不同地貌类型及土地利用方式下土壤粒径的分形特征

【目的】研究不同地貌类型及土地利用方式下土壤粒径的分形特征,为黄土高原沟壑区土壤侵蚀的防治和种植业结构调整提供理论指导。【方法】对甘肃省南小河沟流域不同地貌(塬面、坡面、沟道)、不同土地利用方式(耕地、林地、荒地等)的土壤进行分层(0~20,20~60(或20~40,40~60),60~100 cm)取样,采用筛析法和吸管法相结合的方法,对样品的土壤颗粒含量和质量分形维数进行测定,利用土壤粒径分形原理,研究土壤分形维数与土壤质地、地貌类型和土地利用方式的关系。【结果】粘粒含量对土壤质量分形维数有显著影响,砂粒和粗粉粒含量的影响较小。土壤粘粒含量与土壤质量分形维数在不同地貌类型及土地利用方式的土壤剖面上表现出相同的变化规律。土壤质量分形维数与地貌和土地利用类型有关。【结论】土壤质量分形维数和土壤粘粒含量可以作为反映土壤物理性质和质量的潜在性指标。     

阴山北麓不同土地利用类型表土颗粒分形特征

研究了阴山北麓5个典型样地的表层土壤颗粒分形维数与土壤机械组成、土地利用类型、采样深度以及土壤化学性状之间的关系。结果表明：决定土壤颗粒分形维数大小的主要是粉沙和极细沙的百分含量,其次是粗沙、极粗沙和砾石的百分含量,细沙和中沙的百分含量对土壤分形维数影响程度相对较小。粉沙百分含量与土壤颗粒分形维数拟合的方程D=0．1821nx＋2．0683可预测研究区域的土壤颗粒分形维数。5种不同利用类型的土地土壤颗粒分形维数随采样深度的变化而变化,总体趋势都是随着采样深度加深而分形维数减小。表层（0～10cm）土壤颗粒分形维数大小依次为：弃耕地2〉未封育草地〉封育草地〉弃耕地1〉耕地。5种不同利用类型的土地中,土壤颗粒分形维数与pH、全盐量均表现为不显著相关,与有机质含量只有封育草地上表现为极显著相关,与全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量的关系比较复杂,这主要是受耕作、施肥和放牧等人为干扰所造成。     

渝贵交界地区低中山土壤颗粒分形特征研究——以贵州遵义习水县寨坝镇为例

以在贵州省遵义市习水县寨坝镇采集的42个土壤样品为例,运用分形维数模型分析渝贵地区低中山的土壤分形维数(D)特征及其与土地利用方式、海拔高度、土壤性质的关系,结果表明:研究区的D值介于2.565~2.856之间,均值为2.699,总体变异性较弱,土壤质地为中壤土、重壤土,重壤土D值大于中壤土.土壤分形维数主要由粘粒含量决定(R=0.963),其次与粉粒含量呈显著负相关(R=-0.537),与砂粒含量相关性不明显(R=0.157).不同土地利用类型的D值从大到小依次为草地、旱地、林地、水田.D值和土壤性质中TP质量分数呈显著的正相关关系,但与土壤的其他性质相关性不显著.     

西南地区水耕人为土分形特征及与土壤属性的关系

通过分析水耕人为土颗粒分形维数与土壤质地、耕性、土壤有机质、全N、P、K、pH、CEC等的关系,探讨利用土壤颗粒分形维数作为水耕人为土分类指标的可能性.结果表明:西南地区26个水耕人为土的土壤颗粒分形维数介于2.6175～2.9109之间,平均值为2.8199,土壤颗粒分形维数可作为土壤质地与土壤表面积的综合性定量化指标.适宜耕作的10个土种(2号除外)分形维数介于2.7018 ～2.8116,不适宜耕作的16个土种(23号除外)分形维数介于2.8353 ～2.9109之间.土壤分形维数可表征水耕人为土的质地、成土母质、肥力特征、耕性等,土壤颗粒分形维数可作为水耕人为土分类,尤其是基层分类的一个重要指标.     

