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CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

日期: 2025-12-04
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CT技术是一种非破坏性三维成像技术,利用X射线扫描样品,通过重建算法生成样品内部结构的高分辨率三维图像。CT技术通过实现从土壤微观结构到植物器官内部形态的无损三维成像与定量分析,为土壤学、植物学及其界面过程的多尺度机制研究提供了前所未有的视角与方法支撑。


 1.土壤应用方向分析:


  • 土壤孔隙结构与水分、气体运移

  • 土壤团聚体形成、稳定性及养分保持机制

  • 土壤动物活动痕迹及其对土壤结构的影响

  • 土壤-微生物空间分布与微生境分析


 2.植物应用方向分析:


  • 植物根系构型、分布及其与土壤互作

  • 茎秆、叶片、种子、果实等器官的内部三维结构

  • 植物维管系统、孔隙网络与水分输导研究

  • 植物响应环境胁迫(如干旱、淹水、机械损伤)的结构变化


 3. 土壤-植物交叉研究方向


  • 根-土界面互作过程与资源获取策略

  • 根系生长对土壤结构的塑造效应

  • 根际微域中水分、养分与微生物的空间异质性

  • 植物根系与土壤动物、微生物的互作可视化


如下是土壤、植物相关样品CT检测相关图例展示和相关分析介绍,如需检测该指标欢迎联系文末工作人员详细沟通~

01

土壤柱状样品


 1、取样:

用小铲子清除土壤表面的杂物,CT扫描原状土柱采集使用高强度抗压PVC管(高10 cm,内径5 cm)进行操作。取样前将PVC管一端打磨成刀刃状打入土中进行取样,采集深度为5-10 cm。采样完成后,用保鲜膜对PVC管进行密封用于Micro-CT扫描。

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


 2、检测 

Micro-CT扫描通过计算机控制射线源发出射线束,旋转样品台承载所取的原状土柱,以0.5°/s的速度旋转,平板探测器负责采集扫描获得的系列投影数据,最后计算机通过将采集到的投影数据重建为土壤的横切片图像,每个样品可重建出大概1600张横切面图像。扫描过程中电压最大为160 kV和电流50 μA左右,扫描精度为25.5 μm

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


 3、图像分析 

使用Avizo软件对上述重建后的图像进行图像处理。1.对样品倾斜角度进行矫正,并选择感兴趣区域(ROI),将其余部分裁切掉,减少数据内存大小。2.选择合适的滤波方式使样品的边界更加明显或去除多余的噪点。3.进行阈值分割提取土壤孔隙,选择合适的阈值范围,准确分割土壤孔隙。4.通过算法区分孤立孔隙和连通孔隙。5.计算孤立孔隙的直径、面积、体积等参数。6.连通孔隙可通过孔隙网络模型(PNM)计算出孔隙的直径、面积、体积及吼道的长度等参数。7.孔隙结构的3D表征展示。

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

土壤孔隙提取


CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

孤立孔隙:


孔隙大小、面积、体积等


CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

连通孔隙:


可通过孔隙网络模型计算孔隙大小、面积、体积、厚道长度、直径等


CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

  


孔隙网络模型(PNM)



02

土壤团聚体样品


 1、取样 

环刀取样,过筛(不同孔径的筛子,根据用户需求)。


 2、检测 

扫描精度根据团聚体的大小所用精度不同,2mm左右的团聚体扫描时间大概需要40 min,扫描过程中电压80 kV,电流80 μA。


 3、图像分析 

同土柱样品。

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

团聚体孔隙提取



CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


03

植物枝条样品


 1、采样 

n年生植物枝条,至于密封袋中低温保存带回实验室。将枝条从密封袋中去除,放入冷冻干燥仪中进行冷冻干燥。干燥结束,将枝条取出并放入防潮柜中,防止枝条返潮,待测。


 2、检测 

以0.2°/s的旋转步长进行扫描,获得的系列投影数据,通过将采集到的投影数据重建为土壤的横切片图像,每个样品可重建出大概2000张横切面图像。扫描过程中电压最大为50 kV和电流110 μA左右,扫描精度为5 μm。


 3、图像分析 

1.样品倾斜校正。2.滤波去噪点。3.选择感兴趣区域(ROI)。4.阈值分割进行植物木质部导管提取。5.导管参数计算。

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)
CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)

