Применение программного пакета Adobe Photoshop при измерении площади листовых пластин древесных растений

УДК

630*161+581.45

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-5-185-191

Аннотация

Существует ряд методик определения морфометрических показателей, в т. ч. площади листовых пластин древесных растений: метод нанесения контуров листьев на миллиметровую бумагу, метод промеров, метод высечек, планиметрический метод. Методы проанализированы и применены в тестовом режиме. Выявлены их недостатки, связанные с неточностью измерений, продолжительностью опыта, недоступностью оборудования. Проблема получения оцифрованного изображения успешно решается многими исследователями, но снятие параметров рассматриваемого объекта с экрана монитора часто невозможно по причине малой доступности морфометрических программ и их высокой стоимости. Цель работы – оценить эффективность существующих методов определения площади листовых пластин на примере березы (Betula L.) и аккумулировать алгоритм определения морфометрических показателей листовых пластин в пакете программ Adobe Photoshop. Нами разработана методика определения морфометрических показателей листовых пластин древесных пород с использованием Adobe Photoshop. Предмет исследования – листовые пластины деревьев рода береза. Для применения данной методики использованы чистые листы формата А4, линейка с углом 90°, прозрачная клейкая лента (скотч), сканер. В произвольном углу каждого листа на расстоянии по 10 мм от его границ и строго параллельно им при помощи линейки был вычерчен поверочный квадрат простых размеров. Скотчем на бумаге закрепляли листовые пластины. При помощи сканера переносили заготовку в электронный вид и загружали изображение в Adobe Photoshop. Для получения морфометрических параметров можно использовать следующие инструменты данной программы: «линейка», «волшебная палочка», «магнитное лассо». При этом есть возможность автоматического выделения границ исследуемого объекта, что позволяет избежать субъективных оценок. Результаты отображены в пикселях, а после их переводят в необходимые единицы измерения. При помощи эталонного квадрата производят проверку полученных данных. Точность составляет более 99,9 %. Предлагаемый метод позволяет быстро и без ошибок определять морфометрические параметры листовых пластин, при этом не нужно дорогостоящего оборудования, что делает метод доступным для любого исследователя, перед которым стоит задача измерения поверхности листовой пластины древесных растений.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

Р.Н. Бабаев, аспирант; ResearcherID: ABE-8753-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1604-5505
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, просп. Гагарина, д. 97, г. Нижний Новгород, Россия, 603107; e-mail: lp-ram17@yandex.ru

Ключевые слова

Adobe Photoshop, береза повислая, морфометрические параметры, площадь листовых пластин

Для цитирования

Babaev R.N. Application of the Adobe Photoshop Software Package in Leaf Blade Area Measurement of Woody Plants // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 185–191. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-185-191

Литература

1. Andreyev G.I., Barvinenko V.V., Verba V.S., Tarasov A.K., Tikhomirov V.A. Fundamentals of Scientific Work and Methodology of Dissertation Research. Moscow, FiS Publ., 2012. 296 p.

2. Babaev R.N. Starch Content in Shoot Tissues of Different Birch Species during Introduction. Russian National Scientific and Practical Online Conference for Students and Young Scientists “Growth and Reproduction of Academic Staff in Agriculture and Forestry”. Forestry Section. Nizhny Novgorod, NNSAA, 2019, pp. 65–71.

3. Babaev R.N., Besschetnova N.N. Intraspecific Diversity of Curly Birch (Betula pendula Roth. var. carelica (Merckl.)) in Test Plantations in the Nizhny Novgorod Region. International Scientific and Practical Conference “Current Problems of Sustainable Forest Development”, Dedicated to the 70th Anniversary of Higher Forest Education in Kazakhstan. Almaty, 2018, pp. 60–64.

4. Babaev R.N., Besschetnova N.N. Inventory of Curly Birch in Test Plantations of the Nizhny Novgorod Region. Forestry: Proceedings of the 83rd Scientific and Technical Conference of Faculty and Academic Staff, Researchers and Graduate Students (with International Participation). Minsk, BSTU, 2019, pp. 10–11.

5. Babaev R.N., Besschetnova N.N. Prospects of Curly Birch Forest Plantations in the Russian Federation and the Republic of Belarus. Economic Aspects of the Development of Agro-Industrial Complex and Forestry. Forestry of the Union State of Russia and Belarus: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. Nizhny Novgorod, NNSAA, 2019, pp. 78–82.

6. Bolondinskiy V.K. Research of Dependence of Photosynthesis on the Intensity of Solar Radiation, Air Temperature and Humidity in Karelian (Curly) and Silver Birch Plants. Trudy KarNTs RAN [Transactions of Karelian Research Centre of Russian Academy of Science], 2010, no. 2, pp. 3–10.

7. Chung H.-H., Barnes R.L. Photosynthate Allocation in Pinustaeda. I. Substrate Requirements for Synthesis of Shoot Biomass. Canadian Journal of Forest Research, 1977, vol. 7, no. 1, pp. 106–111. DOI: https://doi.org/10.1139/x77-015

8. Dmitriev N.N., Khusnidinov Sh.K. Accelerated Method of Determination of Leaf Area of Crops by Computer Technology. Vestnik KrasGAU [The Bulletin of KrasGAU], 2016, no. 7, pp. 88–93.

