[發明專利]一種提取荒漠植被根系優先水流運動過程的方法

在審

• 申請號: 201910371909.0
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110132964A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張勇勇;趙春;趙文智;賈昂元
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N1/30
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發明涉及一種提取荒漠植被根系優先水流運動過程的方法，屬于生態水文學領域，包括：染色圖像采集，染色圖像標記，染色圖像校正，染色圖像裁剪，設置每張圖像閾值的上下限；對圖像進行閾值分割，將每張圖像分割為染色區和非染色區得到二值化圖像，將二值化圖像的整個區域進行矩形等分網格劃分，形成Shp文件，統計圖像每個矩形網格中黑白屬性值的個數，計算優先水流運動特征參數，將計算得到的優先水流運動特征參數值添加到相應含坐標的染色黑白圖像中，按照時間順序重新組合，以視頻形式顯示優先水流的運動全過程。本方法簡便，可操作性強，可以重建荒漠植被根系優先水流運動過程和特征參數的變化過程。

技術領域

本發明涉及一種提取荒漠植被根系優先水流運動過程的方法，屬于生態水文學領域。

背景技術

根系是荒漠植被生長的水分、養分來源,在生態系統生態學及全球變化研究中備受關注，根系的空間分布特征影響著荒漠生態系統的水分平衡和礦質元素的生物地球化學循環。干旱區灌木植被根系在荒漠生態水文效應方面有重要的貢獻作用，一方面通過“生物鉆孔”的方式使得土壤變得松散，形成根—土間隙；二是易腐爛的根系形成管狀空腔，這些根系孔隙，提高了土壤的孔隙率，增強了灌叢植被根區附近土壤的導水能力，促進土壤水分優先入滲，減少地表徑流及其侵蝕過程。

在干旱荒漠區，根系孔隙的存在改變了灌叢附近土壤水分時空分布，影響著干旱區深層水分補給過程。灌木植被冠層對降雨進行了重新分配，冠層截留形成的莖流使降雨匯集于灌叢基部，通過根系孔隙作用優先到達土壤深處，此過程成為干旱區植物水分、養分的重要來源。固沙植物冠幅下方的土壤水分、養分較高，有利于干旱區種子定居和萌發，影響著荒漠植被分布和組成。因此需要認識荒漠植被根系優先水流的運動過程，其為干旱區土壤水分補給提供了優先通道，對促進干旱區斑塊化植被恢復格局有重要的現實意義。目前關于荒漠植被根系優先水流的運動過程監測較難，通常采用土壤水分觀測反演優先水流運動，觀測過程不連續，且研究結果精度低。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種提取荒漠植被根系優先水流運動過程的方法。該方法簡便，可操作性強，可以重建荒漠植被根系優先水流運動過程和特征參數的變化過程。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種提取荒漠植被根系優先水流運動過程的方法，包括以下步驟：

步驟1，染色圖像采集：在荒漠灌叢根區進行染色示蹤試驗，試驗結束后，開挖土壤剖面獲取連續性的染色圖像數據；

步驟2：染色圖像標記：將在不同時間點獲取的連續性染色圖像進行時間標記；

步驟3：圖像校正：對獲得的扭曲染色圖像進行幾何校正；

步驟4：圖像裁剪：裁剪染色圖像的中心研究區域；

步驟5：閾值設置：通過圖像全局目視解譯，設定每張圖像閾值的上下限；

步驟6：圖像二值化：對圖像進行閾值分割，將每張圖像分割為染色區和非染色區得到二值化圖像；

步驟7：圖像網格化：將二值化圖像的整個區域進行矩形等分網格劃分，形成Shp文件；

步驟8：圖像屬性統計：統計圖像每個矩形網格中黑白屬性值的個數；

步驟9：計算優先水流運動特征參數，得到土壤剖面染色百分比、基質流入滲深度、優先流比例、長度指數和優先流運移值；

步驟10：組合重建植被根系優先水流的運動過程：將步驟9計算得到的優先水流運動特征參數值添加到相應含坐標的染色黑白圖像中，按照時間順序重新組合，以視頻形式顯示優先水流的運動全過程。

進一步的，步驟1中染色示蹤試驗結束后，垂向開挖土壤剖面，每隔12h，剖面間隔20cm，逐次挖取并鏟平垂直土壤染色剖面，使用相機拍照記錄此刻水流染色圖像，依次進行拍照，直到48h。