基于同步辐射微ct研究不同利用年限水稻土团聚体微结构特征

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1、第27卷第12期农业工程学报Vol.27No.122011年12月TransactionsoftheCSAEDec.2011343基于同步辐射微CT研究不同利用年限水稻土团聚体微结构特征11※1122周虎，彭新华，张中彬，王亮亮，肖体乔，彭冠云（1.土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京210008；2.上海光源（中国科学院上海应用物理研究所），上海201204）摘要：同步辐射微CT（SRμ-CT）可以无损获取高分辨率、强对比度的内部结构图像，是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段。本研究采集了种植水稻20a和40a后表层土壤团聚体样品，应

2、用SRμ-CT扫描获取了9μm分辨率的团聚体内部结构图像，然后应用CT图像处理方法和3DMA-Rock软件观察并定量分析了团聚体微结构特征。随着种植水稻年限的增加，土壤有机质含量和全氮含量显著增加，团聚体孔隙数量和孔隙度显著增加，比表面积显著增大。种植水稻20a的土壤团聚体呈现致密的黏闭结构，而种植水稻40a的土壤团聚体具有由团粒状小团聚体构成的复杂多孔微结构。结果表明随着种植年限的增加，团聚体微结构和土壤质量明显改善。关键词：土壤，团聚体，微结构，微CT，水稻土，孔隙doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.12.064中图分类号：S152

3、.4文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-12-0343-05周虎，彭新华，张中彬，等.基于同步辐射微CT研究不同利用年限水稻土团聚体微结构特征[J].农业工程学报，2011，27(12)：343－347.ZhouHu,PengXinhua,ZhangZhongbin,etal.Characterizationofaggregatemicrostructureofpaddysoilscultivatedfordifferentyearswithsynchrotronbasedmicro-CT[J].TransactionsoftheCSAE,2011

4、,27(12):343－347.(inChinesewithEnglishabstract)可以进行高分辨率的三维成像，为三维土壤微结构研究0引言提供了条件。本研究利用上海光源SRμ-CT，分析了不同旱地红壤改为水田后，每年经历一系列淹水还原和利用年限水稻土团聚体的三维微结构特征。排水氧化的交替过程，同时还受到耕作、施肥等人为管1材料与方法理措施的影响。土地利用方式的转变极大地影响了土壤[1]的自然成土过程，改变了土壤性质。对不同利用年限下1.1试验点与样品采集[2-6]水稻土的化学和生物学性质已经开展了大量的研究，采样点选在江西省鹰潭市余江县（116°55′E，但是

5、对土壤物理性质，尤其是土壤团聚体微结构的研究28°15′N），属亚热带季风气候区，年均气温17.7℃，年则报道很少。均降雨量1785mm。土壤类型为红壤性水稻土，质地为团聚体是土壤结构和功能的基本单元，其微结构特黏壤土。种植作物为水稻，一年两熟制。选取种植水稻征对土壤水分运移、养分循环和微生物活动等具有重要年限分别为20和40a的两块试验田，于2010年6月采[7]意义。研究团聚体内部结构的传统方法是制作土壤薄集表层（0～10cm）混合土样。每块田选多点采样，样片，在显微镜下观察，并利用数字图像处理方法进行定品混匀后随机选择3个直径约为5mm大小的团聚体，在[8-9]

6、量分析。但是这种方法仅局限于二维团聚体结构的研CT扫描之前置于冰箱中4℃下保存。在采集、运输和试[10]究，而且在制作薄片过程中会引起土壤结构的收缩。验过程中注意防止破坏团聚体结构。其余土样风干后过近年来，以CT扫描为代表的无损探测技术已经成为国际筛，用于土壤理化性质测定。上研究三维土壤结构的重要手段。中国学者也利用医学1.2CT扫描和图像重建[11-12]CT开展了土壤大孔隙结构方面的研究。但是医用CT试验利用上海光源生物成像线站的SRμ-CT完成，光分辨率较低，不能分辨团聚体微结构的细节特征。2009子能量设置为28Kev，分辨率为9μm。将样品固定在样年，我国上

7、海光源（ShanghaiSynchrotronRadiation品台上，样品台在水平方向从0到180°匀速旋转。在旋Facility，SSRF）建成并正式运行，其生物成像线站SRμ-CT转过程中，X光透过样品并发生衰减，利用CCD采集衰减后的信号并存储为tiff格式12位投影图像（图1a），收稿日期：2011-04-11修订日期：2011-06-15每个样品约采集2000张图像。图像重建利用上海光源基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（2011BAD31B04）；国家自然科CTProgram软件完成。首先将12位投影图像转换为16学基金（411012