Quantifying effects of plant root growth on soil thermal properties and developing in-situ plant root density measurement

量化植物根系生长对土壤热性质的影响并开发原位植物根系密度测量

基本信息

批准号：
21K14940
负责人：
小島悠揮
金额：
$ 3万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，地表面近傍土壌の熱輸送量評価において，これまで着目されてこなかった植物根の生長が土壌の熱輸送特性に与える影響を解明することを目的としている．2022年度はより詳細に土壌構造と植物根の関係性を解明し，熱輸送特性の解析を進めるためにX線CTスキャンを用いて土壌（豊浦砂）中の植物（ギニアグラス）根，土粒子，土壌水分および土壌空気の分布を評価した．その結果，以下の成果を得た．①CTスキャンによって，リージョングローイング法に基づいた根の分節化を実施した．その後，残された領域について輝度ヒストグラムから土粒子，土壌水分，土壌空気を分節化することで，土壌カラムのCTスキャン画像を元に各土壌構成要素ごとの画像の生成に成功した．これにより各構成要素の分布傾向を把握可能となった．②豊浦砂にて栽培したギニアグラスの根は，地表面付近では地上部の安定性向上のために水平方向への伸長が多くみられ，反対に深度が増すと鉛直方向への伸長が主となることが分かった．その際，地表面付近では根の周囲は土壌空気が支配的であり，土壌水分は根とあまり接触していないこと，深度が増すにつれて土壌水分と接触する植物根が増えることが明らかになった．③CTスキャンと画像解析によって得られた各土壌構成要素の分布図から，土中の熱の流れを熱伝導解析によって簡易的に評価した．先述した地表面付近とある程度深い土壌層では，土壌構成要素と植物根の接触状況等が異なるため，土壌中の熱の流れ方と植物根の寄与が異なることが示された．

本研究的目的是阐明植物根系生长对土壤热传输特性的影响，这一点在评估近地表土壤的热传输量时尚未受到关注。 2022财年，我们将利用X射线CT扫描更详细地阐明土壤结构与植物根系之间的关系，并分析植物（几内亚草）根部和土壤中的土壤颗粒（丰浦砂）的热传输特性，评估土壤湿度和土壤空气分布。结果，我们得到了以下结果。 ①基于区域生长法，利用CT扫描进行根分割。之后，通过从剩余区域的亮度直方图中分割土壤颗粒、土壤湿度和土壤空气，我们成功地根据土柱的 CT 扫描图像生成每个土壤成分的图像。这使得了解每个成分的分布趋势成为可能。 ② 在丰浦沙中生长的几内亚草的根部在接近地面时倾向于水平伸长，以提高地上部分的稳定性，而随着深度的增加，根部主要发生垂直伸长。当时发现，在地表附近，根部周围的土壤空气占主导地位，土壤水分与根部接触不多，随着深度的增加，进入植物根部的数量也随之减少。接触土壤水分增加．． ③根据CT扫描和图像分析获得的土壤各成分分布图，通过热传导分析简单评价土壤中的热量流动。结果表明，地表附近和一定深度土层内土壤成分与植物根系的接触条件不同，因此土壤中热量的流动方式和植物根系的贡献不同。