут иметь завышенную массу.

4. Планиметрический метод [5]

Средний образец пробы листьев взвешивают

и раскладывают на движущейся ленте электронного прибора – планиметра. Прибор выдает площадь листьев в квадратных сантиметрах. Этот метод позволяет измерить площадь листьев достаточно быстро и точно.

Планиметрический метод достаточно точен, однако необходимое оборудование для проведения измерений этим методом зачастую является попросту недоступным.

Результаты исследования. Разработанный нами метод ускоренного определения площади листьев сочетает в себе положительные стороны каждого из вышеперечисленных методов, он

не трудоемок и доступен подавляющему большинству исследователей. Метод основывается на использовании программного средства APFill Ink Toner Coverage Meter 5.8. Программа позволяет узнать заполнение страницы чернилами и средний цвет по листу до печати на принтере. Программа может посчитать заполнение листа при печати с точностью до 1 %. Таким образом, исследователь получает возможность оценить площадь покрытия страницы формата A4 листьями исследуемой культуры, а далее экстраполировать полученные данные для определения листовой поверхности растений, произрастающих на определенной площади посева.

APFill Ink Toner Coverage Meter является условно бесплатным программным обеспечением. Бесплатная лицензия действует в течение 30 дней после установки, после программа требует приобретения платной лицензии.

Порядок проведения измерений:

1. На сканер кладется плотная прозрачная пленка.

2. На пленку раскладываются листья исследуемого растения, поверхность которых должна быть предварительно просушена.

3. Листья плотно прижимаются к стеклу экспонирования крышкой сканера.

4. Листовые пластинки сканируются.

5. Полученный результат сохраняется в виде бинарного изображения (двуцветного, иногда называемого черно-белым). Для проведения этой операции использовался ABBYY Fine Reader.

6. Полученное бинарное изображение загружается в программу APFill Ink&Toner Coverage Meter, загружается расчет площади заполнения листа чернилами, и по истечении короткого промежутка времени исследователь получает показатель заполнения поверхности листа чернилами, выраженный в процентах.

7. Далее путем расчетов по предложенной методике получаем площадь сканированных листьев.

S = М,

где S – площадь сканированных листьев; I – показатель заполнения листа чернилами, %; A – площадь А4 (297-210 мм2).

Пример: В примере не будут описываться пункты порядка работы с 1 по 4, так как они достаточно просты и не нуждаются в пояснении.

Пункт 5. Полученный результат сохраняется в виде бинарного изображения (двуцветного, иногда называемого черно-белым) (рис. 1-5).

СЗ Документ без я

Правка Вид Документ Страница Область Сервис Справка

^^ Сканировать страницы… Ctrl+K

Открыть PDF или изображение… Ctrl+O

Редактировать

| Новый документ FineReader

Разделить документ FineReader… [Г”1 Открыть документ FineReader… [ш Сохранить документ FineReader.., Закрыть документ FineReader Сохранить документ как Передать документ в

CtrI+Shift+M Ctrl+Shrft+S Ctrl+W

51 Сохранить страницы как изображения… Ctrl+Alt + S

Отправить по электронной почте Печать

Последний документ FineReader Выход

ч

Язык документа: Распознать Русский и английсю ж

Щ== | Оформление докуме

Сохранить [Редактируемая копи.

ИЗОБРАЖЕНИЕ Распознать страницу Анализ страницы [т

f

Рис. 1. Сохранение результатов сканирования

Рис. 2. Полученный результат

Рис. 3. Открытие полученного изображение через APFill Ink Toner Coverage Met

Рис. 4. Расчёт площади покрытия страницы листьями

Рис. 5. Полученный результат

Далее расчет площади листьев ведётся по предложенной выше формуле: 27,25 % ■ (297 х х 210) = 16995,825 мм2 = 169,95 см2.

Выводы. Предлагаемый метод позволяет быстро и точно проводить измерения, при этом не требует наличия дорогостоящего научного оборудования или сложных программных средств, что делает его ценным и актуальным для любого исследователя, перед которым стоит задача проведения измерения площади листовой поверхности.

Литература

1. Лавренко Е.М. Полевая геоботаника. Т. 1. -Рипол Классик, 1959. – 444 с.

2. Ничипорович А.А. Методические указания по учету и контролю важнейших показателей процессов фотосинтетической деятельности растений в посевах. – М.: Изд-во ВАСХНИЛ, 1969. – С. 50-57.

