全 文 ：收稿日期:2013-01-21
基金项目:国家自然科学基金（编号: 41272026）资助
作者简介:万震（1985～）, 男, 山东淄博人，兰州大学在读硕士，从事古生物与地层学研究。 E-mail：wanzhen1xie@163.com
2013
第 22 卷 第 2 期
2013
Vol.22 No.2
甘 肃 地 质
GANSU GEOLOGY
文章编号：1004-4116(2013)02-0033-0005
甘肃宝积山盆地上三叠统舌叶属化石
形态模型建立初探
万 震，赵海钧，刘 洁，马福军
（兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃 兰州 730000）
摘 要：本文试用数码相机，图形处理和数据分析软件相结合的方法，对采集于甘肃省白银市宝积山盆地上三
叠统南营儿组舌叶属化石叶片进行数字化， 获得其叶形的主要基本参数数据， 使用数据分析软件建立舌叶属叶片
上、下边缘函数曲线模型，利用模型对舌叶属化石叶片特征进行讨论，进而对保存不完整的叶片原形进行恢复，结果
表明重建的化石形态与原叶片宏观特征吻合程度很好， 建立叶片数学模型方法恢复不完整保存舌叶整体形态具有
可行性。
关键词：舌叶；宝积山盆地；形态模型；上三叠统
中图分类号：P52 文献标识码：A
1 前言
目前， 古生物学家利用植物与环境变化的敏感
性， 通过植物化石叶片来恢复古环境。 值得注意的
是，通过对化石叶片的叶片形状、叶缘的特征、大小
等特征分析，并与现生的相近植物种类进行对比，可
用来恢复地质时期的古环境 ［1-5］。 但由于保存的原
因，采集的化石叶片多数不完整，这就给用化石叶形
来重建古环境带来一定困难。因此，利用现代技术方
法和手段建立计算机数据模型， 恢复不完整化石叶
的总体特征，成为古植物学研究的主要内容之一。近
些年，对于现生植物叶片而言，也有研究人员用不同
的方法建立叶片模型， 例如， 对大豆叶片边缘曲线
模型的建立［6］、 对银杏类叶部化石进行建模分类 ［7］，
还有很多其他的模型建立［8-10］。运用数字化的叶片模
型， 主要可以用以下几个叶片参数和特征提取来完
成植物叶片的计算机识别系统 ［11］，主要包括：长宽
比、最宽处位置、叶基部凹陷程度、叶缘及叶裂特征。
对于化石叶片， 特别是已经灭绝的化石的叶片模型
的分析则相对较少。
近来，在甘肃省白银市宝积山盆地的上三叠统南
营儿组［12，13］中采集到了舌叶科（Glossophyllaceae）、舌
叶属 （Glossophyllum） 的陕西舌叶 （Glossophyllum
shensiense）化石［14-22］，其中大多数叶片化石保存不十
分完整，都有或多或少的缺失，故本论文将对保存完
好的那部分叶片化石进行数据化，建立模型，以此来
恢复不完整舌叶属（Glossophyllum）的叶片的叶形，
探讨这种建模方法的可行性。
2 材料与方法
2.1 材料选取
甘肃省白银市宝积山盆地中生代地层发育较
好，含有巨厚的上三叠统南营儿组，该组地层沉积具
韵律性，植物化石较丰富，包括真蕨类、有节类、种子
蕨类、苏铁类、银杏类、松柏类等，其中以真蕨类属种
最多。对采集回来的银杏类舌叶化石进行鉴定，确定
其分类位置为舌叶科 （Glossophyllaceae）、 舌叶属
（Glossophyllum）、 陕西舌叶 （Glossophyllum shen-
siense）（图1），当前化石主要特征为全缘，有少量化
石在叶的前端出现有裂缺的现象。 化石保存于兰州
第 22 卷甘 肃 地 质
图1 化石照片定位
Fig．1 Positional photo of fossil
大学地质科学与矿产资源学院古生物学与地层学实
验室。
在对化石进行处理前， 应当筛选出叶片边缘保
存较完整的标本， 以便能看清叶片边缘的延伸方
向。 选定好化石标本后， 对化石进行拍照处理， 一
定注意放好标尺， 最好让标尺与叶片的水平轴的走
向平行， 这样方便接下来建立模型过程中建立坐标
的操作。
2.2 仪器与软件
本文所用仪器为：数码相机FUJIFILM S9600；软
件为 ：ADOBE PHOTOSHOP CS3 Extended 10.0版 、
GetData Graph Digitizer version 2.23、Microsoft Excel
2003、Scilab 5.3.3软件。
3 建立模型
本次分析主要对每一块化石标本进行长宽测
量， 通过保存下来的叶片边缘建立几种函数曲线模
