基于白海克雷特群岛斯雷德尼岛苏格兰松（Pinus sylvestris L.）细胞自动检测参数的导管图谱比较分析

《Contemporary Problems of Ecology》：Comparative Analysis of Tracheidograms Based on Automatically Detected Parameters of Scots Pine Cells (Pinus sylvestris L.) from Sredniy Island, Keret Archipelago, White Sea

松树年轮形态学参数与气候要素关联研究。基于人工神经网络和OpenCV算法构建tracheidograms，统计分析了2009-2018年间43,754个欧洲云杉导管细胞参数，计算了细胞壁厚度、腔室面积等6项积分指标，发现5-8月平均温度与细胞壁厚度呈正相关（r=0.72），而降水量与细胞壁厚度及腔室直径呈显著负相关（r=-0.65,-0.58）。

　　

摘要

近几十年来，年内的气候变化及其对树木径向生长的影响受到了越来越多的关注。管胞图被广泛用于分析一年内的木质部细胞参数。本文描述了如何利用人工神经网络（ANNs）、计算机视觉库（OpenCV）以及管胞图处理库（RAPTOR和tracheideR）中的边缘检测方法，从高分辨率图像中生成管胞图的步骤。为了研究白海克雷特群岛斯雷德尼岛上的苏格兰松（Pinus sylvestris L.）年内木质部生长的气候相关特征，我们测量了7棵树的43,754个木质部细胞的参数；其中23,091个细胞的数据被整理成径向文件，时间跨度为2009年至2018年。通过计算不同木质部细胞参数（管腔径向直径、管腔周长、细胞壁厚度、管腔面积、管腔直径与细胞壁厚度的比值以及管腔面积与管腔周长的比值）对应的管胞图曲线下的面积，来评估年轮结构的特征。同时，我们利用皮尔逊相关系数分析了这些参数与5月至8月平均温度和降水量之间的关系。研究发现的主要关联如下：降水量与细胞壁厚度呈负相关，温度与细胞壁厚度呈正相关，而温度与管腔大小则呈负相关。