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(guó)國(guó)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(jiǎn)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(cè)量、根毛長(zhǎng)度測(cè)量、葉片形態(tài)指標(biāo)測(cè)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(cè)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(cè)量研究中,也證實(shí) Image J軟件較游標(biāo)卡尺測(cè)量更快速、準(zhǔn)確。本研究擬利用簡(jiǎn)單的硬件設(shè)備及Image J軟件對(duì)5種林木種子進(jìn)行計(jì)數(shù)及大小測(cè)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(cè)量方法。
選擇健康、無(wú)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。
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。
1.3.1 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(cè)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(duì)照片中的直尺劃直線,線長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)照片中的直尺劃直線,線長(zhǎng)為1 cm,再分別對(duì)同一種子的最長(zhǎng)處、最寬處劃線。Analyze→Measure彈出Results框。每種林木隨機(jī)測(cè)量10個(gè)種子的長(zhǎng)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(cè)量10粒種子的周長(zhǎng)、面積。Results→File→Save As保存為EXCEL格式文件。
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。
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(shí)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。
Image J軟件測(cè)量5種林木種子的大小,見表2.
表2 Image J測(cè)量種子大小
由表2可以看出,白蠟種子的長(zhǎng)度、寬度、周長(zhǎng)、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(zhǎng)形,長(zhǎng)度值為寬度值的5倍多。白杜與樟子松的長(zhǎng)度與寬度之比最小,二者外形更接近于偏圓形。在測(cè)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。
本研究表明,在測(cè)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(duì)話框Size中需要輸入種子大小范圍,對(duì)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(cè)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(zhǎng)度、寬度、周長(zhǎng)、面積等方面的測(cè)量。筆者研究了1套用于種子數(shù)量和大小檢測(cè)的簡(jiǎn)便流程,可以更加高效地進(jìn)行種子形態(tài)測(cè)量,也可為其它林木種子形態(tài)的測(cè)量提供參考。