使用Image J軟件測量5種經(jīng)濟(jì)林木種子數(shù)目和大小的研究

姬奇珍

(山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局，山西 大同 037000)

同一種林木種子由于種源地、收獲期、栽培條件、在樹木上著生位置不同等，造成種子間大小差異較大。統(tǒng)計(jì)種子數(shù)目時(shí)常采用人工計(jì)數(shù)的方式，人工計(jì)數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易存在誤差，而專業(yè)的智能種子技術(shù)系統(tǒng)價(jià)格較高。Image J軟件是由美國國家衛(wèi)生研究院推出的、可用于Windows，Lniux等多種操作系統(tǒng)的開源軟件。它具有占用內(nèi)存小、界面簡潔、功能強(qiáng)大、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，目前已應(yīng)用于細(xì)胞計(jì)數(shù)、病斑測量、根毛長度測量、葉片形態(tài)指標(biāo)測量、土壤結(jié)構(gòu)特征分析等多個(gè)研究方向。白光紅等使用Image J軟件測量玉米子粒大小，與游標(biāo)卡尺相比，更方便快速。在香樟種子測量研究中，也證實(shí) Image J軟件較游標(biāo)卡尺測量更快速、準(zhǔn)確。本研究擬利用簡單的硬件設(shè)備及Image J軟件對5種林木種子進(jìn)行計(jì)數(shù)及大小測量，開發(fā)1種費(fèi)用低、通用性強(qiáng)的林木種子計(jì)數(shù)和大小測量方法。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇健康、無病蟲害及明顯缺陷的白蠟(FraxinuschinensisRoxb.)、白杜(EuonymusmaackiiRupr.)、油松(PinustabuliformisCarr.)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolicaLitv.)、紫丁香(SyringaoblataLindl.)種子作為試驗(yàn)材料。

1.2 設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括電腦、相機(jī)或有拍照功能的智能手機(jī)、直尺。

1.3 方法

1.3.1 獲取圖片

取1張白色紙，將樹木種子攤開平鋪在白紙上，直尺置于種子邊緣，拍照。將照片導(dǎo)入安裝有Image J軟件的電腦。

1.3.2 軟件操作流程

1.3.2.1 種子數(shù)目測量

打開Image J軟件，F(xiàn)ile→Open打開電腦中的種子圖片，使用工具欄中的Line Sections比對照片中的直尺劃直線，線長為1 cm.Ananlyze→Set Scale選項(xiàng)中，Distance in pixels設(shè)為72，Known distance設(shè)為1，Pixel aspect ratio設(shè)為1，Unit of length設(shè)為cm，勾選Global，點(diǎn)擊OK. Image→Type→8-bit，種子圖像被降維為黑白色圖像。Image→Adjust→Threshold→Apply，關(guān)閉對話框。如果種子之間相互接觸，軟件較難分清是否為同一種子，需要執(zhí)行Process→Binary→Watershed，可以將互相接觸的種子區(qū)分開。Analyze→Analyze Particles打開對話框，Size中輸入種子大小范圍(白蠟：0.50—Infinity，白杜：1.40—Infinity，油松：1.22—Infinity，樟子松：0.90—Infinity，紫丁香：1.73—Infinity)。Circularity設(shè)為0～1，Show在下拉菜單中選擇Outlines，勾選Display results，Summarize，Exclude on edges，點(diǎn)擊OK確定，彈出分析結(jié)果。在彈出的Results→File→Save As輸出結(jié)果，保存為EXCEL格式圖表。

1.3.2.2 種子大小測量

打開Image J軟件，F(xiàn)ile→Open打開電腦中的種子圖片，使用工具欄中的Line Sections比對照片中的直尺劃直線，線長為1 cm，再分別對同一種子的最長處、最寬處劃線。Analyze→Measure彈出Results框。每種林木隨機(jī)測量10個(gè)種子的長度、寬度。Results→File→Save As保存為EXCEL格式文件。使用工具欄中的Polygon Sections，Analyze→Set Measurements，勾選Area和Perimeter，點(diǎn)擊OK.使用Polygon Sections，沿著種子的邊緣劃線，然后點(diǎn)擊Analyze→Measure，出現(xiàn)Results窗口。每種林木隨機(jī)測量10粒種子的周長、面積。Results→File→Save As保存為EXCEL格式文件。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

采用人工計(jì)數(shù)和Image J軟件分別統(tǒng)計(jì)每張圖片中種子的數(shù)目與大小，使用EXCEL 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種方法統(tǒng)計(jì)5種林木種子數(shù)目的比較

人工計(jì)數(shù)與Image J軟件計(jì)數(shù)5種林木種子數(shù)目，見表1.

表1 人工計(jì)數(shù)與Image J計(jì)數(shù)的比較 粒

由表1可以看出，白杜、油松、樟子松3種林木獲得的結(jié)果完全一致。Image J軟件計(jì)數(shù)白蠟、紫丁香種子數(shù)目較人工計(jì)數(shù)數(shù)目少1粒，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著差異。因此，可以認(rèn)為Image J適用于統(tǒng)計(jì)以上5種林木種子的數(shù)目。由于某些種子在圖片中互相接觸，導(dǎo)致Image J有時(shí)不能準(zhǔn)確識別開，進(jìn)而出現(xiàn)軟件統(tǒng)計(jì)種子數(shù)目比真實(shí)種子數(shù)目少的現(xiàn)象。

2.2 Image J軟件測量5種林木種子大小

Image J軟件測量5種林木種子的大小，見表2.

表2 Image J測量種子大小

由表2可以看出，白蠟種子的長度、寬度、周長、面積4個(gè)指標(biāo)值均最大，樟子松的以上4個(gè)指標(biāo)值均最小。由于白蠟種子帶有種翅，因此其外形表現(xiàn)為狹長形，長度值為寬度值的5倍多。白杜與樟子松的長度與寬度之比最小，二者外形更接近于偏圓形。在測量的過程中發(fā)現(xiàn)，同一林木種子間形態(tài)、大小變異較大。因此，要獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要加大樣本量，才能使最終的數(shù)據(jù)反映出整個(gè)種子群體的真實(shí)大小。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，在測定林木種子數(shù)量時(shí)，Image J軟件較人工方式更加省力、省時(shí)，且準(zhǔn)確率較高。但在種子計(jì)數(shù)時(shí)，Analyze→Analyze Particles對話框Size中需要輸入種子大小范圍，對于不同的林木種子，需要逐步摸索，設(shè)置適宜的數(shù)值，才能獲得理想的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。Image J在測量種子形態(tài)指標(biāo)時(shí)，需要根據(jù)不同的種子，設(shè)置不同的軟件參數(shù)，也需要不斷的摸索，從而獲得適合不同種林木種子的固定參數(shù)設(shè)置。在分析Image J軟件輸出的數(shù)據(jù)時(shí)，由于直尺的單位為cm，而軟件中像素的單位為dpi，即dot per inch的縮寫。因此，在最終的結(jié)果計(jì)算過程中，需要按照1 inch=2.54 cm進(jìn)行換算，得到的結(jié)果才是最終的正確結(jié)果。

綜上所述，Image J軟件適用于5種林木(白蠟、白杜、油松、樟子松、紫丁香)種子計(jì)數(shù)、長度、寬度、周長、面積等方面的測量。筆者研究了1套用于種子數(shù)量和大小檢測的簡便流程，可以更加高效地進(jìn)行種子形態(tài)測量，也可為其它林木種子形態(tài)的測量提供參考。