利用染色示踪与图像处理术研究根系对土壤大孔隙的影响

以定西安家沟流域油松、柠条根部土壤为例介绍了染色示踪和图像处理技术在土壤大孔隙研究中的应用,分析根系对土壤大孔隙的影响.将配制好的示踪溶液沿树基部渗入土壤,可获得具有颜色深浅不同的土壤染色剖面.土壤孔隙越大,充斥的染料溶液就越多,所染的颜色就越深,反之则浅.据此利用地理信息系统软件ArcGIS和遥感图像处理软件ERDAS对染色土壤剖面图像进行处理并分级计算,计算染色的等级以及染色面积.结果表明染色等级高以及染色面积大的区域一般出现在根系密度较大的地方,并且对染色示踪方法的影响因素进行了讨论.

利用染色示踪和图像处理技术对土壤大孔隙进行定量研究

以太湖地区水稻土为例介绍了染色示踪和图像处理技术在土壤大孔隙定量化研究中的应用。剖面染色的区域是孔隙存在的地方,孔隙的孔径越大,充斥的染料溶液就越多,所染的颜色就越深。据此利用地理信息系统软件ArcGIS和遥感图像处理软件ERDAS对土壤剖面图像进行处理并进行颜色分级。从分级结果中提取代表土壤大孔隙的部分,计算大孔隙的含量。所得结果与土壤各层次的孔隙度、黏粒含量、饱和导水率变化趋势有很好的一致性。并且本文还对染色示踪法土壤孔隙定量的影响因素进行讨论。

不同植被发育斜坡土体优先流特征

以昆明市呈贡新区马卡山云南松和狗牙根两类典型植被发育斜坡土体为研究对象,采用染色示踪试验研究了水分通过斜坡土体大孔隙网络以优先流形式下渗这一过程。对采集到的剖面染色示踪图像进行处理,得到了土体优先流特征参数的变化规律,结果表明:不同植被发育斜坡土体对降雨的响应是不同的;平均染色面积比和染色路径数量在同一深度不同剖面间以及不同深度处同一剖面间均表现出明显的异质性;除了表层2 cm深度范围外,其余深度处云南松发育斜坡土体中平均染色面积和平均染色路径数量比狗牙根的大,说明前者优先流发生和发展较后者活跃。最后,通过对土体中分层根系生物量的测定,发现其与总染色面积比以及染色路径数量随深度增加呈较好的正相关关系,说明斜坡土体中优先流特征与植被根系分布有着密切的关系。

三峡库区不同垂直带森林土壤大孔隙染色实验

降雨过程中森林土壤大孔隙内优先流的发生,是森林植被调蓄径流和保持水土的主要方式。利用染色示踪法,对三峡库区宜昌大老岭-邓村地区不同垂直带内森林土壤大孔隙特征进行了实验研究。结果表明,山地植被-土壤类型的梯度变化使不同垂直带内土壤大孔隙数量差异显著,在土壤垂直剖面内呈现不同分布模式。亚高山阔叶林覆盖的山地棕壤下,土壤剖面染色面积比达62.3%,染色区域主要集中在根系发达的腐殖质层,染料下渗深度较浅。低山针叶林黄壤剖面染色比例低于亚高山阔叶林棕壤,但染料下渗深度较深可达69.5 cm,腐殖质层、淋溶淀积层和母质层间染色比例无显著差异。中山灌丛幼林黄棕壤剖面染色比例和染料下渗深度较小,腐殖质层染色比例显著高于淋溶淀积层,母质层几乎无染色现象。与森林土壤相比,低山弃耕坡地的染料下渗深度和染色面积比显著减小,染色区域集中在耕作表层。植物根孔、母质裂隙、土壤发育程度和土地耕作是造成山地不同垂直带间土壤大孔隙结构差异的主要因素。

山地土壤优先流路径的染色示踪研究

在山地林区开展土壤大孔隙及优先流的实验研究,可深化对森林土壤涵养水源机理的认识,为山区的水土流失防治和植被恢复提供依据。利用剖面染色与图像分析相结合的方法,沿长江三峡大老岭-邓村一线,对山地不同垂直带内土壤优先流特征进行了调查,分析了优先流路径对剖面水分入渗过程的影响。结果显示,中山常绿落叶针阔混交林-山地黄棕壤、低山暖性针叶林-山地黄壤中大孔隙孔径大、分布广,有利于优先流的形成和入渗。受耕作扰动的弃耕土壤中大孔隙结构遭到破坏,优先流路径与森林土壤不同,且渗流强度较弱,染色区域较浅。森林土壤各发生层内优先流特征差异显著,腐殖质层内以洞穴流为主,水分与土壤基质域交换较少,多通过大孔隙快速下渗。淋溶淀积层内洞穴流消失或减弱,侧向渗透增强。低山暖性针叶林-山地黄壤质地较粗,出现以裂隙为主的大孔隙,优先流表现为裂隙流。弃耕土壤各发生层均表现为指流,染色面积随深度减小,侧向渗透基本稳定。植被-土壤垂直地带性分布是山地土壤优先流存在差异的主要原因,山区生态环境建设中应促进土壤优先流路径的发育。

黄土丘陵区典型植物种群下土壤大孔隙特征及其影响因素研究

采用亮蓝(Brilliant blue,FCF)野外染色示踪实验和图像分析技术,研究了陇中黄土高原安家坡流域典型植物种群下土壤大孔隙分布特征及其与植物种群和土壤物理性质的关系。结果表明:6种植物种群下土壤中的大孔隙流不同,大孔隙流使水分在土壤中的运移深度提高了2～3倍;随着土层深度的加深,6种植物种群下土壤的染色面积均呈减小趋势;6种植物种群下土壤中各级别大孔隙以2、3级大孔隙最多,平均占染色面积的29.3%和29.4%,其次是1级和4级大孔隙,分别占17%和19.8%,5级特大孔隙最低,占4.5%。大孔隙分布特征与土壤有机质含量和容重有关。