[发明专利]一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法

说明书

本发明公开了土壤结构探究技术领域的一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法，包括以下步骤：选取取样地点；供试土样采集；测定基本指标；冻融循环试验；供试团聚体收集；CT扫描；图像处理；验证方案效果；土壤团聚体结构可视化；土壤团聚体结构特征定量分析；本发明利用了同步辐射显微CT技术从微观尺度对冻融条件下的土体及团聚体内部结构进行原位、无损的分析。结合图像处理技术实现冻融条件下土体内部结构的三维可视化，使得土壤孔隙结构的研究更加直接和定量化，利用该技术对冻融作用与土壤结构进行研究。孔隙特征是描述土壤结构的重要因子，对冻融条件下土壤及团聚体孔隙特征的系统性研究是创新点。

技术领域

本发明涉及土壤结构探究技术领域，具体涉及一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法。

背景技术

冻融作用作为一种自然现象普遍存在于中、高纬度及高海拔地区。东北黑土区位于中纬度地带，是我国重要的商品粮生产基地之一，在秋末和春初时期易形成土壤季节性融化层与冻土层的周期性变化，该周期性变化对土壤结构产生强烈的影响。土壤结构是一个空间组织系统，由土壤颗粒和团聚体的固相和具有不同大小、形状、特征和空间排列的孔隙空间两部分组成，是维持土壤功能的基础，也是影响侵蚀过程的重要因素。作为土壤结构的重要组成单元——团聚体，其孔隙结构特征影响着其稳定性、持水性和抗蚀性。因此，探究连续冻融循环条件下黑土区团聚体孔隙结构变化特征，有助于加深土壤侵蚀机制的理解，保护宝贵的黑土资源。

现有对冻融条件下土壤结构的研究已经做了大量工作，对团聚体结构的研究多是研究冻融作用对稳定性的影响，对团聚体的形成、破碎机制及稳定性变化做了大量研究，以揭示黑土团聚体变化特征。但是现有技术研究仍存在不足之处：

1.现有技术对于冻融作用下团聚体的形成、破碎机制及稳定性变化做了一定工作，但缺乏对团聚体内部结构特征的研究。

2.由于CT扫描获取的图像分辨率的限制，现有技术多用于土壤大孔隙的研究。近年来，高精度同步辐射显微CT技术对土壤孔隙结构的量化研究已达到微团聚体尺度，使得土壤结构的研究延伸到团聚体微结构。

3.现有技术对冻融作用下孔隙特征的研究局限于孔隙率与孔径进行研究，尚未结合孔隙数量、大小、形状、连接等孔隙特征展开研究。

因此，亟需设计一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种研究冻融条件下土壤团聚体孔隙结构特征的方法，包括以下步骤：

S1：选取取样地点；根据研究需要，选择具有代表性的坡耕地；

S2：供试土样采集；采用原位静压法，用内径为4.8cm，高为5cm的PVC管采集0～15cm土层范围的原状土体，将土柱用保鲜膜封闭，冻融试验前，将原状土柱置于4℃下恒温保存；

S3：测定基本指标；土壤理化性质采用常规方法测定，土壤机械组成采用吸管法测定，土壤质地划分根据美国制划分标准，土壤容重、饱和持水量、田间持水量和总孔隙度采用环刀法测定，土壤有机质的测定采用重铬酸钾外加热法；

S4：冻融循环试验；将装有原状土的PVC管置于温度可调控的冻融机中，进行不同冻融循环周期的试验，采取12h冻结，12h融化的缓慢冻融过程；

S5：供试团聚体收集；将进行冻融处理的土柱剖开，去除被非试验因素扰动的土壤，置于通风的阴凉干燥处，待散失适宜水分后，掰成土块，阴干后过筛，获取不同粒径的团聚体；

S6：CT扫描；利用上海光源X射线成像及生物医学应用光束线站的同步辐射显微CT完成本试验5～7mm粒径的团聚体样品图像的获取；