[發明專利]一種定量測定土壤顆粒態有機質空間結構的方法

有效

• 申請號: 201910192643.3
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109959602B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉興華;駱永明;章海波;謝寅雨;朱榮生;王誠;王懷中;黃保華;唐茜
• 申請（專利權）人: 山東省農業科學院畜牧獸醫研究所
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01N1/34;G01N23/046
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 韓百翠

本發明公開了一種定量測定土壤顆粒態有機質空間結構的方法。該方法首先通過濕篩分級和密度提取的方法提取土壤中的顆粒態有機質，然后顯微CT技術對顆粒態有機質進行圖像掃描，掃描后的圖像經過去除偽影—計算閾值—圖像分割—三維重構后，從而對土壤有機制形態特征、有機質數量、體積比及體積分布、孔隙大小分布等進行定量測定。本發明首次采用顯微CT技術對土壤顆粒態有機質的空間結構特征進行定量測定，這為土壤學尤其是土壤有機質的深入研究奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及一種定量測定土壤顆粒態有機質空間結構的方法，屬于土壤研究技術領域。

背景技術

土壤顆粒態有機質具有復雜的物理結構特征，國內外目前尚無統一有效的方法直觀定量測定土壤顆粒態有機質的空間結構。國內外學者利用非破壞性的微觀分析技術，比如電子顯微鏡、掃描電鏡-能譜分析技術(SEM-EDX)等手段研究土壤顆粒態有機質的表面形態結構與化學組成。通過這些方法可以發現不同來源、腐殖化程度的土壤顆粒態有機質在電子顯微鏡下呈現出明顯的結構差異，如絮狀結構、層狀結構及層、絮狀相間結構。但是利用電子顯微鏡、掃描電鏡等手段只能從視覺上定性分辨土壤有機質結構的差異性，而有機質空間結構的定量分析、形態結構參數的確定等方面的研究無法實現。

因此，引入一種新的技術手段實現土壤顆粒態有機質結構定量測定是非常有必要的。基于同步輻射的顯微計算機斷層掃描成像(macro-CT)技術可以通過光、電信號轉換的方式捕獲土壤結構的細節特征并進行定量測定，該方法具有快速、成像對比度強、分辨率高的優點。目前，國內外學者多用此技術進行土壤孔隙結構、分布及其優先流關系以及土壤團聚體的分形特征等方面的研究。隨著該方法在應用過程中不斷被優化、升級，逐漸被應用于土壤團聚體的微結構特征分析，比如分析土壤團聚體內部孔隙分形結構的變化等。FlavelR J等運用顯微CT技術和標準方法研究對比了不同磷肥處理的土壤剖面中的谷類根系的分布情況，結果顯示用顯微CT技術在孔隙結構研究方面具有更快速、準確的優點(Flavel RJ,Guppy C N,Tighe M,et al.Non-destructive quantification of cereal roots insoil using high-resolution X-ray tomography[J].Journal of ExperimentalBotany:2012:421)。

但是土壤顆粒態有機質在土壤中分布隨機，結構復雜，定量測定相對困難，需要對土壤顆粒態有機質進行一系列的預處理和實驗方法的優化、改進，因此，目前尚沒有人把該方法應用在土壤顆粒態有機質空間形態結構的測定上，基于前人研究的基礎，發明人首次采用提出采用顯微CT技術對土壤顆粒態有機質的空間結構特征進行定量測定。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種定量測定土壤顆粒態有機質空間結構的方法。該方法首先通過濕篩分級和密度提取的方法提取土壤中的顆粒態有機質，然后顯微CT技術對顆粒態有機質進行圖像掃描，掃描后的圖像經過去除偽影—計算閾值—圖像分割—三維重構等過程分析，對土壤有機制形態特征、有機質數量、體積比及體積分布、孔隙大小分布等參數進行定量。

本發明的技術方案是：一種定量測定土壤顆粒態有機質空間結構的方法，其特征是，包括以下步驟：

1)通過濕篩分級得到大團聚體(250-2000μm)和微團聚體(53-250μm)，然后通過密度提取的方法，分別得到大團聚體的游離顆粒態有機質、微團聚體的游離顆粒態有機質、大團聚體內部結合的顆粒態有機質和微團聚體內部結合的顆粒態有機質；

2)任選一組上面的顆粒態有機質，采用顯微CT對其從0到180°勻速旋轉進行圖像掃描，共采集960幅以上掃描投影圖像，并記錄各角度的掃描投影圖像；

3)對掃描投影圖像經去除偽影、計算閾值和圖像分割處理，將圖像分為孔隙、有機質和土壤礦物質三部分，然后進行三維重構，恢復土壤顆粒態有機質原貌；