中国科学：地球科学2010年第40卷第2期 表1样地情况表 样地 演特阶段 采样点名称 土壤质地 经纬度 海拔(m) 坡向 植被软况 耕地阶段 弃耕6 轻城 1413北编西67 91 菱篇、铁杆蒿、长芒草等 轻编 1347 南偏西75 91 铁杆意、剑到叶割技子、菱营等 白羊草群 轻 130 南西75 98 白羊草、芝、柴胡等 棘落 1414 南偏西539 沙装、黄刻玫、大针茅等 Ss 海从群落阶段 轻壤 牙刺楫 轻 1329 南偏西759 63 粮牙刘、丁香、大针茅等 Pas 先锋乔木群落阶段 45 山杨、茶条械、按针苔草等 辽东标群落 轻壤 1431 正北 75 辽东低、藤条，坡针苔草写 cs 辽东标群落 轻壤 360263141 北西65° 65 辽东、虎棒子达鸟里胡枝 13土柱扫描及图像分析 率=4π×孔隙面积/周长2CT测定的分形维数采用计 原状十柱CT扫描试验在陕西省杨凌示范区医端 盒法得到具体的软件测定项目和操作步蛋详见文 进行.CT扫描仪型号为Siemens Medical Somatom 献15-17,21 Balance X-ray CT Scanner仍定白播格俏由压130V 1.4数据分析 电流110mA.扫描时间1g.扫描厚度1mm.扫描视 野120mm为避免十柱表层可能受状动而试验 采用SPSS统计分析软件包(SPSS13.0for 结果，土柱扫描从距离项端15mm处进行，并每隔6 s,Chicag,USA对数据进行统计分析 方差 扫描 挂扫描个 分析采用O ANOVA, 用D can新复 到 试验24 个士柱样品共得 法进行多重比较.多重比较时，首先进行方差齐性 图像.C 图像是 定数目由黑到白不同灰度 验，若方差为齐性，用Duncan新复极差法进行多重 象素按矩阵排列所构成，本试验矩阵为512×512， 比较.若方差为非齐性测用Tamhane'sT2法讲行多 图像的像素大小为0.23mm×0.23mm,在1mm的扫 重比较 描“切片”厚度下，图像的体素(voxel)为0.053mm3 本试验中所能辨别的最小当量孔径为023mm 2结果与分析 图像处理分析采用1mae137板本)公众软 件2网选取分析图像的尺寸为55mm×55mm,面积 2.1土总孔隙数、大孔隙数和粗孔隙数 为3025mm2先将所得CT图像转换为8位图像.然 植被演棒阶段对十宽孔隙数右若极显著的影响 后进行图像分割.选取分割闲值为40.图像分割后 (P001表21日变化挡热均表理为顶C>pas>Ss> 得到黑白二值图像白色部分为固体、黑色部分为孔 Hs>A每与As用出Hs Ss Pas和g的值开隙数 分析的孔特红参数 别增加了0.3.0.5.11和17倍大孔宽数分别增加了 和分形维数 试验孔隙结果可分为大孔 0203.0.6和10倍.相孔数分别增加了05.0.9 限（当量直径 1.8和2.5倍， 相邻两个阶段孔隙数的倍数差随 CT测定的总孔隙数 大孔隙数和租孔隙 这说明土壤孔数 之和，CT测定的大（粗）孔隙度为大（粗）孔隙的面积 随着演替自 且其增 的幅度也随 图象而积的百分数.总孔隙度为大孔原度与粗孔弱 着演替向项级群落阶段的推进而变大大孔隙数出 度之和.孔隙的成圆率采用如下公式计算得到：成圆 As的21增加至Cs的43，提高了105%，而粗孔隙数 225中国科学: 地球科学 2010 年 第 40 卷 第 2 期 225 表 1 样地情况表 a) 样地 演替阶段 采样点名称 土壤质地 经纬度 海拔(m) 坡向 覆盖度 /郁闭度 植被状况 Afs 弃耕地阶段 弃耕 6 年茭蒿群 落 轻壤 36°05′19.2″N 108°31′36.4″E 1413 北偏西 67° 91 茭蒿、铁杆蒿、长芒草等 铁杆蒿群落 轻壤 36°04′52.3″N 108°31′50.1″E 1347 南偏西 75° 91 铁杆蒿、剑叶胡枝子、茭蒿等 Hs 草本群落阶段 白羊草群落 轻壤 36°04′53.4″N 108°31′49.1″E 1306 南偏西 75° 98 白羊草、茭蒿、柴胡等 沙棘群落 轻壤 36°05′28.2″N 108°31′40.9″E 1414 南偏西 53° 49 沙棘、黄刺玫、大针茅等 Ss 灌丛群落阶段 狼牙刺群落 轻壤 36°05′03.2″N 108°31′52.6″E 1329 