[发明专利]一种土壤空隙原位监测方法及装置

说明书

本发明提供一种土壤空隙原位监测方法及装置，该方法包括：将微根管埋入土壤中，并将观察管插入微根管，通过安装于观察管内的摄像机采集土壤数字图像；基于所述土壤数字图像特征对所述土壤数字图像进行处理，提取土壤空隙边缘；对土壤空隙的参数量化，提取所述土壤空隙边缘的指标参数并进行数据统计分析。通过该方案解决了现有的土壤监测方法难以在不破坏土壤空隙结构基础上对自然条件下的土壤空隙进行准确连续监测的问题，可以实现在自然沉降条件土壤空隙的连续监测，不破坏土壤原有空隙结构，同时，操作简单，监测分析结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及土壤监测领域，尤其涉及一种土壤空隙原位监测方法及装置。

背景技术

土壤孔隙是指土粒之间、团聚体之间或内部的空隙，其几何形态、空间分布、连通状态等特征会直接影响土壤水分和养分的保持与传导能力，进而对土壤质量、植物生长产生影响，是一种重要的土壤特性指标。及时掌握土壤孔隙量化指标及其演变规律，对了解土壤属性、水力学性质、溶质运移规律、土壤质地优劣，合理安排灌溉和耕作制度，减少养分流失，提高作物产量具有重要意义。

因土壤空隙隐藏于土层之中，具有结构性，空间变异性较强。而且，一般情况下土壤较为松散，给土壤样本获取和土壤空隙研究带来诸多困难。传统的土壤空隙研究方法通常是基于土壤容重和土壤密度间接获得，并非直接测定，精度有限，且只能获得土壤中空隙的总数，而对土壤肥力、水分、溶质运移等关系密切的土壤空隙分布状况、空隙大小分配等参数无法获取。

随着计算机图像处理技术的快速发展，土壤空隙的研究逐渐向直接、定量化发展。目前，土壤空隙监测方法主要包括破坏性方法和无损技术，其中，土壤切片法是一种侵入性的破坏性方法，需要先制备土壤切片，利用数码相机或扫描电镜等技术获取切片图像来研究土壤空隙。该方法虽可获取毫米间距尺度的土壤空隙数据图像，但切片制作过程复杂，技术条件要求较高，且在制备过程中会破坏土壤孔隙结构；三维成像技术是一种可在不破坏原有土壤结构的基础上获得其三维图像的常用无损技术，主要有核磁共振技术(NMR)和X射线断层扫描技术(CT)等，该技术操作简单、省时省力，但分辨率有限，且成本较高，应用范围有限；人工虚拟介质法也是一种无损技术，是基于等价重建技术，利用计算机软件构建土壤空隙等价模型以获取其孔隙结构，但由于简化了土壤空隙结构，导致与实际的空隙空间结构偏差较大。以上这些方法由于各自特点不同应用范围有限，难以在不破坏土壤空隙结构基础上对自然条件下的土壤空隙进行准确连续监测。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种土壤空隙原位监测方法及装置，以解决现有土壤空隙监测方法难以在不破坏土壤空隙结构基础上对自然条件下的土壤空隙进行准确连续监测的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种土壤空隙原位监测方法，包括：

将微根管埋入土壤中，并将观察管插入微根管，通过安装于观察管内的摄像机采集土壤数字图像；

基于所述土壤数字图像特征对所述土壤数字图像进行处理，提取土壤空隙边缘；

对土壤空隙的参数量化，提取所述土壤空隙边缘的指标参数并进行数据统计分析。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种土壤空隙原位监测装置，包括：

采集模块，用于将微根管埋入土壤中，并将观察管插入微根管，通过安装于观察管内的摄像机采集土壤数字图像；

提取模块，用于基于所述土壤数字图像特征对所述土壤数字图像进行处理，提取土壤空隙边缘；

分析模块，用于对土壤空隙的参数量化，提取所述土壤空隙边缘的指标参数并进行数据统计分析。