基于微根管图像的根系形态特征快速提取技术

刘 凯， 李文彬,2†， 赵 玥,2， 韩巧玲,2， 张鹏翀， 邹松言， 谭键彪

(1.北京林业大学工学院，100083，北京； 2.林业装备与自动化国家林业局重点实验室，100083，北京；3.北京林业大学林学院，100083，北京)

林木根系的形态和分布特征对于反映其生长发育状态和生产力形成具有重要意义[1]。观测并分析林木根系在浅土层、深土层的生长情况，认识根系的形态、构型及分布，可以在一定程度上表征林木生长状态，揭示其固土机理，反映林木对土壤水养资源的响应及利用机制[2]，研究林木根系对于预防和治理水土流失具有重要作用。

传统的根系研究方法如土钻法、挖掘法、根室法和土柱法等试验过程复杂，费时费力，且对根系造成一定损伤。同时，林木根系的研究不可能把根系整体取样获取数据，再安置回原位继续生长，也不能栽植在密闭容器或实现多次往复试验和取样。而微根管法可以实时、无损地观察根系的动态生长过程[3]，但因拍摄的根系图像数量多、场景复杂，导致现行的人工标记的效率和准确性较低[4]。因此，笔者以广泛应用于生态环境建设中的杨属(Populus)树种(以下简称“样树”)为研究对象[5]，运用微根管和图像处理方法，建立一种基于微根管图像的根系形态特征快速提取技术[6]，实现无损地对不同土层中样树根系的自动、批量分割，以及形态特征的精准量化，从而完成对根系生长状态数字化监测。

1 试验与数据获取

1.1 试验地概况

试验地位于华北平原山东省聊城市高唐县，属黄……