可获得的参数:导管数量、长度、面积、体积、导管的直径等




04

寄生植物样品


 1.印度檀香(半寄生植物,根寄生)

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


 2.广寄生(半寄生植物,茎寄生)

CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


# 栢晖 #


—特色检测指标—

土壤、植物酶活检测

氨基糖、PLFA及其同位素、磷组分

木质素酚CUE、有机氮组分、有机酸

氨基酸、微生物量碳氮磷同位素

苯多羧酸、红外光谱、微生物多样性等

其他土壤、植物、水体等常规检测指标均可测定


CT技术在生态学中的多尺度应用(附检测方法和图像分析)


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    2026 - 01 - 05
    文献解读原名:Fast Decomposition of Nitrogen-Rich Mineral-Associated Organic Matter in Soils译名:土壤中富氮矿物结合有机质的快速降解期刊:Global Change BiologyIF: 12.0  发表日期:2025年8月第一作者:贾娟副研究员 通讯作者:冯晓娟研究员01.背景MAOM储存土壤中大部分碳氮,主要由富氮微生物残体组成,传统观点认为其通过矿物吸附稳定存在。然而,MAOM的分解潜力及内在调控机制尚不明确:氮富集化合物是因强矿物吸附而稳定,还是因化学易降解性而快速分解?有机-有机相互作用对MAOM稳定性的影响也不清楚。此外,MAOM碳饱和机制存在争议,需明确其内在性质(组成、碳负载)对持久性的调控作用。这些问题限制了对土壤碳库动态的预测能力,亟需深入研究。02.科学问题富氮MAOM的分解潜力是否更高?其内在性质(分子组成、碳负载)如何调控分解?03.材料与方法(1)构建13C标记的微生物/植物源MAOM,通过30天培养监测CO2释放及同位素特征,结合热解-气相色谱/质谱和氨基酸分析表征分子组成。(2)实验1:在不同纯矿物(蒙脱石、高岭石和针铁矿)上构建了组成和 OC 负载量不同的微生物源和植物源 MAOM(即MAOM-microbe和MAOM-plant),随后与来自两个森林和两个草地地点的表层土壤混合后进行分解,这些地点具有不同的气候和土壤特性。(3)实验2:在蒙脱石基质上构建了三种不同有机碳负载的微生物来源MAOM(MAOM-microbe),并在同一草地表层土壤中进行分解。(4)实验3:将实验1获得的部分MAOM-microbe经高压灭菌和洗涤处理以去除富含氮的细胞内化合物,随后在人工土壤中与未经灭菌的MAOM-microbe共同进行降解,以比较不同组...
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    2025 - 12 - 26
    原名:Long-Term Active Rather than Passive Restoration Promotes Soil Organic Carbon Accumulation by Alleviating Microbial Nitrogen Limitation in an Extremely Degraded Alpine Grassland译名:长期主动恢复比被动恢复更能促进土壤有机碳的积累:主要是通过缓解土壤微生物氮限制期刊:Advanced ScienceIF:15.6发表日期:2025.11第一作者:弓晋超(四川农业大学)01摘要草地退化会打乱土壤里微生物的养分循环,但在草地恢复过程中,“微生物缺不缺氮(氮限制)”到底怎么影响土壤有机碳(SOC)的变化,我们还不太清楚。这项研究在青藏高原的严重退化草地上,对比了持续 10 年的两种恢复方式:(1)主动恢复:播种本地植物种子(2)被动恢复:用沙障等措施保护,让其自然恢复研究把微生物的“代谢特征”也纳入进来,比如:基于化学计量(元素比例)判断的养分限制、微生物碳利用效率(CUEST),同时把 SOC 分成两部分来看:(1)POC(颗粒有机碳):相对“新鲜/活跃”的那部分(2)MAOC(矿物结合有机碳):更稳定、更不容易分解的那部分结果发现:(1)主动恢复能明显缓解微生物的缺氮问题(降低 44–71%),从而让 SOC 储量大幅增加:(a)表层土 SOC 从 0.81 增到 3.15 kg m⁻²(增加 291–467%)(b)深层土 SOC 从 0.54 增到 3.08 kg m⁻²(增加 291–467%)(2)同时,主动恢复让 CUEST 下降(表层降 54%,深层降 34%),并显著提高两类碳:(c)POC 增加 483–557%(d)MAOC...
