不同退耕年限林草地土壤颗粒分形特征研究

选用不同退耕年限林地、草地各3块,对0—60cm土壤进行土壤机械组成及分形维数研究,分析土壤颗粒特征与土壤基本性质之间的相关关系。结果表明:随着退耕年限的增加,土壤粘粒含量与颗粒分形维数有增长趋势,林地较草地变化显著;林、草地中土壤颗粒分形维数随土层加深均降低,林地较草地降低明显;随着年限的增加,土壤基本性质得到改善,饱和含水率、总孔隙度、水稳性团聚体及有机质尤为显著;土壤颗粒分形维数与水稳性团聚体、饱和含水率、总孔隙度、有机质和粘粒含量均存在显著正相关关系。退耕还林还草可改善土壤基本性质,土壤质地有向粘性发展的趋势,土壤分形维数提高,其中以林地最为显著。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

重庆缙云山典型林分土壤结构分形特征

 为了解长江三峡库区森林土壤的物理性质,运用分形原理,研究重庆缙云山4种典型林分林地土壤分形特征,建立土壤结构分维与土壤性质预测模型,运用弹性分析与边际分析,探讨土壤结构分形变化与土壤性质变化的关系。研究表明:土壤机械组成分维、微团聚体组成分维和孔隙组成分维可作为评价土壤结构的指标。不同林分林地土壤颗粒机械组成分维值为2.7～2.9,土壤微团聚体组成分维为2.5～2.8,土壤孔隙组成分维为2.3～2.8。从质地、微团聚体组成和孔隙组成来看,常绿阔叶灌丛土壤结构要明显优于其他林地土壤,而楠竹林最差。不同林分及农地土壤的微团聚体组成、机械颗粒组成和孔隙组成分维与土壤性质存在较明显相关关系,相关系数都在0.5以上。由弹性系数和边际量可以看出,机械分维的影响要大于微团聚体分维和孔隙组分维。这对进一步探讨分形学在土壤结构与土壤性质的应用方面有重要的意义。     

排土场不同土地利用类型土壤的分形特征

利用分形理论对排土场人工林、耕地和草地等不同样区土壤颗粒分形特征进行研究,探讨煤炭开发对该区土壤环境的影响程度,为保护矿区土壤生态条件和恢复土壤生态功能提供科学依据.运用欧美克LS-POP（6）激光粒度分析仪测定阜新市海州露天矿排土场土地复垦区3种土地利用类型0～100 cm土层10个层次的土壤颗粒机械组成,运用土壤体积分形模型计算土壤颗粒体积分形维数D,同时测定土壤样品的理化性质.结果表明：1）不同土地利用类型对土壤分形维数影响显著,而土壤层次对土壤分形维数影响不显著;3个样区的D值在2.078 6～2.717 5之间,平均D值为2.424 1.2）不同样区平均D值表现为人工林（2.2457）＜草地（2.5024）＜耕地（2.5476）.3）研究区水解氮、全氮质量分数与土壤分形维数呈多项式曲线关系,速效钾质量分数与土壤分形维数呈对数曲线关系,排土场土壤分形维数D值与土壤全氮、水解氮、速效钾质量分数为负相关,与pH值不存在相关性.     

丹江中游典型小流域土壤颗粒及分形特征

在丹江鹦鹉沟小流域,利用网格状取样和典型样地取样相结合的方法,进行土样采集,共计采样点268个,研究土壤颗粒组成和分形特征,以及与土壤全氮之间的相互关系。结果表明：土壤粉黏粒质量分数随土壤深度的增加而增大,不同土层下土壤粉黏粒质量分数平均值均表现为农地〉林地〉草地。经ANOVA分析,不同土地利用在10—40cm土层的粉黏粒质量分数存在显著差异（P〈0．05）。不同植被类型间土壤颗粒分形维数亦存在显著差异（P〈0．05）,10～20cm土层的土壤颗粒分形维数更能代表不同土地利用的差异。土壤颗粒分形维数与坡度呈显著负相关（P〈0．05）,与坡向和海拔无显著相关性。土壤全氮质量分数在0～20cm土层与中粗砂粒质量分数呈极显著正相关（P〈0．01）,土壤颗粒分形维数和土壤全氮质量分数在20～60cm土层均与土壤粉黏粒质量分数呈极显著正相关（P〈0．01）。鹦鹉沟流域0～10cm土层的土壤粉黏粒储量为13．28万t,不同土地利用下0～10cm土层每m2土壤粉黏粒储量表现为农地〉林地〉草地,分别为74．71kg／m2、71．54kg／m2和70．23kg／m2。     

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100 μm和>100 μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100 μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。     

岷江上游典型植被下土壤分形特征及对水分入渗的影响

以岷江上游5种典型植被类型下(高山栎林、岷江冷杉林、灌竹林、阔叶乔木林、高山草甸)土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型计算出这5种类型土壤颗粒的分形维数,研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明,15个样地表层土壤颗粒的分形维数D为1.117～1.315。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.002 mm的颗粒含量相关系数达到极显著。根据土壤入渗过程曲线将入渗过程划分为3个阶段:(1)入渗瞬变阶段(0～8 min);(2)入渗渐变阶段(8～30 min);(3)入渗稳定阶段(30～120 min),表明土壤入渗过程主要受土壤机械组成、团聚体和孔隙组成的综合影响。在整个入渗过程中,高山栎林、灌竹林和阔叶林的渗透速率要高于冷杉林和草甸。     