型，再用Scilab软件恢复出完整的曲线图形，进而恢
复出化石叶片边缘的原形态， 然后运用恢复出来的
几种曲线与原化石进行对比， 对比曲线与原化石的
符合性。以此类推，对所采集回来的化石都进行如上
操作，主要包括如下过程。
3.1 相片处理
通过对采集回来的舌叶化石标本进行拍照处
理， 并把照片按照原来的大小放到PHOTOSHOP中
进行旋转定位（图1），以便进行下一步的处理。 并注
意在照片里面添加一个与比例尺同等大小的正方形
小方格， 这一个小方格就代表是以1cm为长，1cm为
宽的标尺，放到照片中适当的位置，以便在下一步操
作中的建立坐标。为了能更好地反映叶片特征，这里
将照片倒转，得到另一张图形，对应地建立模型，起
到对化石的正副面进行对比的效果。
3.2 获取数据
把 定 位 好 的 化 石 照 片 放 到 GetData Graph
Digitizer软件中，参考马福军等［23］操作步骤，以1cm刻
度为标尺建立坐标轴。获取叶片两侧边缘坐标，为了
叶片 上边缘 叶片 下边缘
点号 X 轴 坐标 Y 轴 坐标 点号 X 轴 坐标 Y 轴 坐标
1 -0.33 3.03 1 2.23 1.89
2 -0.24 3.06 2 2.38 1.87
3 -0.12 3.07 3 2.50 1.85
4 0.21 3.13 4 2.59 1.83
5 0.32 3.14 5 2.65 1.83
6 0.44 3.15 6 2.73 1.81
7 0.59 3.17 7 2.81 1.80
8 0.74 3.18 8 2.88 1.79
9 0.86 3.20 9 2.96 1.78
10 0.99 3.20 10 3.02 1.76
11 1.12 3.21 11 3.07 1.75
12 1.26 3.23 12 3.13 1.74
13 1.42 3.25 13 3.20 1.73
14 1.57 3.26 14 3.28 1.72
15 1.76 3.29 15 3.37 1.72
16 1.90 3.30 16 3.44 1.71
17 2.28 3.29 17 3.52 1.71
18 2.41 3.29 18 3.62 1.70
19 2.58 3.29 19 3.73 1.69
20 2.79 3.30 20 3.83 1.70
21 3.09 3.29 21 3.92 1.70
22 3.29 3.28 22 4.04 1.69
23 3.55 3.25 23 4.14 1.68
24 3.81 3.22 24 4.24 1.69
25 3.70 3.24 25 4.34 1.69
26 3.44 3.27 26 4.47 1.69
27 3.20 3.28 27 4.64 1.70
28 3.96 3.21 28 4.92 1.71
29 4.08 3.21 29 4.78 1.72
30 4.22 3.20 30 5.06 1.72
31 4.39 3.18 31 5.19 1.74
32 4.52 3.16 32 5.27 1.75
33 4.66 3.13 33 5.35 1.76
34 4.78 3.10 34 5.44 1.78
35 4.89 3.07 35 5.51 1.80
36 5.06 3.05 36 5.60 1.82
37 5.19 3.04 37 5.67 1.84
38 5.36 3.02 38 5.80 1.86
39 5.97 1.90
40 6.08 1.95
表1 Glossophyllum 叶片边缘取点坐标
Table 1 Data points coordinate of Glossophyllum edge
34
第 1 期
图3 散点图加趋势线（叶片下边缘）
Fig．3 Scatter diagram with trend line （the lower edge of leaf）
测验边缘曲线的吻合度，做几组对比。如，获取30、40
或50个点的坐标数据。结果表明，取30个点一组的模
型建立过程中，会出现曲线吻合度不高的情况，而取
40个点的一组和取50个点的一组的模型建立过程
中，曲线吻合度相当。 如为方便操作，取40个点就已
经足够， 但为能够较准确地得到叶片边缘的走向趋
势线，应当尽量按照保存下来的叶片部分进行取点，
在叶片边缘保留不清晰的部位不能取点。 这样才能
保证趋势线与叶片边缘的吻合度。 所取的点的坐标
如表1所示。
3.3 数据分析
把表1数据导出到Microsoft Excel 2003 中的数
