Segmentación de raíces de plantas y constituyentes del suelo a través de tomografía computarizada de rayos X y análisis de imágenes para revelar los impactos de las raíces de las plantas en la estructura del suelo
Autores: Kojima, Yuki; Toda, Takeru; Hamamoto, Shoichiro; Ohtake, Yutaka; Kamiya, Kohji
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
Las raíces de las plantas influyen en varias propiedades físicas del suelo al alterar la estructura del suelo y la configuración de los poros; sin embargo, la comprensión detallada de estos efectos sigue siendo limitada. En este estudio, aplicamos un enfoque relativamente simple para segmentar las raíces de las plantas y los constituyentes del suelo utilizando imágenes de tomografía computarizada (TC) de rayos X para evaluar los cambios inducidos por las raíces en la estructura del suelo. El método combina una inicialización manual con un enfoque de crecimiento de región automatizado por capas, lo que permite la extracción de los sistemas de raíces de soja, raigrás italiano y pasto de Guinea. El método utiliza software de libre disponibilidad con una interfaz sencilla y no requiere habilidades avanzadas de análisis de imágenes, lo que lo hace accesible a una amplia gama de investigadores. Las partículas del suelo, el agua porosa y el aire poroso se segmentaron utilizando una técnica de umbralización basada en Kriging. Las imágenes segmentadas de cuatro fases permitieron la cuantificación de las fracciones de volumen de los constituyentes del suelo, las distribuciones de tamaños de poros y los números de coordinación. Además, al separar la rizosfera y el suelo a granel, encontramos que la presencia de raíces redujo significativamente las fracciones sólidas y aumentó el contenido de agua, especialmente en las capas superiores del suelo. Se observaron macroporos y poros finos cerca de las raíces, resaltando los impactos estructurales complejos del crecimiento de las raíces. Aunque se necesita una validación adicional para evaluar la aplicabilidad del método en diferentes tipos de suelo y condiciones de imagen, proporciona una base práctica para visualizar y cuantificar las interacciones raíz-suelo, y podría contribuir a avanzar en nuestra comprensión de cómo las raíces de las plantas influyen en las propiedades hidráulicas y térmicas clave del suelo.
Descripción
Las raíces de las plantas influyen en varias propiedades físicas del suelo al alterar la estructura del suelo y la configuración de los poros; sin embargo, la comprensión detallada de estos efectos sigue siendo limitada. En este estudio, aplicamos un enfoque relativamente simple para segmentar las raíces de las plantas y los constituyentes del suelo utilizando imágenes de tomografía computarizada (TC) de rayos X para evaluar los cambios inducidos por las raíces en la estructura del suelo. El método combina una inicialización manual con un enfoque de crecimiento de región automatizado por capas, lo que permite la extracción de los sistemas de raíces de soja, raigrás italiano y pasto de Guinea. El método utiliza software de libre disponibilidad con una interfaz sencilla y no requiere habilidades avanzadas de análisis de imágenes, lo que lo hace accesible a una amplia gama de investigadores. Las partículas del suelo, el agua porosa y el aire poroso se segmentaron utilizando una técnica de umbralización basada en Kriging. Las imágenes segmentadas de cuatro fases permitieron la cuantificación de las fracciones de volumen de los constituyentes del suelo, las distribuciones de tamaños de poros y los números de coordinación. Además, al separar la rizosfera y el suelo a granel, encontramos que la presencia de raíces redujo significativamente las fracciones sólidas y aumentó el contenido de agua, especialmente en las capas superiores del suelo. Se observaron macroporos y poros finos cerca de las raíces, resaltando los impactos estructurales complejos del crecimiento de las raíces. Aunque se necesita una validación adicional para evaluar la aplicabilidad del método en diferentes tipos de suelo y condiciones de imagen, proporciona una base práctica para visualizar y cuantificar las interacciones raíz-suelo, y podría contribuir a avanzar en nuestra comprensión de cómo las raíces de las plantas influyen en las propiedades hidráulicas y térmicas clave del suelo.