利用数字叶形态学和单位叶面积质量通过化石叶片重建陆地古气候与古生态

我们的研究重点是理解现代植物的性状与气候及生态之间的关系。通过这些关系，我们可以建立代用指标或模型，用于重建古代植物群落的气候与生态环境。近期的研究集中于探讨植物性状与气候及生态之间关系的生物学、生理学和进化基础，涵盖当今以及过去的情况。

本研究显示，植物性状在单个植物的生命周期以及进化时间尺度上均会对气候和生态作出响应。我们的研究证明，尽管影响植物性状的因素十分复杂，但叶片性状与气候及生态之间仍存在非常显著的经验关系。我们利用这些关系建立了用于重建气候与生态的模型，这些模型已在地球历史不同时期的多种环境中得到应用。

这些方法改进了古气候和古生态的重建，使我们能够更全面地理解陆地生态系统和气候，而这种理解仅通过研究现代地球即可获得。随着气候和生态系统对人类活动影响的响应，这种视角对于理解未来地球的状况至关重要。这是一种基于叶片形态学的方法，意味着它不需要精确的分类学鉴定。

此外，DiLP 采用对连续型叶片特征进行数字化测量，而非定性或分类性测量，从而提高了可重复性，且这些叶片特征与气候具有功能上的关联。首先，将叶片化石置于相机下方，并确保其尽可能平放。拍摄化石叶片照片，并对图像文件进行适当命名。

然后，在图像处理软件中打开一张叶齿图像，其面积在图像中得以保留或可被重建，如有必要，对图像进行裁剪。选择图像，然后选择画布以增加工作区域的宽度。在当前画布的左侧或右侧添加一个新的画布。

现在确定叶片的制备方法，决定是使用整片叶片还是半片叶片进行面积和形状测量。使用套索工具，沿叶片边缘进行描迹，如果存在叶柄，也应包括在内。将选定的叶片部分复制并粘贴到画布的空白区域，制作两份副本，一份为原始副本，另一份作为备份，以便在需要时恢复。

从叶缘的可见部分追踪至其与叶柄相接处，该位置通常颜色较深且无明显叶脉。在此处放置一个套索点，并对另一半叶缘重复此操作。围绕整个叶柄画出选区，以完成选择。

然后，剪切并粘贴叶柄。复制已去除叶柄的离体叶片，并将其放置在画布的空白区域。使用套索工具修剪多余的叶片组织，以确保制备时保留完整的半片叶片；若需制备整片叶片，则保持叶片完整不剪裁。

使用线条或画笔工具，用适当颜色和粗细的线条修复叶片边缘的任何受损区域。对于叶片的锯齿测量，复制该叶片并将其放置在画布的空白区域。使用套索工具去除边缘受损部分相邻的区域。

从损伤区域边缘的某一点开始选择，沿垂直于主脉的方向画一条直线。选择起点应位于靠近损伤处、保存最完整的乳牙窦。沿主脉继续选择，直至与损伤边缘的另一边界齐平。

然后从主脉垂直画一条直线至叶缘。删除叶片的受损部分，并对所有受损区域重复此操作。复制用于齿测量的叶片版本，并将其粘贴至画布的空白区域。

使用套索工具将叶片上的齿状结构去除。从叶尖、裂片尖端或叶片碎片的顶端开始，沿叶片、裂片或碎片依次选择每个主齿的齿间。在选中基部最深的齿间后，应用延伸规则，切除该序列中的最后一个齿状部分。

通过切割并将叶缘锯齿移至叶片旁，去除锯齿，确保移除的锯齿不接触原始叶片。首先打开 ImageJ 软件，并设置自动测量参数。进入“分析”菜单，选择“设置测量”。

然后选择面积、周长和费雷特直径的选项。接着，通过选择“文件”和“打开”来打开已准备好的化石叶片图像。使用直线工具放大比例尺，并在其上尽可能绘制最长的直线。

为设定图像比例尺，点击“分析”并选择“设定比例”。输入比例尺的实际长度（单位：厘米），然后点击“确定”。在数据录入电子表格中，将叶片标记为 0（有齿）或 1（全缘）。

此外，如果存在叶柄，测量叶柄宽度，并将数据记录在数据录入电子表格中。然后，选择图像，输入八位以将叶片图像转换为黑白图像。

转到图像调整和阈值设置。首先，对图像进行阈值分割。通过滑动滑块条，调整阈值，直到叶片内部变为红色，并与背景明显区分开来。

放大叶缘的各个部分以确保准确性。测量已去除叶柄、用于叶面积和叶形测定的叶片时，使用一种工具并点击叶片内部，以黄色线条勾勒其轮廓，确保该轮廓准确反映叶片的形状。通过“分析”和“测量”功能或使用指定的键盘快捷键进行测量，并将数据记录在电子表格中。

进行半叶分析时，在线工具中选择分段线工具，沿人工中周长的整个长度进行描迹。然后点击分析并测量，或使用快捷键来测量人工中周长的长度。记录面积、周长、Feret 直径、最小 Feret 直径以及人工中周长的长度。

在数据录入电子表格中，若测量对象为半片叶子，需将叶面积和最小费雷特直径乘以二进行校正。并根据给定公式计算叶片周长。如果存在切除的叶柄，需测量其切口部分的面积并记录。

测量原始叶片时，使用一种工具选择以黄色标出的叶片内部区域。然后单击“分析”和“测量”，或使用键盘快捷键进行测量。在数据录入电子表格中，将原始叶片的面积和周长记录在指定字段中。

测量内部原始叶片时，选择叶片内部区域，并用黄色标出整个叶片的轮廓。通过点击“分析”和“测量”或使用快捷键进行测量。在数据录入电子表格中对应的字段下记录内部原始叶片的面积和周长。

通过点击阈值框中的“重置”按钮，或使用“编辑”和“撤销”来移除黑白转换等修改，清除阈值以清晰显示叶片。然后，使用分段线工具沿切割边界的全长进行描迹。通过点击“分析”和“测量”或使用快捷键，测量已描迹的边界长度。

为了统计乳牙的数量，首先右键单击点工具以选择多点工具。依次单击每颗乳牙对其进行编号。若需删除误选的点，可在单击该点的同时按住 alt 键或 command（CMD）或 option 键。

在数据录入电子表格中记录乳牙的最终数量。单击“编辑”、“选择”并选择“无”，以清除多点工具的计数和标注。然后，为统计牙齿总数，右键单击点工具并选择多点工具。

依次点击每颗牙齿，包括主齿和副齿，对其进行编号。McAbee H1 和 H2 两个剖面显示的叶片形态均在校准数据集范围内，表明所获得的古气候估算结果具有可靠性。McAbee H1 和 H2 的重建年均温和年均降水量表明该地区为温带季节性生物群系。