采用染色示踪技术的土壤优先流自动分割与量化系统

针对土壤染色图像色度不一致、染色/非染色区域对比度低的特点,以及现有土壤染色图像分割方法自动化程度弱的问题,该研究提出一种土壤优先流自动分割与量化系统。该系统采用基于H分量改进的模糊C均值方法(Fuzzy C-Means Based on H Component and Morphology,HM-FCM)实现染色区域的自动分割,运用数学统计法提取总染色面积比、基质流深度、优先流比等特征参数,实现对土壤染色区域的量化分析,以揭示优先流的发育程度。并基于2种林地染色图像验证了系统性能。试验结果表明:1)HM-FCM法对于天然次生林和榛子林图像均具有最佳分割效果,其分割准确率为87.9%和83.3%,调和平均值为90.5%和80.3%;2)2种林地土壤染色区域总体集中于0~50 cm土层,优先流具有不同发育程度(P<0.05)。该系统可为优先流路径的空间演变提供技术支持和理论依据。

低山丘陵区不同土地利用方式田内-田埂土壤优先流特征

为探究低山丘陵地区优先流形态特征,该研究以南方典型低山丘陵区—江苏省南京市江宁区三种典型土地利用方式(水田、旱地和林地)为研究对象,采用野外亮蓝染色示踪试验结合室内图像处理的方法,定量分析不同位点(田内、过渡带、田埂)土壤染色面积比、染色路径和优先流类型差异。结果表明:各土地利用方式下土壤染色面积比(stained area ratio,SAR)随着土层深度的增加急剧降低,水田平均SAR高于旱地和林地,SAR差异主要体现在20~40 cm,不同位点平均SAR总体表现为田内高于过渡带和田埂;各样地不同位点染色路径数(staining path number,SPN)随着土层深度的增加先增大后减小,整个剖面平均SPN林地最多,且大部分分布于田内,水田和旱地各位点平均SPN分布则相反。各土地利用方式下田内、过渡带水流类型0~15 cm为均质流/非均质指流,15 cm以下均为高相互作用大孔隙流,田埂水流类型为高相互作用大孔隙流。水田的SPN和SPW<4 mm占比(SPW:stained path width,染色路径宽度)最大;不同位点下田内SAR、SPW较其余两个位点大;除SPW<4 mm占比以外,其余指标都随着土层深度的增加而减小。水分渗漏路径显示,水田田埂垂直渗漏和侧向渗漏明显;旱地田埂仅有垂直渗漏发育;林地田埂垂直渗漏较强,侧向渗漏发育不明显。为提高南方典型低山丘陵区的水肥利用效率、减少水土流失,可以通过控制水田土壤水分含量,减少稻田干湿交替下的裂隙发育,破除旱地犁底层,定期清除旱地和林地田埂内、外侧杂草,减少动物孔穴等措施。