不同地区盐渍土土壤颗粒的分形特征

通过野外调查、室内试验、模型分析等方法研究了新疆石河子、新疆阿拉尔、内蒙临河、吉林白城、河北海兴及江苏盐城6个地区表层0～20 cm土壤颗粒分形维数、土壤质地、粒径组成及盐分含量变化特征.结果表明,各地区土壤质地以壤土为主,土壤颗粒分形维数为2.59～2.78,且呈自南向北、自东向西递增趋势;土壤颗粒分形维数与黏粒(<0.002 mm)相对含量呈极显著幂指数关系(y=2.3232x0.0583,r2=0.9819,P<0.01).受海拔、气候条件等因素影响,不同地区土壤颗粒分形维数与沙粒(0.05～2 mm)和粉粒(0.002～0.05 mm)相对含量、平均质量半径、土壤盐分之间相关性不同,但总体拟合决定系数低于0.2.土壤分形维数主要与黏粒相对含量有关,同时受海拔、气候等因素共同影响.     

浙北平原区土壤分形特征及其与土壤肥力的关系 ——以水稻土为例

对浙北平原区水稻土分形特征与土壤肥力的关系进行研究,为利用土壤分形维数表征土壤肥力提供基础依据.通过对土壤各粒级颗粒组成、肥力指标进行相关性分析,了解该地区土壤的分形特征,探究土壤分形特征与土壤肥力之间的关系.结果表明,该地区土壤颗粒粒级范围主要分布在2～250μm之间,占土壤颗粒组成的83.50％～98.36％.土壤分形维数(D)在2.43～2.76之间,D黏土>D粉黏土>D粉黏壤土;黏土、粉黏土和粉黏壤土分形维数之间呈显著性差异(P<0.05);土壤分形维数与粒级<2μm和2～20μm颗粒含量呈正相关,与粒级>20～50μm和>50～250μm颗粒含量呈负相关;不同深度土壤的分形维数D0～30 cm50μm)含量提高,导致土壤分形维数值降低,土壤分形维数值能有效反映土壤阳离子交换量、全钾和速效钾的特征.开展农耕活动时,可以采用间歇翻耕,缓解表层土壤长期处于松散状态,防止土壤养分过度流失.     

冀西北清水河流域不同白桦林型土壤分形特征

为探明不同白桦林型土壤分形维数与土壤质地及土壤理化性质之间的关系,本研究选取冀西北清水河流域白桦(Betula platyphylla Suk)纯林、华北落叶松(Larix principis-ruppredhtii Mayr)×白桦混交林、山杨(Populus davidiana)×白桦混交林3种典型白桦林型,对林下土壤颗粒组成及养分进行测定,利用分形模型比较其土壤颗粒的分形特征,以及分形维数与土壤理化性质之间的关系。结果表明:(1)土壤分形维数介于2.388～2.563之间,3种白桦林型平均分形维数大小排序为:白桦纯林(2.474)>山杨×白桦混交林(2.453)>华北落叶松×白桦混交林(2.423)。(2)土壤分形维数随土层深度的增加呈增长趋势。(3)3种白桦林型林下土壤均为典型的粉砂壤土,土壤分形维数与粉粒和黏粒分别呈极显著与显著的正相关关系,而与极细砂粒则呈显著的负相关关系。(4)分形维数与土壤pH值呈显著正相关关系,而与有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量均为极显著负相关关系。针阔混交林(华北落叶松×白桦混交林)分形维数相比其他2种林型较低,土壤养分含量显著高于其他2种白桦林型。因此,土壤分形维数可以作为判断土壤质地与土壤养分差异的指标。     

