韩巧玲，柏 浩，赵 玥，赵燕东，徐向波，李继红

采用染色示踪技术的土壤优先流自动分割与量化系统

韩巧玲1,2,3,4，柏 浩1,2,4，赵 玥1,2,3,4※，赵燕东1,2,4，徐向波1,3,4，李继红5

（1. 北京林业大学工学院，北京 100083；2. 城乡生态环境北京实验室，北京 100083；3. 国家林业局林业装备与自动化国家重点实验室，北京 100083；4. 智慧林业研究中心，北京 100083；5. 东北林业大学林学院，哈尔滨 150040）

针对土壤染色图像色度不一致、染色/非染色区域对比度低的特点，以及现有土壤染色图像分割方法自动化程度弱的问题，该研究提出一种土壤优先流自动分割与量化系统。该系统采用基于分量改进的模糊均值方法（Fuzzy-Means Based onComponent and Morphology，HM-FCM）实现染色区域的自动分割，运用数学统计法提取总染色面积比、基质流深度、优先流比等特征参数，实现对土壤染色区域的量化分析，以揭示优先流的发育程度。并基于2种林地染色图像验证了系统性能。试验结果表明：1）HM-FCM法对于天然次生林和榛子林图像均具有最佳分割效果，其分割准确率为87.9%和83.3%，调和平均值为90.5%和80.3%；2）2种林地土壤染色区域总体集中于0～50 cm土层，优先流具有不同发育程度（<0.05）。该系统可为优先流路径的空间演变提供技术支持和理论依据。

土壤；图像分割；优先流；染色示踪技术；量化分析

0 引 言

优先流是一种常见的土壤水分运动形式，表示土壤中溶质和水分绕过土壤基质并在土体内部优先移动的现象[1]。由于土壤胀缩、小动物活动轨迹、植被根系发育状况等的影响，土壤中优先流多以大孔隙流和管流的形式存在。优先流能在短时间内提高雨水的入渗能力，减少地表径流和侵蚀；……