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    2025 - 12 - 04
    CT技术是一种非破坏性三维成像技术,利用X射线扫描样品,通过重建算法生成样品内部结构的高分辨率三维图像。CT技术通过实现从土壤微观结构到植物器官内部形态的无损三维成像与定量分析,为土壤学、植物学及其界面过程的多尺度机制研究提供了前所未有的视角与方法支撑。 1.土壤应用方向分析:土壤孔隙结构与水分、气体运移土壤团聚体形成、稳定性及养分保持机制土壤动物活动痕迹及其对土壤结构的影响土壤-微生物空间分布与微生境分析 2.植物应用方向分析:植物根系构型、分布及其与土壤互作茎秆、叶片、种子、果实等器官的内部三维结构植物维管系统、孔隙网络与水分输导研究植物响应环境胁迫(如干旱、淹水、机械损伤)的结构变化 3. 土壤-植物交叉研究方向根-土界面互作过程与资源获取策略根系生长对土壤结构的塑造效应根际微域中水分、养分与微生物的空间异质性植物根系与土壤动物、微生物的互作可视化如下是土壤、植物相关样品CT检测相关图例展示和相关分析介绍,如需检测该指标欢迎联系文末工作人员详细沟通~01土壤柱状样品 1、取样:用小铲子清除土壤表面的杂物,CT扫描原状土柱采集使用高强度抗压PVC管(高10 cm,内径5 cm)进行操作。取样前将PVC管一端打磨成刀刃状打入土中进行取样,采集深度为5-10 cm。采样完成后,用保鲜膜对PVC管进行密封用于Micro-CT扫描。 2、检测 Micro-CT扫描通过计算机控制射线源发出射线束,旋转样品台承载所取的原状土柱,以0.5°/s的速度旋转,平板探测器负责采集扫描获得的系列投影数据,最后计算机通过将采集到的投影数据重建为土壤的横切片图像,每个样品可重建出大概1600张横切面图像。扫描过程中电压最大为160 kV和电流50 μA左右,扫描精度为25.5 μm。 3、图像分析 ...
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    2025 - 11 - 24
    土壤是一个复杂的三相(固、液、气)多孔介质,其物理结构(如团聚体、孔隙度)是一切生命活动的基础。微塑料的存在会改变孔隙结构、影响水分运移、影响气体交换等等,它可以吸附环境中的重金属、持久性有机污染物等,成为这些有毒物质的“载体”,改变它们在土壤中的分布和生物有效性,加剧复合污染。微塑料的测定方法主要有上述提到的光谱法、显微分析法和热裂解法等,如下是热裂解测定方法介绍。BAIHUI微塑料定性定量测定分析可测定12种主要微塑料!聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、丁苯橡胶(SBR)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU:MDI型)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙6(N6)、尼龙66(N66)01微塑料测定流程方法简述:称取过2 mm筛的风干土壤5 g于250 mL烧杯中,加入50 mL饱和氯化钠溶液,磁力搅拌30 min。静置3 h,悬浮上清液倒入250 mL烧杯。改用50 mL ZnCl2(密度约1.6 g/cm3)浮选一次,磁力搅拌30 min,静置3 h,上清液倒入前述250 mL烧杯。将250 mL烧杯中液体用不锈钢滤膜抽滤,收集滤膜,加30 mL过氧化氢,超声10 min, 60 ℃加热24 h。收集溶液,用不锈钢滤滤膜抽滤,收集滤膜,晾干备用。将滤膜放入烧杯,加有机溶剂,超声10 min,溶剂浓缩至1 mL。取50 μL至80 μL裂解样品杯,通风橱内挥干,加CaCO3稀释剂2 mg,少量玻璃棉覆盖,待测。校准曲线绘制称取以CaCO3稀释剂为基质的微塑料标准物质(12种微塑料),0.1、0.5、1.0、2.0、4.0 mg,加入至裂解样品杯中,少量玻璃棉覆盖,配制成标准系列。02测定结果展示03分析软件-F-Sear...
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案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
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