南偏西 75° 63 狼牙刺、丁香、大针茅等 Pas 先锋乔木群落阶段 山杨群落 轻壤 36°02′55.3″N 108°31′45.1″E 1447 正北 45 山杨、茶条槭、披针苔草等 辽东栎群落 轻壤 36°03′00.9″N 108°31′33.4″E 1431 正北 75 辽东栎、藤条、披针苔草等 Cs 顶级群落阶段 辽东栎群落 轻壤 36°02′56.3″N 108°32′13.5″E 1441 北偏西 65° 65 辽东栎、虎榛子、达乌里胡枝 子等 a) Afs, 弃耕地阶段(Abandoned farmland stage); Hs, 草地群落阶段(Herbaceous community stage); Ss, 灌丛群落阶段(Scrub community stage); Pas, 先锋乔木阶段(Pioneer arbor community stage); Cs, 顶级群落阶段(Climax community stage); 下同 1.3 土柱扫描及图像分析 原状土柱 CT扫描试验在陕西省杨凌示范区医院 进行. CT 扫描仪型号为 Siemens Medical Somatom Balance X-ray CT Scanner. 设定扫描峰值电压 130 kV, 电流 110 mA, 扫描时间 1 s, 扫描厚度 1 mm, 扫描视 野 120 mm. 为避免土柱表层可能受扰动而影响试验 结果, 土柱扫描从距离顶端 15 mm 处进行, 并每隔 6 mm 扫描一个横断面, 每个土柱扫描 8 个土壤深度得 到 8 幅横断面图像, 试验 24 个土柱样品共得到 192 幅图像. CT 图像是由一定数目由黑到白不同灰度的 象素按矩阵排列所构成, 本试验矩阵为 512×512, 故 图像的像素大小为 0.23 mm×0.23 mm, 在 1 mm 的扫 描“切片”厚度下, 图像的体素(voxel)为 0.053 mm3 . 本试验中所能辨别的最小当量孔径为 0.23 mm. 图像处理分析采用 ImageJ(1.37 版本)公众软 件[28]. 选取分析图像的尺寸为 55 mm×55 mm, 面积 为 3025 mm2 . 先将所得 CT 图像转换为 8 位图像, 然 后进行图像分割. 选取分割阈值为 40. 图像分割后, 得到黑白二值图像, 白色部分为固体, 黑色部分为孔 隙. 分析的孔隙特征参数包括孔隙的数目、面积、周 长、成圆率和分形维数. 本试验孔隙结果可分为大孔 隙(当量直径≥1 mm)和粗孔隙(当量直径 0.2~1 mm) 两类[29]. CT 测定的总孔隙数为大孔隙数和粗孔隙数 之和. CT 测定的大(粗)孔隙度为大(粗)孔隙的面积占 图象面积的百分数, 总孔隙度为大孔隙度与粗孔隙 度之和. 孔隙的成圆率采用如下公式计算得到: 成圆 率=4π×孔隙面积/周长2 . CT 测定的分形维数采用计 盒法得到. 具体的软件测定项目和操作步骤, 详见文 献[15~17, 21]. 1.4 数据分析 采 用 SPSS 统计分析软件包 (SPSS13.0 for Windows, Chicago, USA)对数据进行统计分析. 方差 分析采用 One-Way ANOVA, 并用 Duncan 新复极差 法进行多重比较. 多重比较时, 首先进行方差齐性检 验, 若方差为齐性, 用 Duncan 新复极差法进行多重 比较, 若方差为非齐性, 则用 Tamhane’s T2 法进行多 重比较. 2 结果与分析 2.1 土壤总孔隙数、大孔隙数和粗孔隙数 植被演替阶段对土壤孔隙数有着极显著的影响 (P<0.01; 表 2), 且变化趋势均表现为顶 Cs>Pas>Ss> Hs>Afs. 与 Afs 相比, Hs, Ss, Pas 和 Cs 的总孔隙数分 别增加了 0.3, 0.5, 1.1 和 1.7 倍, 大孔隙数分别增加了 0.2, 0.3, 0.6 和 1.0 倍, 粗孔隙数分别增加了 0.5, 0.9, 1.8 和 2.5 倍, 并且相邻两个阶段孔隙数的倍数差随 着演替进行有增大的趋势, 这说明土壤孔隙数不仅 随着演替的进行逐渐变多, 而且其增加的幅度也随 着演替向顶级群落阶段的推进而变大. 大孔隙数由 Afs 的 21 增加至 Cs 的 43, 提高了 105%, 而粗孔隙数