9. Eichelmann H., Oja V., Rasulov B., Padu E., Bichele I., Pettai H., Möls T., Kasparova I., Vapaavuori E., Laisk A. Photosynthetic Parameters of Birch (Betula pendula Roth) Leaves Growing in Normal and in CO2- and O3-Enriched Atmospheres. Plant, Cell and Environment, 2004, vol. 27, iss. 4, pp. 479–495. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2003.01166.x

10. Lavrenko E.M. Field Geobotany. Vol. I. Leningrad, Nauka Publ., 1959. 444 p.

11. Matyssek R., Günthardt-Goerg M., Maurer S., Christ R. Tissue Structure and Respiration of Stems of Betula pendula under Contrasting Ozone Exposure and Nutrition. Trees, 2002, vol. 16, pp. 375–385. DOI: https://doi.org/10.1007/s00468-002-0183-5

12. Nichiporovich A.A. Methodological Guidelines for Accounting and Control of the Most Important Indicators of the Processes of Photosynthetic Activity of Plants in Sowings. Moscow, VASKhNIL Publ., 1969, pp. 50–57.

13. Oleksyn J., Żytkowiak R., Reich P.B., Tjoelker M.G., Karolewski P. Ontogenetic Patterns of Leaf CO2 Exchange, Morphology and Chemistry in Betula pendula Trees. Trees, 2000, vol. 14, pp. 271–281. DOI: ttps://doi.org/10.1007/PL00009768

14. Posypanov G.S. Methods of Studying the Biological Fixation of Air Nitrogen. Moscow, Agropromizdat Publ., 1991. 300 p.

15. Rothman D.H. Atmospheric Carbon Dioxide Levels for the Last 500 Million Years. PNAS, 2002, vol. 99(7), pp. 4167–4171. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.022055499

16. Rybalkina D.H., Kurkin A.V., Rickles V.P. Integration of Histology and Informatics when Working with Graphic Objects. Obrazovatel’nyye tekhnologii i obshchestvo [Educational Technology and Society], 2013, vol. 16, no. 4, pp. 316–325.

17. Sadakov A.E., Zaikov A.A. Application of the Adobe Photoshop Software Package in Morphometry. Byulleten’ Volgogradskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk i Administratsii Volgogradskoy oblasti, 2006, no. 2, p. 27.

18. Tarasenko S.A., Doroshkevich E.I. Workshop on Physiology and Biochemistry. Grodno, Oblizdat Publ., 1995. 122 p.

19. Wittmann C., Pfantz H. Temperature Dependency of Bark Photosynthesis in Beech (Fagus sylvatica L.) and Birch (Betula pendula Roth.) Trees. Journal of Experimental Botany, 2007, vol. 58, iss. 15-16, pp. 4293–4306. DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erm313

20.Zakharov A.B., Besschetnov V.P. Anomalies of Birch (Betula) Branching in Protective Forest Belts of Highways. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 95–104. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.5

Ссылка на английскую версию:

Application of the Adobe Photoshop Software Package in Leaf Blade Area Measurement of Woody Plants

APPLICATION OF THE ADOBE PHOTOSHOP SOFTWARE PACKAGE IN LEAF BLADE AREA MEASUREMENT OF WOODY PLANTS

Ramis N. Babaev, Postgraduate Student; ResearcherID: ABE-8753-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1604-5505
Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, prosp. Gagarina, 97, Nizhny Novgorod, 603107, Russian Federation; e-mail: lp-ram17@yandex.ru

Abstract. There are a number of applied methods for determining morphometric parameters, including the area of leaf blades of woody plants: millimeter graph paper method, method of direct measurements, punching method, and planimetric method. The analysis and practical application of the methods in the test mode revealed their shortcomings related to inaccuracy of measurements, experiment duration, and equipment inaccessibility. Many researchers have successfully acquired digitized images. However, capturing the parameters of the considered structure from the monitor screen is often impossible due to the low availability of morphometric programs and their high cost. The purpose of the work is to evaluate the effectiveness of existing methods for determining the area of leaf blades on the example of the birch genus (Betula L.) trees and to accumulate the algorithm for determining morphometric parameters of birch leaf blades in the Adobe Photoshop software package. We have developed a method for determining morphometric parameters of leaf blades of woody plants using the Adobe Photoshop software package. The research subject is the leaf blades of birch trees. This method requires: blank A4 sheets; a ruler with an angle of 90°; transparent adhesive tape (scotch tape); and a scanner. We draw a reference square of random (but fixed) dimensions in a random corner of each sheet, step by 10 mm from its borders, on a blank A4 sheet using a ruler with an angle of 90°. The square is placed strictly parallel to the sheet borders. Then, leaf blades of the desired wood species are attached to the sheet with scotch tape. Using the scanner, we convert the workpiece into electronic form and upload the image to Adobe Photoshop. In order to receive morphometric parameters, you can use the following program tools: “ruler”, “magic wand”, “magnetic lasso tool”. At the same time, it is possible to automatically select the borders of the studied object, which helps to avoid subjective errors. The resulting measurements are displayed in pixels and then converted to the required units. The obtained data is verified using the reference square. Verification showed that the method accuracy is more than 99.9 %. The proposed method allows to perform fast and accurate measurements of morphometric parameters of leaf blades, without requiring the purchase of expensive equipment, which makes it available to any researcher who faces with the task of measuring the surface of leaf blades of woody plants.

For citation: Babaev R.N. Application of the Adobe Photoshop Software Package in Leaf Blade Area Measurement of Woody Plants. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 5, pp. 185–191. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-185-191

Keywords: Adobe Photoshop, silver birch, morphometric parameters, leaf blade area

---

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license • The author declares that there is no conflict of interest