丘陵区土壤颗粒的分形维数及其应用

通过对四川省宜宾地区 2 3个耕层土样的颗粒组成分析 ,分别应用AR法和杨培岭法计算了不同质地的颗粒的分形维数 ,其结果是砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土和粘土分形维数的平均值依次递增。回归相关分析表明土粒分形维数与粒径 0 0 5～ 1 0 0mm颗粒含量关系显著负相关 ,与 0 0 1～ 0 0 5mm和 0 0 0 5～ 0 0 1mm颗粒含量关系不显著 ,与 0 0 0 1～ 0 0 0 5mm和小于 0 0 0 1mm颗粒 (粘粒 )含量呈极显著正相关 ;它们与有机质呈显著正相关 ,与土壤容重呈极显著负相关。分形维数可作为土壤质地的综合性的定量化指标     

胡杨、梭梭“肥岛”土壤颗粒分形特征

研究了胡杨和梭梭"肥岛"土壤颗粒分形维数在空间上的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,胡杨"肥岛"颗粒分形维数冠幅内略小于冠幅外,表明胡杨冠幅内土壤质地比冠幅外土壤质地略粗;梭梭"肥岛"颗粒分形维数冠幅内大于冠幅外,表明梭梭冠幅内土壤质地比冠幅外土壤质地细.胡杨和梭梭"肥岛"土壤颗粒大小分形维数与砂粒(＞2.00 mm)含量呈显著的线性负相关,而与粉粒(2.00～0.05 mm)、粘粒(<0.05 mm)含量呈极显著的线性正相关(P＜0.01).土壤颗粒分形维数可作为评价荒漠灌木"肥岛"土壤的定量指标之一,但分形维数与有机质和总盐没有显著的线性关系.     

海涂围垦区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

土壤颗粒分形特征是表征植被与土壤环境相互作用的重要因子。本研究以江苏沿海条子泥垦区长期撂荒地和水稻田两种土地利用类型为研究样地,探讨了土壤颗粒分形维数及其与土壤粒径分布、土壤理化性质之间的关系。结果表明：海涂围垦区土壤颗粒分形维数在2.16～2.21之间,不同土地利用类型间分形维数存在显著差异,表现为荒地土壤大于稻田土壤,农业垦殖降低了海涂垦区土壤颗粒分形维数。土壤颗粒分形维数与土壤黏粒、细粉砂粒和粗粉砂粒的颗粒含量呈极显著正相关,与极细砂粒、细砂粒和中砂粒的颗粒含量呈极显著负相关。粒径0.05 mm是影响海涂围垦区土壤颗粒分形维数变化的临界粒径。荒地土壤电导率和可溶盐阳离子含量均高于水稻田土壤,水稻种植有利于降低围垦区土壤盐分含量。土壤颗粒分形维数与土壤有机质含量和粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量均呈显著正相关关系。土壤颗粒分形维数可以较好地反映土壤理化性质特征及变化过程,可以作为评价海涂围垦区盐渍土发育和演变规律的定量指标之一。     

黄土高原不同生境土壤结构体分形维数研究

【目的】研究不同生境条件下土壤结构体分形维数及其与主要土壤特性的关系。【方法】根据植被和土壤类型,从黄土高原不同地域分别采集22个0~20 cm土层土壤样品,利用干筛法测定其结构体组成,分析土壤结构体分形维数及其影响因子。【结果】黄土高原22个土壤样品结构体的分形维数为2.267~2.843。土壤类型不同,其土壤结构体的分形维数具有明显的差异,分形维数表现为干润砂质新成土>黄土正常新成土>简育干润均腐土>土垫旱耕人为土。回归分析发现,土壤结构体分形维数与土壤有机质、全氮含量具有极显著的负相关关系,相关系数分别为-0.591 9和-0.640 7(n=22)。对黄土正常新成土,除5~10 mm结构体外,土壤结构体分形维数与各粒径含量均呈现出明显的线性关系,正负相关性以0.25 mm为界,即其分形维数与>0.25 mm的结构体含量呈负相关,与<0.25 mm的结构体含量呈正相关。多元线性回归分析表明,结构体分形维数与0~0.25,1~2,2~5,5~10 mm结构体含量的偏相关关系达到显著水平,而与0.25~1 mm结构体含量的偏相关系数不显著。【结论】在黄土高原地区,土壤结构体分形维数随纬度增加而增加,土垫旱耕人为土结构体分形维数最低,干润砂质新成土结构体分形维数最高,同时土壤结构体的分形也受土地利用方式的影响,分形维数表现为人工林地>农地>自然林地>裸地。     