据进行相关性分析，画出数据X、Y散点图，并添加趋
势线（图2、3）。 在趋势线的格式定义方面，叶片边缘
曲线定义为三次方程 ［6］，因此本次分析运用三次方
程来做函数图像，其中相关系数R2=0.985 1，这就表
示，该散点图与每个坐标的吻合度较高。
3.4 恢复曲线模型
将制作好的趋势线函数表达式按照相应命令输
入到Scilab软件中，得到相应区间的函数图像。 为了
得到叶片的基本形态， 把上下边缘的曲线列入同一
张图中，由此可以得到相应的叶片形状（图4）。 值得
注意的是，在定义X轴和Y轴的图像区间时，必须根
据原化石标本的叶缘大致走向区间来拟定， 尽量获
得比较适宜的，能够反映完整叶片的区间的模型。
3.5 模型与叶片的拟合
按照上述操作得到叶片恢复的模型后， 将原来
在叶片化石边缘上所取得那段曲线图放到现在已经
得到的模型上，得到两个图像的拟合图像，即，本论
文所需的成果图，针对化石标本的处理，最后得到的
成果图如下面的图5所示。
在此基础上，按照同样的操作，对尽可能多的叶
片化石进行处理，最终得出的模型拟合图（图6）。
4 讨论
本文对陕西舌叶的叶片化石标本进行了处理，
并由不完整的化石标本建立了叶片原形模型。 针对
此次的宝积山陕西舌叶化石的叶片模型形态和拟合
状况来看， 建立该种模型对叶片原形的恢复存在可
行性的。 而且，该种模型的建立相对比较便捷，如果
图5 模型与叶片的拟合图
Fig．5 Fitting model with leaf
（注：图中的细线部分所表示的是通过模型建立而得到的叶片形态，
而上、下两条曲线中的点线部分为叶片化石标本边缘原始形态。 ）
图2 散点图加趋势线（叶片上边缘）
Fig．2 Scatter diagram with trend line （the upper edge of leaf）
图4 叶片原形恢复
Fig．4 Reconstruction of the original shape of the leaf
万震等：甘肃宝积山盆地上三叠统舌叶属化石形态模型建立初探 35
第 22 卷甘 肃 地 质
图6 化石与模型恢复对比图
Fig．6 The comparison between fossils and models
标本编号 化石原图 拟 合 图
标本
I
（A）
标本
I
（B）
标本
II
（A）
标本
II
（B）
标本
III
（A）
标本
III
（B）
再经过更进一步的完善，则可以的到更好的效果。
参 考 文 献
［1］ Eugene R. Perrier，Alan Aston，Gerald F. Arkina. Wind Flow
Characteristics on a Soybean Leaf Compared with a Leaf Model
［J］. Physiologia Plantarum，1973，28（1）：106－112.
［2］ Peter Wilfl，Scott L. Wing，David R. Greenwood and Cathy L.
Greenwood. Using fossil leaves as paleoprecipitation indicators：
An Eocene example［J］. Geology，1998，26（3）：203－206.
［3］ Kathryn M. Gregory， Wodzicki. Relationships between leaf
morphology and climate，Bolivia：implications for estimating
paleoclimate from fossil floras ［J］. Paleobiology，2000，26：668－
688.
［4］ David R. Greenwood，Peter Wilf，Scott L.Wing and David C.
Christopel. Paleotemperature Estimation Using Leaf -Margin
Analysis：Is Australia Different? ［J］.PALAIOS，2004，19：129 ~
142. ［27］ Inna A. D Dobruskina. Lunz flora in the Austrian
Alps -a standard for Carnian floras ［J］. Palaeogeography,
Palaeoclimatology, Palaeoecology 1998，143：307－345.
