土壤颗粒尺寸分布及维及对粘附行为的影响

依据Ｔｙｌｅｒ和Ｗｈｅａｔｃｒａｆｔ推导的土壤颗粒累积质量一尺寸标度关系，计算了我国主要土壤的颗粒尺寸分布（ＰＳＤ）分维，结果表明，淡栗钙土，黄绵土，黑垆土，褐土（Ｌｕ土）潮土，灰漠土，黑土，黄棕壤，黄壤，红壤及赤红壤（砖红壤）的ＰＳＤ分维依次增大，土壤粘粒含量增加使其ＰＳＤ分维增大。结合土壤颗粒表面分形特性及土壤粘附的基本原理，探讨了土壤ＰＳＤ分维对土壤－固体表面粘附行为的影响。ＰＳＤ分维高的土     

粘附界面土壤表层形态的研究

土壤与固体外物表面进行粘附过程中,粘附界面土壤表层形态发生相应变化,并与土壤特性和试验条件等因素有关。作为仿生减粘脱土研究的一项重要基础工作,作者利用扫描电镜对粘附界面土壤表层形态进行了研究,探讨了法向载荷、土壤含水量、固体表面与土壤的相对运动方式等对土壤表层形态的影响。     

农田土壤颗粒尺寸分布分维及颗粒体积分数的空间变异性

盐渍土膜下滴灌过程中的土壤理化性质存在空间变异性,对灌溉管理有一定影响。该文根据3个不同尺度下土壤采样及颗粒尺寸分布（PSD）测定结果,探讨了土壤PSD分维和颗粒体积分数之间的定量关系,分析了各尺度和综合尺度下土壤PSD分维和颗粒体积分数的经典统计特征和地质统计特征,根据颗粒体积分数的半方差函数计算了不同尺度颗粒体积分数的分形维,并做出了等值线图。研究表明,土壤PSD分维与黏粒的体积分数呈正相关关系,黏粒体积分数增大引起PSD分维增加的原因在于细颗粒的比表面积比粗颗粒的大;各尺度土壤PSD分维及颗粒体积分数均无强变异特征;不同尺度下土壤PSD分形维的半方差函数中块金和基台值均非常低;50 m尺度土壤PSD分维和黏粒体积分数的等值线图具有类似的集中度和走势,而砂粒体积分数和粉粒体积分数则具有相反的集中度和走势。该研究说明土壤PSD分维和颗粒体积分数都有一定的尺度依赖性。     

中南丘陵区不同土壤类型下的土地利用景观格局分析

应用RS,GIS,Fragstats软件研究了醴陵市土壤类型和景观格局、景观指数的关系。结果表明:(1)醴陵市主要土壤类型是红壤和水稻土;景观类型以林地和水田为主,各景观分布的主要土壤类型为红壤与水稻土,景观斑块类型在各土壤类型区存在明显差异;(2)土地利用景观多样性指数和均匀度为:紫色土>水稻土>红壤>河潮土>黄壤,优势度则相反;(3)各土壤类型区形状指数变化很小,分维数一致;(4)各土壤类型区的廊道密度指数为:紫色土>水稻土>河潮土>红壤>黄壤,差异较大。     

旱地红壤与红壤性水稻土水分特性分析

对低丘红壤地区红壤性水稻土(黄筋泥田)和旱地红壤(黄筋泥)及不同利用方式下土壤的持水和供水特征进行了研究.结果表明,与红壤性水稻土相比,旱地红壤持水供水能力弱;红壤性水稻土各样品之间持水和释水能力的差异与有机质的变化相似,在红壤地区,培肥土壤有利于提高土壤抗旱能力,土壤利用方式不同改变了土壤孔隙的分布状况,使旱地红壤在低吸力段土壤的水分特征存在明显差异.     

超声波土壤含水量检测装置的模型建立与验证

为探究利用超声波脉冲速度检测土壤体积含水量的可行性,以广东省红壤、赤红壤、水稻土为研究对象,设计了一种超声波土壤含水量检测装置,并利用ZBL-U510型非金属超声波检测仪在3种不同温度环境下(10、20、30℃)对不同含水量的土壤样本进行声速测定,构建了土壤体积含水量与超声波差值声速的温度效应数学模型。结果表明:超声波在水稻土中的传播速度比红壤、赤红壤快,且温度对超声波声速随土壤体积含水量变化节律的影响不同。20℃环境下超声波在土壤中的传播速度最快,10℃其次,30℃最慢。采用Richards模型表征土壤体积含水量与超声波差值声速关系的预测误差在3%左右,采用分段结构温度效应模型的预测误差在5%以内,证明该文提出的超声波脉冲速度-土壤体积含水量的温度效应模型可用于动态温度条件下的土壤含水量预测。该研究可为超声波技术在土壤水分检测领域的应用研究提供参考。     

