铀尾矿库茅草植物根系发育的分形特征(2)

　　 清理干净后的植物立即用电子秤称取植物的湿重。用去离子水清洗整株植物后，将其表面附带的土壤彻底于植物体上清除;再将其置于烘干炉中，在60℃下进行烘干72h，取出后称量一次重量，再次放入烘干炉中继续烘干12h后取出再次称量，如果重量比前一次轻，则放回烘干炉中再次烘干，直到植物的重量不再下降的时候，最后一次称量数据才是植物的最终干重。同时还将植物平铺在白纸上，用卷尺测量植物根的长度及数量，记录主根与侧根的数量关系， 并记录数据。

　　3根系分形分析

　　3.1根系照片拍摄

　　 植物根系在土壤中的结构分布是立体的，而如今的根系分形研究还处于平面阶段，因此只能对拍摄下来的根系二维照片进行研究。实验中采用三个不同拍摄面来获取三个分布形态照片，比如根部的正面、反面以及垂直面。在拍摄过程中，用上下两块透明玻璃尽量夹紧根部，一定要使每一根舒展开，不要出现上下交错重叠的情况。

　　3.2根系的分维值

　　 FractalFox是个专门研究分形维数的软件，它可以直接计算出分形维数，分形维数计算方法有很多种，而盒维数计算方法应用最为广泛。其中FractalFox软件中盒子维数计算的原理与手算盒维数相同，盒维数是用一个个的小分格来划分分形体，从相交的盒子数及划分单位的关系来计算分维，将边长分为r个小格子，N可以看成是曲线与盒子相交的格子总数[6]，N和r满足：

　　 InN=-DInr+InA

　　 式中：r为线尺度缩小的倍数;N为曲线和盒子的相交总数;D为分形维数;A为常数项。

　　 分形盒维数即为对数线的斜率，实验中直接将植物根部照片输入FractalFox软件中。选择盒维数法（Box Counting），调好参数，即可得取分维数（Factal）。将三个不同面拍摄的照片分别求出分维数，再求其平均值作为该植物的分形维数，如图1。用此软件算出所有采集样本的分维数，用来分析对比，探索规律。

　　 图124#根部垂直面照片的对数线

　　4结果讨论

　　 采用FractalFox软件分别算出三张不同拍摄角度拍出来的照片的分维数，再取平均值，得出植物根系分形维数分析结果，如表1为茅草植物在不同生长条件下的根系发育分形维数值。

　　 当分形维数D>1.1时，即可认为分析对象具有明显的分形特征。通过以上数据表明，采集回来的茅草植物根系分维数都是介于1.3305～1.5214之间变化，没有出现小于1.1的情况[7]，由此可见，茅草植物的根系发育具有典型的分形特征[8]。根系形态的分形维数直接反映了植物根系在不同生长环境影响下发育程度的差异。影响根系分维数的直接因素是根系的长短和根茎的大小，因此根系越发达分形维数越高，相对较小的分形维数，反映出根系的分生能力相对较弱。

　　 同时对茅草植物在尾矿周边、尾矿库周围干土、尾矿库周围水边三种环境下生长出来的植物根系分维数作比较，从图2中显示出来的根系分维数比较结果中，发现尾矿库周围水边的分维数明显高出于另外两种环境下的分维数，这正说明植物在靠近水池边生长出来的根系发育情况比在干土上发育情况好。

　　5总结

　　 通过对茅草植物根系的分形特征研究，可以得知，植物根系发育分维数能直接反映根系的发育程度，也就是植物根系发育程度好，根系越复杂，其分维数也就高。尤其是比较茅草植物在干土与水环境下的分维数，结果间接反映了植物在适应干燥和湿润环境能力上的差异，可见水对植物根系发育分维数之间存在显著的正相关性。