本发明属于农业工程技术领域，具体涉及一种基于CT扫描技术量化根系空间网络结构的方法。
背景技术：
传统测定根系的方法主要有钉板法、容器法、玻璃壁与玻璃管法、同位素测定法、多孔膜技术法、洗根法与WinRHIZO软件结合法，以及目前无损检测法探地雷达法。这些方法普遍存在问题，主要集中在对原位根系的破坏，人为造成的误差较大，或者精度较低等方面。目前，利用CT扫描法原位测量根系空间结构形态的方法已经成为国际国内最为前沿的方法，但是由于扫描成本，以及采样成本方面的限制，这一方法并未广泛应用。在国际上，虽然这一方法已经得到应用，但是采样方法采用人工挖掘方法扰动性较大；在国内已发表的文章主要集中在根系的阈值分割以及三维可视化方面，主要依赖相关学者通过编程的方法处理，而没有一个专门的软件和一整套统一的数据处理方式。另外，在国内对根系的研究尚未实现植物根系的空间网络结构的量化；或者只局限于二维量化分析；在分析软件方面主要借助于编程软件或者Image J等开源软件，Avizo等专业的三维软件的使用较少。
技术实现要素：
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于CT扫描技术量化根系空间网络结构的方法，用以解决上述问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于CT扫描技术量化根系空间网络结构的方法，包括如下步骤：
S1、样品采集：将PVC管压入土壤，整个PVC管取出后用PVC盖进行密封和封堵，得到未扰动的土壤根系；
S2、CT扫描：将样品平放于CT扫描设备进行扫描；
S3、数据增强：将CT扫描所得的图像导入到Avizo软件中进行重建，并对图像通过傅立叶滤波器FFT filter 和高斯滤波器 Gaussian filter两种滤镜消除图像噪音，增强图像质量；
S4、阈值方法，进一步包括：
S4.1、采用生长法与全局阈值法结合，利用Avizo的segmentation板块中的魔法棒选取根系的阈值，然后在此阈值周围调整阈值范围，直至显示的图像中需要研究的根系包含在内；
S4.2、选择3D选项，将会在显示窗口中显示整个根系，通过菜单栏中的膨胀和侵蚀，不断调整和完善多得到的根系；
S5、图像切割与二值化：通过Avizo切割工具，选取区域，剔除部分扰动产生的裂隙，利用步骤S4的阈值方法，获得土壤中根系的二值图；
S6、三维可视化：通过Avizo的体积渲染（volume rendering）和表面渲染（isosurface rendering），实现土壤根系的三维可视化；
S7、三维量化分析，进一步包括：
S7.1、通过Avizo的体积分数volume fraction得到土壤中根系的体积；和/或
S7.2、通过auto skeleton模块得到将每个独立的根系看作一个对象，分析每个对象参数，以及分析整个样品中根系的总参数。
优选的，所述PVC管的管长为50cm，内径10cm。
优选的，步骤S2中，CT扫描设备的参数为电压140KV，电流200mA，扫描间距0.625mm。
进一步的，步骤S6中，实现三维可视化的同时制作视频。
进一步的，步骤S7.2中，分析每个对象的参数包括分析每个对象的位置、角度、配位数、表面积、节点数、节点分布、等效半径、长度、线段数、端点节点数、分支节点数和独立节点。
进一步的，步骤S7.2中，分析整个样品中根系的总参数包括分析整个样品中根系的总体积，总长度，总节点数，总端点节点数，总分支节点数，总独立节点，根系数量，平均长度，平均等效半径，总长度。
本发明的有益效果：利用专业采样仪器采样，减少对原位根系的扰动；CT扫描仪器与专业三维分析软件相结合，采用最合适的阈值分割方法，实现对植物根系空间结构的三维量化分析。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例所述的一种基于CT扫描技术量化根系空间网络结构的方法，包括如下步骤：
S1、样品采集：将PVC管压入土壤，整个PVC管取出后用PVC盖进行密封和封堵，得到未扰动的土壤根系，所述PVC管的管长为50cm，内径10cm；
S2、CT扫描：将样品平放于CT扫描设备进行扫描，CT扫描设备的参数为电压140KV，电流200mA，扫描间距0.625mm；
S3、数据增强：将CT扫描所得的图像导入到Avizo软件中进行重建，并对图像通过FFT filter 和 Gaussian filter两种滤镜消除图像噪音，增强图像质量；
S4、阈值方法：
S4.1、采用生长法与全局阈值法结合，利用Avizo的segmentation板块中的魔法棒选取根系的阈值，然后在此阈值周围调整阈值范围，直至显示的图像中需要研究的根系包含在内；
S4.2、选择3D选项，将会在显示窗口中显示整个根系，通过菜单栏中的膨胀和侵蚀，不断调整和完善多得到的根系；
S5、图像切割与二值化：通过Avizo切割工具，选取区域，剔除部分扰动产生的裂隙，利用步骤S4的阈值方法，获得土壤中根系的二值图；
S6、三维可视化：通过Avizo的体积渲染模块volume rendering和表面渲染模块isosurface rendering，实现土壤根系的三维可视化，实现三维可视化的同时制作视频；
S7、三维量化分析：
S7.1、通过Avizo的体积分数volume fraction得到土壤中根系的体积；和/或
S7.2、通过auto skeleton模块得到将每个独立的根系看作一个对象，分析每个对象参数，以及分析整个样品中根系的总参数，分析每个对象的参数包括分析每个对象的位置、角度、配位数、表面积、节点（node）数、节点分布、等效半径、长度、线段数、端点节点数、分支节点数和独立节点，步骤S7.2中，分析整个样品中根系的总参数包括分析整个样品中根系的总体积，总长度，总节点数，总端点节点数，总分支节点数，总独立节点，根系数量，平均长度，平均等效半径，总长度。
本发明首先采集在样地土壤中采集原位根系，采样机能大大降低采样过程中的扰动，采用CT扫描与Avizo软件相结合的方法，分析植物根系的空间网络结构。利用Avizo中的全局阈值法与生长法相结合的阈值方法，实现植物根系空间网络结构的可视化。并结合软件的骨架化方法实现植物根系空间结构的三维量化分析，这些量化数据包括植物根系数量、等效直径、配位数、孔喉数量等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。