县域尺度表层土壤质地空间变异与因素分析

【目的】以北京市平谷区为研究区域,采用传统统计和地统计学相结合的方法研究县域尺度下土壤质地空间变异的规律,探究土壤质地空间变异的机理。【方法】采用Levine’s方法进行方差奇次性检验,根据检验结果选取最小显著性差方法(least-significant difference,LSD)对土壤颗粒组成与高程、母质、土地利用和水域分布关系进行研究。空间预测采用普通克里格法,鉴于土壤质地属于成分数据,插值前对原始数据进行对称对数比转换。【结果】不同高程组、母质类型、土地利用类型及水域缓冲区组各颗粒平均含量存在一定的差异性,不同高程组和母质类型的土壤颗粒组成之间的差异性比不同土地利用类型和水域缓冲区明显。总体而言,研究区内随着海拔高度的降低,土壤颗粒呈现由粗变细的趋势;由石英含量较高的酸性岩母质发育的土壤土壤颗粒较粗;菜地土壤颗粒相对较细;随着离水域距离的增大,土壤砂粒含量呈增加趋势。地统计分析结果显示,土壤质地各颗粒表现出极强的空间自相关性,空间变异主要由结构性因素引起。各颗粒空间插值结果表明,土壤各颗粒组成空间分布总体趋势特征比较明显。【结论】传统统计分析和地统计学相结合的方法能够系统和全面地揭示土壤质地空间变异的确定性和随机性,研究区土壤质地空间格局主要受地形、母质等自然因素影响。经过对称对数比转换后,土壤质地各颗粒组成空间预测结果满足成分数据空间插值的要求。     

不同改良措施对沙质土壤颗粒组成及分形特征的影响

【目的】研究不同改良措施下沙质土壤质地变化,为沙化土壤改良提供科学依据。【方法】以新疆南疆典型沙化土壤为研究对象,设置5种不同改良措施(种植燕麦(A₁)、种植油菜+燕麦(A₂)、种植燕麦+油菜秸秆翻耕+生物菌肥(A₃)、种植燕麦+农家肥(A₄)、种植燕麦+农家肥+生物菌肥(A₅)),采用田间试验,分析不同改良措施对沙化土壤颗粒组成分形的影响。【结果】不同改良措施下土壤分形维数D值介于2.35～2.49,与对照相比,随着土层的加深,土壤的细颗粒物质的分形维数值呈增加趋势;土壤颗粒分形维数D值与黏粒呈极显著正相关,与细粉粒呈显著正相关,与砂粒呈显著负相关。【结论】农家肥或绿肥与生物菌肥配合施用,可有效改善沙化土壤的理化性状。     

重庆山地血橙园土壤粒径分形特征

为了定量描述重庆山地血橙园土壤粒径分形维数特征,本试验以重庆山地血橙园内血橙-红薯、血橙-花生、血橙-玉米、血橙纯林、血橙-茄子5种模式下的土壤为研究对象,通过野外调查及室内分析试验,测定了不同模式土壤的粒径分布及理化性质,计算了分形维数,探讨了分形维数与土壤粒径分布及理化性质的关系,结果表明:血橙园不同模式下土壤质地可分为砂质粘壤土和壤质粘土两类,分形维数与土壤质地具有很好的一致性;土壤砂粒与分形维数达到显著相关(p0.05),土壤粘粒含量与分形维数达到极显著相关(p0.01),分形维数大小首先决定于粘粒含量、其次为砂粒含量和粉粒含量;分形维数与土壤容质量、毛管孔隙度呈正相关,与土壤pH值呈极显著正相关(p0.01),与非毛管孔隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾含量呈负相关.土壤分形维数能客观表征血橙园土壤粒径分布,反映土壤肥力特征.     

