櫟屬植物葉形標準化參數(shù)研究及標準葉形自動擬合軟件系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、櫟屬植物作為山東省內(nèi)分布較為廣泛、具有較高經(jīng)濟和生態(tài)價值的樹種,一直以來都是植物、生態(tài)調(diào)查研究的重要對象,而基于櫟屬植物葉形特征,并結(jié)合圖形分析處理技術(shù)進行植物快速分類識別方面的研究,目前還較為少見。
　　 葉片作為植物生長發(fā)育的重要器官,在植物分類領(lǐng)域也具有極高的應用研究價值。通?？捎糜谥参锶~片分類的特征有很多,比如形狀特征、顏色特征和紋理特征等等,但這些生理形態(tài)特征因為葉片自身及環(huán)境條件的影響容易發(fā)生變化,造成辨別誤差,而研

2、究發(fā)現(xiàn):葉片偏心率、形狀參數(shù)、矩形度、圓形度、面積凹凸比、周長凹凸比、球狀性、縱橫軸比等多個無量綱葉形幾何特征參數(shù),因為各自不受葉片面積和方向性的影響,取值較為穩(wěn)定,已經(jīng)成為描述葉形幾何特征的重要指標,而傳統(tǒng)的植物葉形分類主要依靠鑒定者的經(jīng)驗進行人為判斷,分析主要采用手工測量或掃描儀的方法,效率不高且易引入誤差,野外實際操作性較低,而且分析方法制約因素多,無法完成大量數(shù)據(jù)的分析測定,因此構(gòu)建一套以植物葉形幾何特征參數(shù)為標準參考值,依靠圖

3、形處理技術(shù)實現(xiàn)植物自動分類識別的系統(tǒng)成為本次的研究重點。
　　 櫟屬Q(mào)uercus L.,殼斗科,分布于全國各省區(qū),為重要成林樹種[1],大多具有較高的經(jīng)濟價值,可生產(chǎn)木材、炭、染料、栓皮和飼料等。我省為櫟屬植物且主要為落葉櫟類的重要產(chǎn)區(qū),魯中南山地丘陵(以泰山為主)和膠東丘陵(以嶗山和昆崳山為主)的陽坡、半陰坡雜交林中多有分布,并以袍櫟Quercus serrataThunb.,短柄袍Quercus serrata Murra

4、y var.brevipetiolata(A.DC.)Nakai,麻櫟Quercus acutissima Carr.,槲樹Quercus dentata Thunb.,栓皮櫟Quercusvariabilis Blume,蒙古櫟Quercus mongolica Fischer ex Ledebour為主[2,3,4]。
　　 以嶗山北九水地區(qū)的6種櫟屬植物:袍櫟Quercus serrata Thunb.,短柄袍Quercu

5、s serrata Murray var.brevipetiolata(A.DC.)Nakai,麻櫟Quercus acutissimaCarr.,槲樹Quercus dentata Thunb.,栓皮櫟Quercus variabilis Blume,蒙古櫟Quercus mongolica Fischer ex Ledebour的成熟完整葉片為研究對象,分8月中旬、9月中旬、10月初、10月中旬4個時間段進行采集,獲取了大量的原始數(shù)

6、據(jù)。通過可靠性分析、數(shù)據(jù)分布檢驗、集中趨勢指標選定等,選擇10月中旬的樣本數(shù)據(jù)作為標準研究對象,根據(jù)公式,計算得到上述6種植物的標準葉形特征參數(shù)。槲樹葉片的偏心率1.748701、形狀參數(shù)0.523866、周長凹凸比1.067455、圓形度0.480487、矩形度0.609189、球狀性0.596405;麻櫟葉片的偏心率3.903409、形狀參數(shù)0.388002、周長凹凸比1.062586、圓形度0.234665、矩形度0.613013

7、、球狀性0.436087;短柄袍葉片的偏心率2.995144、形狀參數(shù)0.483358、周長凹凸比1.071319、圓形度0.303456、矩形度0.613251、球狀性0.552902;袍櫟葉片的偏心率2.796914、形狀參數(shù)0.453843、周長凹凸比1.075128、圓形度0.322761、矩形度0.569906、球狀性0.523206;栓皮櫟葉片的偏心率2.998704、形狀參數(shù)0.503157、周長凹凸比1.056455、圓

8、形度0.301067、矩形度0.650621、球狀性0.558131;蒙古櫟葉片的偏心率1.755467、形狀參數(shù)0.597519、周長凹凸比1.059932、圓形度0.484615、矩形度0.600897、球狀性0.668842。
　　 根據(jù)取樣位置的不同,將采樣方法劃分為12種。以計算得到的標準葉形特征參數(shù)為參考值,每種采樣方法隨機選取60張葉片計算其平均葉形特征參數(shù)值,二值相比較,差值越小,說明其越能代表整體水平,采樣方法

9、越好。結(jié)果表明,在樣本數(shù)量為60的條件下,越靠近樹冠上層、主枝、頂端位置著生的葉片,其特征參數(shù)越接近整體水平;忽略冠層因素,越接近主枝以及著生在頂端附近位置的葉片,其特征參數(shù)越接近整體水平。
　　 編程開發(fā)了一套葉形自動擬合軟件系統(tǒng)。該軟件可以自動對樣片進行預處理、獲取平均大小、葉緣提取,并依據(jù)擬合原則得到標準葉形圖像。葉形的擬合原則定義為:每單張葉片以葉基點為坐標原點,葉緣所在各個像素點作為葉緣點,以各個葉緣點到葉基點即坐標原