36
第 1 期
PRELIMINARY STUDY ON FOSSIL MORPHOLOGY
MODEL OF Glossophyllum FROM THE UPPER
TRIASSIC OF BAOJISHAN BASIN IN GANSU
WAN Zhen， ZHAO Hai-jun， LIU Jie， MA Fu-jun
（School of Geological Sciences and Mineral Resources Earth Sciences,
Lanzhou University, Lanzhou 730000， China）
Abstract: A new method, combining with digital camera, graphics processing and data analysis software, is
used for reconstructing the leaf shape of the incomplete Glossophyllum fossils from the Upper Triassic Nayinger
Formation in Baojishan basin, Baiyin City, Gansu Province. In order to get the basic parameters of the leaf, all
fossils must be digitized. Based on the data-analyzing software, the function curve models of upper and lower
margins of the digitizing leaf were obtained. Then the features of the fossil Glossophyllum leaf were discussed
according to the model. It shows that the digitized shapes are coincided with the original shapes from the fossils.
The method to establish mathematical model to reconstruct the incomplete shape of the fossil leaf is feasible.
Key words: Glossophyllum; Baojishan basin; Morphology model; the Late Triassic
［5］ Dana L. Royer，Peter Wilf，David A. Janesko，Ellizabeth A.
Kowalski，and David L. Dilcher. Correlations of Climate and
Plant Ecology to Size and Shape：Potential Proxies for the Fossil
Record ［J］. American Journal of Botany，2005，92 （7）：1141－
1151.
［6］ 谢秋菊，苏中滨，孙红敏 .大豆叶片三维重建及形变技术研究
［J］. 农机化研究，2011，9：220－223.
［7］ 米家榕，苑清扬，孙春林. 几种银杏类叶部化石的计算机分类
［J］. 植物学报，1991，33（4）：297－303.
［8］ 张林，罗天祥. 植物叶寿命及其相关叶性状的生态学研究进展
［J］. 植物生态学报，2004，28（6）：844－852.
［9］ 苏礼楷，王小铭. 基于轮廓特征检测的植物叶几何建模［J］. 华
南师范大学学报（自然科学版），2009，4：39－42.
［10］ 毛伟，李玉霖，张铜会，等. 不同尺度生态学中植物叶性状研究
概述［J］. 中国沙漠，2012，32（1）：33－41.
［11］ 朱静，田兴军，陈彬，等. 植物叶形的计算机识别系统［J］. 植物
学通报，2005，22（5）：599－604.
［12］ 甘肃省地层表编写组 . 西北地区区域地层表—甘肃省分册
［M］. 北京：地质出版社，1980：173－195.
［13］ 甘肃省地质矿产局. 甘肃省区域地质志.区域地质, 第19号［M］.
北京：地质出版社，1989：224－239.
［14］ 梅美堂，田宝霖，陈晔，等. 中国含煤地层植物群［M］. 北京：中
国矿业大学出版社，1989：89－110.
［15］ 斯行健. 甘肃固原延长层的发现［J］. 古生物学报。 1956，4（3）：
285－294.
［16］ 斯行健. 中国科学院古生物研究所编. 陕北中生代延长层植物
群［M］. 中国古生物志, 新甲种，第5号，总139册. 北京：科学出
版社， 1956：109－121.
［17］ 王自强，王立新. 华北石千峰群早三叠世晚期植物化石［J］. 山
西地质，1990，6，5（2）：97－154.
［18］ 西安地质矿产研究所. 西北地区古生物图册. 陕甘宁分册（三）.
中、新生代分册［M］. 北京：地质出版社， 1982：78－86.
［19］ 徐仁，朱家柟，陈晔，等． 中国晚三叠世宝鼎植物群［M］. 北京：
科学出版社， 1979：65－67.
［20］ 阎同生. 甘肃省宝积山晚三叠世植物群与古地理研究 ［J］. 地
理与地理信息科学，2006，22（1）：103－108.
［21］ 章绍尧，丁炳扬. 浙江植物志编辑委员会. 浙江植物志（总论）
［M］. 浙江：科学技术出版社，1993.
［22］ 中国科学院北京植物研究所， 南京地质古生物研究所编写组.
中国植物化石（二）. 中国中生代植物化石［M］. 北京：科学出版
社，1974：67－84.
［23］ 马福军 ， 万震 ， 闫德飞 . 兰州盆地渐新统化石 （Populus
Davidiana Dode）数据化初探［J］.甘肃地质，2012，21（2）：6－9.
万震等：甘肃宝积山盆地上三叠统舌叶属化石形态模型建立初探 37