黑河中游不同景观类型土壤有机质与含水率变化特征

【目的】探明黑河中游不同景观类型土壤有机质和土壤水分空间分布特征以及两者之间的相互关系,为该地区农业活动、植被选择提供相关依据.【方法】于2019年5～10月钻取不同景观类型0～100 cm土层的土壤样品,研究土壤有机质与土壤含水率的变化特征,并采用相关分析法分析土壤有机质与土壤含水率之间的关系.【结果】各个景观类型的土壤有机质随土层深度增加基本呈现增大-减小的趋势.除农田景观的土壤含水率随土层深度增加呈现减小-增大的变化趋势外,其他景观类型的土壤含水率随土层深度增加均呈现增大-减小-增大的变化趋势.河岸林、荒漠景观各土层的土壤有机质含量与土壤含水率均呈现负相关关系,其中河岸林景观0～10 cm土层的负相关程度最高(R~2=0.919),而荒漠景观10～20 cm土层的负相关程度最高(R~2=0.767);农田、荒漠-绿洲过渡带景观各土层的土壤有机质含量与土壤含水率均呈现正相关关系,其中农田景观10～20 cm土层的正相关程度最高(R~2=0.959),而荒漠-绿洲过渡带景观20～40 cm土层的正相关程度最高(R~2=0.871).【结论】黑河中游各景观类型的土壤有机质和土壤含水率在不同程度上受区域气候、土壤质地和人为活动的影响,存在时空异质特性,根据土壤有机质和土壤含水率变化特征,科学合理的实施农事活动和生态植被修复,对绿洲安全生产和可持续发展具有重要意义.     

黄土丘陵区不同植被类型根际土壤微团聚体及颗粒分形特征

 【目的】研究黄土丘陵区坡耕地退耕后不同植被根际土壤微团聚体及颗粒的分形特征,为该地区植被恢复中土壤质量评价和生态恢复的持续健康发展提供科学依据。【方法】通过室内分析,运用分形理论,研究黄土丘陵区墩山小流域天然草地、人工草地和人工灌木等6种植被根际土壤微团聚体以及颗粒组成的分形特征。【结果】黄土丘陵区坡耕地退耕后,不同植被对土壤微团聚体以及颗粒组成影响不同。无论是根际还是非根际,天然草地0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm微团聚体含量以及土壤团聚状况、团聚度均高于人工灌木和人工草地,而0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm土壤颗粒含量以及分散系数、分散率低于人工灌木和人工草地,根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数高于人工灌木和人工草地。除柳枝稷外,根际土壤团聚状况和团聚度高于非根际,分散系数和分散率低于非根际;不同植被根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数均低于非根际土。相关性分析表明,与非根际相比,根际土壤微团聚体及颗粒分形维数与土壤基本理化性质相关性更显著。【结论】黄土丘陵区坡耕地退耕后,天然草地对于土壤微团聚体的改善作用优于人工灌木和人工草地。与非根际相比,根际土壤具有更好团聚结构,而且根际土壤分形特征能更好反映土壤性质的变化规律,因此可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标。     

赣南不同草地类型区土壤粒径分布及分形特征

[目的]研究赣南不同草地类型区土壤颗粒组成与分形特征,为该地区草地植物保护与利用提供参考依据.[方法]研究按不同区域进行样地设置,采用典型抽样法对不同区域不同草地类型植被群落特征进行调查,测定土壤粒径特征及全量养分指标,用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值.[结果](1)赣南地区不同类型草地土壤颗粒主要以粉粒(3...     