希拉穆仁天然草地不同群落土壤分形特征及其影响因素

研究希拉穆仁天然草地围封区内不同群落类型土壤颗粒分形特征及其影响因素,以期为荒漠草原土壤风蚀的减少和草地退化防治提供依据。利用土壤粒径质量分布原理与分形学理论,以围封16年荒漠草原的蒙古韭(Allium mongolicum)、银灰旋花(Convoloulus ammannii)、克氏针茅(Stipa krylovii)、羊草(Leymus chinensis)、洽草(Koeleria asiatica)、短花针茅(Stipa brevi flora)6种群落为研究对象,测定和计算土壤颗粒分形维数、粒径组成和水文物理参数,探讨了近自然恢复状态下0—30 cm土层不同群落类型的土壤颗粒分形特征及影响因素。结果表明:(1)决定该地区土壤颗粒分形维数大小的主要是粉砂和极细砂的百分含量,其次为细砂的百分含量,其余粒级土壤颗粒的影响程度较小;土壤颗粒分形维数与土壤总孔隙度、毛管孔隙度、饱和蓄水量和吸持蓄水量呈显著正相关,与土壤容重、非毛管孔隙度、滞留蓄水量的相关性不大。(2) 6种不同群落土壤颗粒分形维数最大为2.840,最小值为2.490。0—30 cm土层土壤颗粒平均分形维数介于2.575～2.750,从大到小依次为克氏针茅短花针茅洽草银灰旋花蒙古韭羊草。6种不同群落类型样地上土壤分形维数随土壤采样深度的变化发生不同的波动规律,整体上均呈线性下降趋势。(3)分形维数可以作为一个衡量土壤结构及草地退化恢复程度的综合性指标。从土壤分形维数及其蓄水性能来看,希拉穆仁天然草地围封区的6种群落改良土壤特性及蓄水功能表现为克氏针茅、短花针茅和洽草群落优于其他3种群落。     

滇中水源区典型林地土壤结构分形特征及其对土壤抗蚀、抗冲性的影响

为探讨土壤结构分形特征与土壤抗蚀、抗冲性的关系,采用分形原理、弹性及边际分析法对滇中重要水源区迤者小流域内3种典型林地(以坡耕地对照)土壤孔隙组成、颗粒组成和微团聚体组成分形维数及其对土壤抗蚀、抗冲性的影响进行分析。结果表明,各林分类型下土壤孔隙组成分形维数分布于2.687 9~2.741 3之间,土壤颗粒组成分形维数为2.759 6~2.856 9,微团聚体组成分形维数为2.701 3~2.731 1之间,林地土壤结构分形特征均优于坡耕地,混交林对改良土壤结构作用优于纯林。林地土壤抗蚀、抗冲性优于坡耕地,且随着坡度的增大,混交林对提升土壤抗蚀、抗冲性效果更佳。不同林地土壤的抗蚀指数以针阔混交林地最大(39.0%),桉树林地次之(37.0%),云南松林地最小(24.0%),均优于坡耕地(20.1%);不同林地同一土层抗蚀指数差异极显著,且随土层深度的增加,土壤抗蚀指数逐渐减小;林地土壤抗蚀、抗冲性优于坡耕地,混交林对提升土壤抗蚀、抗冲性效果更佳。区域土壤的孔隙组成、颗粒组成和微团聚体组成分形维数与表征土壤抗侵蚀性质的抗蚀指数与抗冲系数存在显著的相关关系,关系模型分别为:γ=(4.27×10-21)D7.867tD-56.048jD1.514k和γ=(1.67×10-14)D-50.063tD-0.813jD19.468k,相关系数分别为0.819和0.841。通过弹性和边际效应分析可知,土壤抗蚀、抗冲性受土壤结构分形特征的影响较明显,土壤孔隙组成分形特征对土壤抗蚀、抗冲性的影响大于颗粒组成和微团聚体组成分形特征的影响,且土壤结构分形特征对土壤抗蚀性的影响较抗冲性更显著。     

山东省不同土地利用方式土壤颗粒组成及其分形维数特征

选取山东省120个不同土壤剖面,应用分形理论研究不同土地利用方式的土壤颗粒分形特征以及与土壤养分的相关关系。结果表明:（1）不同土地利用方式土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮、有机质含量均表现为林地和草地显著高于耕地和农地（p < 0.05）,其中林地和草地土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮、有机质含量差异均不显著（p > 0.05）。（2）不同土地利用方式土壤粒径分布中,黏粒含量占主导地位,黏粒含量百分比45.98%～67.12%,粗砂粒含量相对较低。（3）不同土地利用方式土壤颗粒分布的分形维数随着土层深度增加逐渐增大,0—10 cm土层土壤颗粒分布分形维数变化幅度较小,而40—50 cm变化幅度较大。（4）回归分析表明不同土地利用方式土壤颗粒分形维数与土壤粒径呈显著或极显著的线性负相关。（5）相关分析表明不同土地利用方式土壤分形维数均与土壤有机质含量呈显著负相关,与土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮呈正相关。综上所述,不同土地利用方式下土壤颗粒组成差异较大,草地和林地相对于耕地和农地大颗粒含量明显增多,小颗粒明显减少,土壤颗粒分布的分形维数可以作为表征土壤肥力的状况指标。