全 文 ：书第 44 卷 第 1 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol.44 No.1
2016 年 1 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jan. 2016
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﹚。
第一作者简介：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。
通信作者：安慧君，内蒙古农业大学林学院，教授。E −mail：
dean6928@126.com。
收稿日期：2015 年 6 月 30 日。
责任编辑：任 俐。
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﹚
摘 要 以丁香﹙Syringa Linn.﹚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。关键词 叶绿素；SP，A，D值；颜色特征；空间分布分类号 S685.26；Q945.79
C olor Features and SpatialD istribution C haracteristics of C love L eaf C hlorophyllS P，A，D V alues//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.
With the clove plant，we measured the chlorophyll SP，A，D values of the collected leaves，and then analyzed the color
features and spatial distribution characteristics by Photoshop and MAPGIS software. The SP，A，D values show significant neg-
ative 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 of SP，A，D values in different parts of the same leaf，and be-
tween sunny side and night side leaves. In deciduous period，the SP，A，D values decline significantly，and the tip portion val-
ues are more obvious.
K eyw ords Chlorophyll；SP，A，D value；Color features；Spatial distribution
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 Develop-
ment﹚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﹙Syringa Linn.﹚
DOI：10.13759/j.cnki.dlxb.20160104.014 网络出版时间：2016-01-04 15:34:48
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1268.S.20160104.1534.028.html
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 ºС ，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
颜色特
征参数
叶绿素 SP，A，D值
总体 阳面 阴面
R −0.725٭٭ −0.720٭٭ −0.683٭٭
G −0.671٭٭ −0.663٭٭ −0.642٭٭
B 0.012 −0.283 0.240
H 0.631٭٭ 0.647٭٭ 0.577٭٭
S −0.067 0.211 −0.276
V −0.673٭٭ −0.666٭٭ −0.643٭٭
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
部 位 叶绿素 SP，A，D值最大值 最小值 平均值 标准差
阳面上层 36.4 35.0 35.8 0.6
阳面中层 39.2 34.3 36.6 1.6
阳面下层 38.5 32.4 36.5 2.2
阴面上层 33.4 31.4 32.5 0.8
阴面中层 39.4 34.7 37.1 1.7
阴面下层 38.1 37.1 37.6 0.4
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。
86 东 北 林 业 大 学 学 报 第 44 卷
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。
图 1 生长期丁香阳面不同高度叶片叶绿素 SP，A，D值空间分布
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。
图 2 生长期丁香阴面不同高度叶片叶绿素 SP，A，D值空间分布
96第 1 期 王冰，等：丁香叶片叶绿素 SP，A，D值颜色与空间分布特征
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
叶片 叶绿素 SP，A，D值最大值 最小值 平均值 标准差
落叶 1 27.8 22.2 24.2 1.9
落叶 2 33.4 20.5 27.6 4.2
落叶 3 19.6 13.6 16.1 2.8
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 m m 2。
图 3 落叶期丁香叶片叶绿素 SP，A，D值空间分布情况
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 M APG IS 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；H SV 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
07 东 北 林 业 大 学 学 报 第 44 卷
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。
M APG IS 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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17第 1 期 王冰，等：丁香叶片叶绿素 SP，A，D值颜色与空间分布特征