廣州市稻田土壤大孔隙特征研究

何沖祝　余長(zhǎng)洪　陳曉茵

摘要 以廣州市增城區(qū)、蘿崗區(qū)稻田土壤為對(duì)象，運(yùn)用數(shù)字圖像制備分析技術(shù)對(duì)廣州市稻田土壤進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)構(gòu)建土壤大孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)的因素，對(duì)廣州市增城區(qū)、蘿崗區(qū)稻田土壤大孔隙結(jié)構(gòu)在土壤縱斷面上的演變情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明：由于土壤所處時(shí)期不同，大孔隙數(shù)目、大小和形狀在橫斷面上和縱斷面上的分布是不同的。土壤大孔隙在0.011～0.019 cm區(qū)間的孔隙數(shù)量占比最大，同一地區(qū)土壤不同孔隙直徑沿深度變化相似，都是土層深度越深，大孔隙度越小。

關(guān)鍵詞 稻田土壤；數(shù)字圖像；大孔隙；特征；廣東廣州

中圖分類號(hào) S152.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）04-0178-02

大孔隙（macropore）是土壤中普遍存在的，其是土壤水分和養(yǎng)分等物質(zhì)進(jìn)行交換和運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ繹1]。因此，研究大孔隙對(duì)評(píng)估土壤污染物風(fēng)險(xiǎn)，確定灌溉、施肥以及種植作物方案等提供理論依據(jù)，對(duì)稻田大孔隙的研究能夠?yàn)檗r(nóng)地實(shí)施有效耕作措施提供必要的參考[2]，同時(shí)也可以為研究同類型的問(wèn)題提供參考意見(jiàn)。

1 材料與方法

1.1 土柱制備

1.1.1 原狀土取樣。本研究的研究區(qū)域?yàn)閺V州市，研究采樣點(diǎn)選定在增城區(qū)和蘿崗區(qū)，時(shí)間分別為2016年3月29日和2016年4月20日，所取土壤均為處于生育期剛收割完的稻田土。取土方法是利用PVC管（內(nèi)徑11 cm，壁厚2 mm）在土壤深度20 cm處進(jìn)行垂直取樣，取樣時(shí)一定要避免擾動(dòng)取樣點(diǎn)土壤造成試驗(yàn)誤差[3]。當(dāng)PVC管達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，將環(huán)繞PVC管周圍土壤挖開(kāi)，削土刀將土柱從根部切斷，即得到試驗(yàn)用的原狀土柱，過(guò)程必須保持土壤穩(wěn)定性。

1.1.2 土柱浸漬。對(duì)獲取的土樣進(jìn)行風(fēng)干處理后，緩慢間隔加入環(huán)氧樹(shù)脂和T-31型環(huán)氧固化劑（鳳凰牌，2∶1的配置）進(jìn)行浸泡，然后使用分析純丙酮（CH3COCH3，ρ=0.70 g/mL）稀釋土樣，在稀釋的同時(shí)加入染色劑亞甲基藍(lán)，當(dāng)加入的環(huán)氧樹(shù)脂和T-31型環(huán)氧固化劑穩(wěn)定高于土樣表面高度0.5 cm后，土柱浸漬工作完成。

1.2 圖像獲取

靜置完成后用切片厚度為1 mm的切割機(jī)沿管長(zhǎng)每2 cm進(jìn)行切片，將切割好的土樣切片直接置于掃描儀（EPSON）上，以1 200 dpi的掃描分辨率，真彩式模式將土樣切割面掃描輸入計(jì)算機(jī)，獲取切片截面圖像。

1.3 圖像處理

應(yīng)用Photoshop和Image-Pro Plus軟件對(duì)已獲取的圖像進(jìn)行分析處理。使用Photoshop軟件進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像保持在1 200 dpi像素，以PVC管圓心為原點(diǎn)分劃出半徑為8 cm的圓形土樣，接著使用Image-Pro Plus處理，為了區(qū)分土體基質(zhì)和孔隙，將圖像轉(zhuǎn)化為黑白二元化，此時(shí)黑色區(qū)域代表孔隙，白色區(qū)域代表土壤基質(zhì)。隨后用軟件自帶的識(shí)別統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)出孔隙的數(shù)量、孔徑、面積[4]。為了便于分析，按平均孔徑由小到大的方式劃分9個(gè)不同區(qū)間的孔隙級(jí)別，同時(shí)將超過(guò)區(qū)間及小于0.005 cm的孔隙排除。在同一區(qū)間內(nèi)，孔徑取平均孔徑的平均值，用 r 表示，面積在同一區(qū)間內(nèi)求和。以平均孔徑為基礎(chǔ)劃分的區(qū)間在對(duì)黏性土微觀孔隙結(jié)構(gòu)定量研究方面非常有代表性[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)比2個(gè)地區(qū)大孔隙區(qū)別