黔中喀斯特地区土壤机械分维特征及其与土力学特性的关系

在黔中喀斯特地区通过野外调查及室内试验的方法研究了土壤机械分维特征及其与土壤黏聚力c、内摩擦角φ及土壤紧实度的关系。结果表明,研究区土壤分形维数D一般在2.80~2.93之间,当直径小于0.002 mm的土壤颗粒含量超过50%时,其分形维数则大于2.90。相关性分析表明,土壤机械分维与土壤黏聚力、土壤紧实度呈极显著正相关,土壤黏聚力和紧实度随机械分维增大而增大;土壤机械分维与内摩擦角呈极显著负相关,土壤内摩擦角随机械分维增大而减小。     

吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比

[目的] 利用扫描电镜法(scanning electron microscopy, SEM)评估吸管法(pipette method, PM)对中国水蚀区不同土壤粒径分布(particle size distribution, PSD)的测定结果,以期为各典型土壤PSD的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考。[方法] 以5个水蚀二级区的典型土壤——黑土、褐土、黄土、紫色土和红壤为研究对象,利用SEM测定PM所得＜100 μm各粒级悬液的粒径分布,分析两种方法测得的粒径分布差异并探讨其原因。[结果] PM所得绝大多数土壤悬液中都存在粒径大于对应粒级的颗粒。随着悬液粒级减小,SEM所得相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均降低。在＜100 μm悬液中,SEM测得黑土、褐土和紫色土颗粒集中于20~53 μm,平均体积直径(mean volume diameter, MVD)较小;黄土和红壤颗粒集中于20~53,53~100 μm,MVD较大。相比SEM,PM对黄土＜100 μm悬液PSD的测定结果差异不大,但高估了其余土壤＜2 μm黏粒含量,低估了黑土、褐土和紫色土20~53 μm粒级含量及红壤20~100 μm含量,所测各土壤平均重量直径(mean weight diameter, MWD)均小于SEM所测MVD。PM与SEM所测土壤PSD的差异使85.6%的土壤样品质地类型发生了变化。通过S曲线对PM所测PSD进行转换后可使质地类型不一致的样品占比下降至61.5%。[结论] 以SEM结果为基准,PM对水蚀区各土壤粒径分布的测定普遍存在误差。两种方法之间的差异因土壤类型而异,主要与土壤矿物组成和黏土矿物类型有关。     

不同类型土壤介电常数与体积含水量经验关系研究

利用土壤介电性质间接确定土壤体积含水量的方法已广泛应用于相关的学科领域。本研究通过土柱试验,针对我国潮土、风沙土、红壤、水稻土等4种典型土壤,对8种质地土壤介电常数与体积含水量的经验关系展开了研究,修正了Topp(1980)关系式,并确定了Herkelrath关系式校正参数a、b值。结果表明,Topp(1980)关系式对砂壤性潮土、粉砂质黏性潮土、风沙土、黏性红壤含水量的预测误差较大;Topp拟合关系式虽然对Topp(1980)关系式有所优化,但效果仍然不甚理想,在含水量的不同范围有时误差较大,特别是对黏性红壤含水量的预测效果较差;Herkelrath拟合关系式对试验的4种类型土壤含水量的预测效果均较好,可以作为相关应用的优先选择;三种关系式对两种质地的水稻土含水量均有很好的预测效果,平均绝对误差小于0.03 cm3cm-3。     

不同水分状况对红壤和黄褐土速效钾含量的影响

通过120 d的实验室恒温（25±1℃）培养试验,研究了不同水分条件（含水量0、25%和40%及干湿交替）对红壤和黄褐土速效钾（K）变化的影响。结果表明,无论施钾与否,红壤恒湿处理（25%和40%）的速效K高于干燥土壤,并且随着培养时间的延长有增加的趋势;黄褐土与红壤相反,恒湿处理的速效钾低于干燥土壤。同一土壤25%和40%含水量恒湿处理的速效钾含量差异不显著,表明土粒表面水膜的厚薄不是影响土壤钾有效性的控制因素。干湿交替条件下,红壤速效钾变化不明显,黄褐土速效钾逐渐增加,干燥过程可促进黄褐土层间K+的释放。随着干湿交替次数的增加,红壤固钾能力有增加的趋势,黄褐土的固钾能力逐渐下降。     

土壤和润湿研究中的分形现象

分形几何学的理论与方法已被用于土壤表面不规则性、旋耕土块轮廓及表面裂纹形状和分布、土壤值的空间分布及固体表面润湿性的研究中,利用分形维数定量探讨它们的规律性。本文综合评述了土壤表面、土块轮廓与裂纹、土壤值及润湿研究中的分形特性。     

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究.结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性.不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p＜0.01).土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p＜0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p＜0.01),其中与黏粒含量关系最为密切.耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响.与50 ～ 500年水稻土相比,700 ～ 2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高.     