不同土地利用类型土壤颗粒分形特征与粘粒含量的关系

为研究不同土地利用方式对土壤颗粒的影响,解决土壤形态和过程复杂等问题。采用激光粒度分布仪对辽宁省铁岭市泉河流域的坡耕地、果树台田、人工林地和天然次生林4种利用类型土壤粒径含量进行测定,利用分形法对其特征进行分析,并建立坡耕地、果树台田、人工林地和天然次生林4种不同的土地利用方式土壤颗粒分形维数与土壤粘粒含量的曲线关系模型。结果表明:不同土地利用类型中坡耕地主要以粉粒为主,天然次生林和人工林地均主要以细砂粒为主,果树台田主要以极细砂粒为主;土壤颗粒的分形维数主要是由土壤中粘粒含量决定的,分形维数大小依次为:果树台田分形维数<林地分形维数<天然次生林分形维数<坡耕地分形维数。土壤粘粒含量与土壤颗粒分形维数呈显著相关关系。     

长期不同施肥红壤粒径分布的多重分形特征

【目的】通过探讨长期不同施肥后红壤粒径分布非均匀性和异质性的变化特征,揭示不同施肥模式对土壤粒径分布的影响,为农田土壤发育过程以及科学合理利用红壤提供理论支撑。【方法】以湖南省祁阳试验点红壤旱地长期定位试验（1990年至今）为依托,采用激光粒度分析仪测定1990年初始土样（O）与连续22年不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、有机无机配合施用（NPKM）和单施有机肥（M）4种施肥模式下小麦-玉米轮作系统中耕层土壤（0-20 cm）颗粒分布;应用多重分形理论以盒计维方法分析了土壤粒径分布多重分形参数的变化趋势;并对多重分形参数、土壤颗粒与土壤有机质进行相关性分析,阐明多重分形参数表征土壤粒径分布的精准性。【结果】多重分形参数可以反映土壤粒径分布的非均匀程度,与红壤黏、粉粒含量、土壤有机质含量显著相关;运用多重分形参数表征土壤粒径分布具有较高的灵敏性与精准度。红壤粒径广义维数（D(q)）在﹣10≤q≤10的范围内,其中D(q＜0)比D(q＞0)更为敏感,表明广义维数（D(q)）在稀疏区域的标度性低于密集区域的标度性。与初始土样（O）相比,长期不同施肥对容量维数（D0）与信息维数（D1）无显著影响,但显著提高了关联维数D2（0.864-0.883）、D1/D0（0.921-0.932）;处理间均表现为M、NPKM＞NPK、CK、O,也显著提高了奇异强度α0（1.129-1.177）和奇异谱宽Δα（1.966-2.707）等多重分形参数,处理间均表现为NPK、CK＞M、NPKM＞O。【结论】在成土条件、种植制度和管理措施均一致的条件下,无论是单施有机肥（猪粪）还是有机肥（猪粪）配合施用化肥均可以显著提高红壤粒径分布局部密集程度,促进土壤细化,加快土壤不均匀性发展,增强了土壤颗粒异质性。多重分形参数可以表征土壤粒径分布的细微差别,为土壤粒径分布的精准研究提供了技术支持。     

土壤颗粒数量分布的局部分形及多重分形特性

【目的】采用定量方法全面判断土壤颗粒分布(PSD)的内在结构,以提高利用土壤PSD函数估测土壤水动力参数的精度。【方法】利用激光粒度仪测定红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种黄土体积PSD,计算得出土壤颗粒数量PSD,然后基于分形理论研究了粒度的幂定律适用范围及相应的分形维数;在符合幂定律的粒度范围内进行多重分形计算,获得了土壤数量PSD的多重分形参数。【结果】分形分析结果表明,红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种土壤符合幂定律的颗粒半径的下限均接近0.5μm,而上限依不同土壤差别很大,相应的分形维数为2.17～3.43;多重分形分析表明,红胶土广义分形维数Dq值在整个q区间上变化最明显,显示出比其他土壤更强的颗粒分布不均匀性;4种土壤的τ(q)-q曲线均明显异于直线,表明4种土壤均具有多重分形分布特征。红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土的f(α)谱宽分别为4.30,1.96,1.74和1.25,谱的不对称系数分别为-0.924,0.516,0.141和0.490,表明红胶土的多重分形结构较其他3种土壤更明显,其不对称程度最大。【结论】多重分形理论能更细致地刻画土壤颗粒的数量分布特征;将分形和多重分形理论相结合可以更加全面地了解土壤颗粒分布的内在结构。