3. Решецкий Н.П. и др. Физиология и биохимия растений: метод. указания. – Горки, 2000. – 144 с.

4. Тарасенко С.А., Дорошкевич Е.И. Практикум по физиологии и биохимии: практ. пособие. -Гродно: Облиздат, 1995. – 122 с.

5. Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха: справ. пособие. – М.: Агропромиздат, 1991. -300 с.

6. Клочкова О.С., Соломко О.Б., Цветков Г.В. Методика определения площади листьев // Инновации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур: сб. ст. -URL: http://agrosbornik.ru/innovacii1/106-2011-10-09-15-29-31.html.

Literatura

1. Lavrenko E.M. Polevaja geobotanika. T. 1. -Ripol Klassik, 1959. – 444 s.

2. Nichiporovich A.A. Metodicheskie ukazanija po uchetu i kontrolju vazhnejshih pokazatelej pro-cessov fotosinteticheskoj dejatel’nosti rastenij v posevah. – M.: Izd-vo VASHNIL, 1969. -S. 50-57.

3. Resheckij N.P. i dr. Fiziologija i biohimija rastenij: metod. ukazanija. – Gorki, 2000. – 144s.

4. Tarasenko S.A., Doroshkevich E.I. Praktikum po fiziologii i biohimii: prakt. posobie. – Grodno: Oblizdat, 1995. – 122 s.

5. Posypanov G.S. Metody izuchenija biologi-cheskoj fiksacii azota vozduha: spravochnoe posobie. – M.: Agropromizdat, 1991. – 300 s.

6. Klochkova O.S., Solomko O.B., Cvetkov G.V. Metodika opredelenija ploshhadi list’ev // Inno-vacii v tehnologijah vozdelyvanija sel’skohoz-jajstvennyh kul’tur: sb. st. – URL: http://agrosbornik.ru/innovacii1/106-2011-10-09-15-29-31.html.

а – длина листа вдоль главной жилки, измеряемая от места соединения черешка с листовой пластиной растения, или же от заднего выступа листа для утопающего в листовой пластине черешка (лист №4 в таблице 2), до конца вершинки листа, см;

b – ширина листа по крайним точкам поперек листовой пластины, или же общая ширина листа в наибольших двух поперечных сечениях листа растения, поэтому при замерах половинок она определяется как сумма максимальной ширины у каждой половинки измеряемого листа, см;

b/a – отношение ширины к длине листа;

Sab- площадь прямоугольника длиной а и шириной b, описанного вокруг измеряемого листа, см2;

Sф- фактическая (измеренная по сантиметровым и малым клеткам сетки палетки) на фотоизображении площадь листа, см2;

Кn- коэффициент площади, показывающий отношение фактической площади листа к площади описанного прямоугольника.

В таблице 1 приведены вспомогательные для проведения измерений геометрические параметры:

Sпр- площадь прямоугольника, выделенного на фотоснимке листа с палеткой по целым сантиметровым клеткам (фиг.2), см2;

nц- целые сантиметровые клетки вокруг листовой пластины внутри прямоугольника, выделенного на фотоснимке, шт.;

nн- количество малых клеток в сетке палетки на нижней половинке листовой пластины, шт.;

nв- количество малых клеток в сетке палетки на верхней половинке листовой пластины, шт.

Для удобства измерений увеличенное изображение листа растения (фиг.2) распечатывается на принтере, а затем прямоугольник Sпрвыделяется на сетке, например, обводом шариковой ручкой или карандашом. Этот прием позволяет не терять внимательности при подсчете количества малых клеток на верхней и нижней половинках измеряемого листа.

На серийно изготовляемой палетке для картографических измерений приняты малые клетки размерами 2×2 мм. Можно изготовить самому такую палетку на прозрачном листе из пластмассы, например, из листов обложек папок для бумаг. При этом на прозрачном листе пластика, вырезанном больше размеров наиболее крупных листьев изучаемых древесных и иных растений, составляется сетка с миллиметровыми или двухмиллиметровыми клетками любыми доступными средствами, например, нанесением линий сетки тушью чертежным рейсфедером.

Формула для вычисления фактической площади листа изучаемого растения (в нашем примере малые клетки имеют стороны по 2 мм, поэтому на сантиметровой клетке находится 25 малых клеток):

Sф=Sпр-nц-(nн+nв)/25.