成都平原土壤颗粒分形特征及应用

采用分形模型研究了成都平原土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤性状间的关系。结果表明成都平原土壤颗粒分形维数(0￣40cm)介于2.903￣3.005之间。在水平方向上东北方的中江县最大,西南方向的温江区和双流县次之,北方的绵竹市最小。土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好的指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量。分形维数的变化能很好的表征平原区土壤化学、物理性状的变化趋势,可以作为评价土壤结构、土壤肥力诊断的一个综合指标。     

分维与土壤特性时空变异性研究进展

论述了几种经典分维的定义及计算方法,阐明了传统分析土壤特性时空变异性不足之处,介绍了近几年来用分维度量土壤特性时空变异性的一些成果,并对分维在今后土壤特性时空变异性中的应用前景作了展望。     

石灰岩区土壤分形特征及其与土壤性质的关系

研究了岩溶坡地不同生态系统土壤颗粒组成和团粒结构的分形特征.结果表明,土壤颗粒组成分形维数与黏粒及物理性黏粒含量显著正相关,与砂砾含量显著负相关.团粒结构分形维数与水稳性团聚体含量显著负相关,与团聚体湿筛后的破坏率显著正相关,即分形维数愈高,>0.25 mm水稳性团聚体和水稳性大团聚体含量愈低;团粒结构的分形维数与土壤有机质有负相关趋势,与土壤阳离子交换量显著负相关,与土壤体积质量(容重)呈正相关趋势.次生灌丛岩溶生态系统退化后,土壤黏粒减少,体积质量上升,土壤水稳性团聚体含量及其稳定性下降,土壤颗粒组成分形维数降低,土壤团粒结构分形维数则呈上升趋势.颗粒组成分形维数与团粒结构分形维数对土壤质量和岩溶生态环境状况的反映是一致的.     

应用分形维数研究土壤团聚体与低吸力段持水性的关系

将土壤水动力参数和易测定的土壤物理特性联系起来一直是土壤物理学的重要研究内容,分形理论为这方面研究提供了新的途径。本文以贡嘎山亚高山林区11个土壤样品为例,研究了土壤团聚体分形维数和低吸力段持水曲线分形维数的关系。结果表明:分形维数能较好地描述土壤团聚体数量组成、土壤水分分配;干、湿团聚体分形维数(CFD、WFD)与低吸力段持水曲线分形维数(FDw)之间相关系数为0.891、0.759,呈极显著性直线正相关,线性回归方程式定量地描述了研究区森林土壤团聚体对土壤低吸力段持水性能的影响。     

不同风沙土壤颗粒的分形特征

应用土壤颗粒的重量与粒径分布原理来描述了古尔班通古特沙漠地风沙土壤颗粒的分形特征。通过对10种样品颗粒的机械组成进行分析,分别计算出了它们的分形维数(D=2.3237～2.9347),并分析了其与流动风沙土、半固定风沙土和固定风沙土之间的关系。分析结果表明,风沙土壤结构具有明显的分形特征,其粒径分布分形维数为2～3。土粒表面分形维数与2～0.2mm间的土粒含量存在显著的负相关;而与0.02～0.002mm和<0.002mm的颗粒含量存在显著的正相关,表现为随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其土粒表面的平均分形维数呈依次增高。土粒表面分形维数与三种典型风沙土壤有机质含量为极显著正相关,而与其硬度为显著负相关。     

Fractal features of soil particle size distribution and the implication for indicating desertification

Some of the effects of land desertification on soil properties are manifested by the coarsening of the soil particlesize distribution (PSD) and the losses in organic C and nutrients. The changes and characteristics of PSD and selected chemical properties in soils at the 0-15 cm plough layer from different degrees of desertified croplands are analyzed in the semiarid Horqin Sandy Land, northern China. The fractal dimension of the PSD is emanated to characterize the patterns of PSD. The relationships between the fractal dimension of the PSD and selected soil properties are discussed. The results show that: (1) in the transformation from potential desertified cropland to extremely desertified cropland, the sand content at the 0-15 cm soil increased from 69% to 93%, organic C and total N contents decreased by 65% and 69%, respectively; (2) the fractal dimension of PSD ranged from 2.179 to 2.611, the more the contents of sand, the lower the fractal dimension and the higher the desertified degree of farmland. In the desertification process within the studied area, the mean fractal dimension decreased from 2.555 for the potential desertified soils to 2.298 for extremely desertified soils; (3) there existed considerable linear relationships between fractal dimension and soil properties. It was shown that fractal dimensions of PSD are useful parameters able to monitor soil degradation and to estimate the degree of soil desertification.     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

沙岸木麻黄防护林不同更新模式土壤结构分形特征及其效应

运用分形模型对滨海沙地木麻黄防护林10种更新模式土壤结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明,沙质土壤小径级沙粒含量越大,土壤结构分形维数越大,土壤肥力越高,保水能力越强。土壤结构分形维数与土壤小径级颗粒含量及其他理化性质指标均存在显著回归关系。木麻黄、刚果12#桉、厚荚相思和湿地松顺序排列多行混交模式土壤结构分形维数最大,其改土效果最明显,为最优更新模式。分形模型在沙质土壤肥力研究上应用为木麻黄防护林更新模式选择提供了新思路。