从叶面积系数到冠层表面积系数

从叶面积系数到冠层表面积系数

作者：杜宏彬

来源：《安徽农学通报》2013年第24期

摘要：冠层表面积系数CSAC系从叶面积系数LAI变迁而来，在一定条件下，二者都是植物光能利用率的标志，而且都与其空间效益呈正相关关系。但叶面积系数有一定的局限性，因为它只考虑绿叶面积的一个方面，而冠层表面积系数则同时考虑到绿叶和阳光两个方面。无论叶面积系数还是冠层表面积系数，其决定因素是有效绿叶面积的多少。因此，采取相关技术措施，确保植物群体各个时期尤其是植物效益关键期有一个最大有效绿叶面积十分必要。

关键词：叶面积系数；冠层表面积系数；有效绿叶面积；植物效益关键期

中图分类号 Q945 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）24-13-03

1 叶面积系数和冠层表面积系数含义及其变迁

1.1 叶面积系数叶面积系数LAI（leaf area index）也称叶面积指数，是指单位土地上植物叶面积的总和，即叶面积与土地面积的比值（倍数）。用以下公式表示：LAI=LS/Al，其中：LAI为叶面积系数，LS为叶面积，Al为土地面积。

1.2 冠层表面积系数冠层表面积系数CSAC（The canopy surface area coefficient）是指单位土地上的冠层表面积数，即冠层表面积与土地面积的比值（倍数）。冠层表面积系数用以下公式表示：CSAC=As/Al。其中：CSAC为冠层表面积系数，As为冠层表面积，Al为土地面积[1]。乔木的冠层表面积系数CSAC，也称树冠采光面积系数CDAC（The crown daylighting area coefficient）；其中乔木的冠层表面积As，也称为树冠采光面积[2]。

1.3 历史变迁在科技文献中，叶面积系数LAI概念出现大根只有70～80a。根据吾喜杂志网报道，在叶面积系数LAI的有关2 423篇论文中，最早出现叶面积系数LAI的概念是20世纪60年代[3]。据了解，叶面积系数（指数）最早由D.J.Watson在1947年提出，最初出现在Comparative physiological studies on the growth of field crops.I.Variation in net assimilation rate and leaf area between species and varieties， and within and between years一文中，该文刊于英国杂志Annals of Botany（植物学纪事）1947年第11卷第1期[4]。而冠层表面积系数CSAC及树冠采光面积系数CDAC的提出，只是最近5a的事，2009年杜宏彬在《关于树冠采光面积系数的思考》一文和2011-2013年盛伯增、吕新浩、杜宏彬、吕吉尔分别在《绿叶功能浅析》、《试论植物有效绿叶面积》及《绿色植物空间效益概论》等文中相继提出了冠层表面积系数CSAC和树冠采光面积系数CDAC的概念[2，5]。

2 绿色植物光能利用率的标志

在一定条件下，叶面积系数LAI和冠层表面积系数CSAC都是植物光能利用率的重要标志，也可以说是绿色植物空间效益的重要标志，只不过标志的时间、程度各有不同。

2.1 叶面积系数与空间效益提高植物光能利用率的途径有3条：延长光合时间、增加光合面积和改善光合作用条件等 [2]。而增加光合面积是其中最基本也最有效的一条，在一定的范围内，叶面积的增加与产量形成的关系是呈正相关的，即作物的产量随叶面积系数LAI增大而提高。例如，发明专利公开号CN101073305A“甘薯高篱式立体栽培方法”，改变了甘薯藤蔓传统的生长方式，即变匍匐生长为直立生长，叶面积系数LAI提高1倍以上，鲜薯产量增加51%～98%。吉林农业大学作物研究中心以4个玉米品种为试验材料，比较研究了紧凑型玉米和平展型玉米的单株叶面积、群体叶面积指数、光合速率以及产量和产量构成因素间的关系。结果表明：4个玉米品种在其最适种植密度下LAI和光合速率在整个生育期内均呈单峰曲线变化；LAI于灌浆期达到最大值，且2个紧凑型玉米品种大于2个平展型玉米品种[6]。油菜从终花期至种子成熟前，叶片几乎全部消失，代之光合作用的主要器官则是角果，此时角果皮提供光合作用产物占种子营养的40%；角果皮系数（PAI）与干物质积累和产量呈显著线性正相关[7]。

虽然绿叶是光合作用的主要器官，但当叶面积增加到一定程度后，作物郁闭，光照不足，光效率减弱，无效绿叶面积增加，产量反而下降[8]。

2.2 冠层表面积系数与空间效益光合作用是地球上最重要的化学反应，对树木和作物产量的构成起着决定性作用，在植物生长过程中，90%～95%的干物质来自光合作用，只有5%～10%是从土壤中吸取的养分构成[9]。冠层表面积系数CSAC是植物光能利用率的标志，也是树木生物产量潜力的重要标志之一。冠层表面积系数CSAC愈高，光能利用效率也愈高。例如，发明专利公开号CN1535565A，对苦丁茶（Ilex latifolia）1～2年生播种苗木实施叶片修剪，将该苗木每个叶片剪去前半部分，保留下半部分，叶面积系数由原来的

3.1降低到2.0；郁闭度由原有的1.0降到0.6；树冠采光面积系数CDAC从1.1提高到1.9；苗木的有效绿叶层厚度从20cm增加到35cm，从而提高了苗木产量和质量，使规格苗比例增加15%～20%，造林成活率提高21%。究其原因，是在密度较大的情况下，苦丁茶苗木叶面积和叶面积系数LAI虽然较高，但由于植株间相互覆盖遮蔽，影响了透光通气，经修剪后，叶面积虽然大幅度减少，但光照条件却得到明显改善，冠层表面积显著增加，从而促进了苗木生长，提高苗木质量[5]。

3 叶面积系数与冠层表面积系数的异同

3.1 相同点叶面积系数LAI和冠层表面积系数CSAC，在一定条件下它们都是植物光能利用率的重要标志，而且都与绿色植物空间效益成正比。冠层表面积系数CSAC（包括树冠采光面积系数），由叶面积系数LAI演变而来[1]。不过，在冠层表面积系数的公式

（CSAC=As/Al）中，并没有叶面积（LS），而是用冠层表面积（As）来替代叶面积。

3.2 不同之处