將2個(gè)地區(qū)不同孔徑等級(jí)的孔徑數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出圖1。就圖表中的等級(jí)進(jìn)行說(shuō)明分為9個(gè)等級(jí)：0.005～0.008 cm、0.008～0.009 cm、0.009～0.010 cm、0.010～0.011 cm、0.011～0.013 cm、0.013～0.019 cm、0.019～0.027 cm、0.027～0.100 cm、0.10～0.56 cm。

由圖1可知，蘿崗區(qū)的孔隙數(shù)量整體開(kāi)始緩步上升（0～5 000個(gè)），中間陡增（5 000～25 000個(gè)），中后期先后經(jīng)歷小幅下降（從25 000個(gè)降至15 000個(gè)），等級(jí)7到等級(jí)8小幅上升，后期驟減。增城區(qū)孔隙數(shù)量曲線整體開(kāi)始增長(zhǎng)快速后（0～7 500個(gè)）保持?jǐn)?shù)量一定（7 300～7 500個(gè)），中期快速增長(zhǎng)（7 500～30 000個(gè)），中后期先驟減（從35 000個(gè)降至15 000個(gè)），在等級(jí)7到等級(jí)8區(qū)間孔隙數(shù)量處于穩(wěn)定，后期快速下降。

2處土壤都呈現(xiàn)先緩慢增加再快速上升，最后分2個(gè)階段下降，但增城區(qū)土壤的前期緩慢增加時(shí)存在“平臺(tái)”，而蘿崗區(qū)土壤在后期下降的過(guò)程中有小幅反彈。土壤大孔隙在0.011～0.019 cm區(qū)間的孔隙數(shù)量占比最大。

2.2 土壤大孔隙沿深度變化分析

由圖2可知，增城、蘿崗兩地土壤均隨著土層深度的加深，大孔隙度逐漸減小。在2～8 cm深度范圍內(nèi)，蘿崗?fù)寥来罂紫抖葴p少幅度大，從15.9%下降到9.7%；而增城土壤則變化較為平緩，從20.6%下降到17.4%。在12～16 cm深度范圍內(nèi)，增城土壤大孔隙度變化幅度大，從14.7%下降到3.1%；而蘿崗?fù)寥绖t呈現(xiàn)出平緩的趨勢(shì)，從7.4%下降到5.7%。2個(gè)地區(qū)土壤中各個(gè)孔徑等級(jí)沿深度的變化曲線相似。蘿崗區(qū)曲線先是呈小幅度的波動(dòng)增加狀態(tài)，到10 cm處開(kāi)始大的波動(dòng)，到16 cm時(shí)又開(kāi)始平穩(wěn)的變化。增城區(qū)曲線先是呈大幅度的波動(dòng)增加，6 cm深度之后趨于平緩，并有下降趨勢(shì)，于12～14 cm有小幅波動(dòng)。

動(dòng)物和植物根系都可以形成管狀大孔隙，增城土壤利用土壤生物活動(dòng)[6]，當(dāng)動(dòng)物活動(dòng)[5]和根系腐爛[7-8]就形成大量的大孔隙系統(tǒng)。因此，增城區(qū)土壤為剛收割完的土壤，前茬栽植的水稻根系大部分腐爛在耕作層中；增城土壤2～12 cm范圍內(nèi)含有豐富的相互連通的孔隙、孔洞和洞穴，是根系、螞蟻和蚯蚓的活動(dòng)所產(chǎn)生的。蘿崗區(qū)土壤已收割完一段時(shí)間，表面已開(kāi)始長(zhǎng)有雜草，表層土存在根系呼吸。微小動(dòng)物活動(dòng)位于淺層根系。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)使用數(shù)字圖像制備分析技術(shù)對(duì)廣州2個(gè)地區(qū)的2類土壤的分布規(guī)律和變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果2類土壤大孔隙系統(tǒng)變化存在著差異，也存在共同點(diǎn)，主要規(guī)律為土壤大孔隙數(shù)目等指標(biāo)在不同的土壤時(shí)期也不相同，土壤大孔隙在0.011～0.019 cm區(qū)間的孔隙數(shù)量占比最大，同一地區(qū)土壤不同孔隙直徑沿深度分布情況相似，兩地土壤均隨著土層深度的加深，大孔隙度逐漸減小。

4 參考文獻(xiàn)

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