元谋干热河谷区土壤粒径分布分形特征

应用JL-1177激光粒度分布测试仪,获取元谋干热河谷区内三种不同土地利用方式下45个土壤样品的粒径分布(PSD),利用分形几何学方法分析土壤粒径分布分形特征。结果表明:1)元谋干热河谷区土壤分形维数D分布在1.8854~2.7709,平均值为2.2895,D值与土壤粉粒含量线性相关较显著,其大小顺序为粉壤土粉土,林地土壤草地土壤裸地土壤。2)土壤分形维数D与土壤黏粒、砂粒含量呈正相关,与粉粒含量呈负相关。3)偏相关分析表明,0.5~0.25 mm与0.05~0.02 mm粒径含量越高,土壤分形维数D越低,0.25~0.05 mm与0.02~0.002 mm粒径含量越高,土壤分形维数D越高。     

岷江上游干旱河谷土壤粒径分布分形维数特征

具有分形特征是土壤的客观属性之一,为了探讨分形维数与土壤性质之间的关系与影响因素。运用土壤体积粒径分布分维模型计算了岷江上游干旱河谷不同土地利用方式下土壤表层(0～20cm)161个样品的分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、有机质和土壤养分之间的相关性。土壤粒径分布分形维数可以作为表征土壤结构和性质的重要指标。结果表明:不同土地利用方式下土壤的粒径分布具有不同的分形特征,分形维数在2.5011～2.7825之间,粉壤土>壤土>砂壤土,耕地大于灌林地。土壤颗粒体积分形维数与黏粒(<0.002mm)和粉粒(0.002～0.05mm)的体积百分含量以及土壤全钾含量呈极显著正相关关系,与砂粒(>0.05mm)的体积百分含量呈极显著负相关关系,而与土壤有机质,全氮,全磷,速效磷和速效钾含量的相关性未达到显著水平。研究结果可以为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的依据。     

土地利用方式对雅江中游土壤理化性质及 颗粒分形特征的影响

采取野外调查和室内试验相结合方法,分析了雅江中游4种土地利用方式基本理化性质,并运用土壤颗粒体积分形维数模型研究了不同土地利用方式土壤颗粒分形特征及与土壤粒径、性状关系。结果表明:(1)不同土地利用方式0~30 cm土壤理化性质差异显著(P0.05),土壤容重表现为稀疏灌丛农耕地荒草地人工林地,随着土壤层次增加,土壤容重呈增大趋势。总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水率、毛管持水率均与容重规律相反;(2)4种土地利用方式主要以粉粒、砂粒为主,黏粒含量仅占到0.36%~4.27%,土壤质地偏砂性;(3)0~30 cm土壤颗粒体积分形维数平均值的顺序为:农耕地荒草地人工林地稀疏灌丛。人工林地具有较好的土壤结构,相对疏松、通透性好。而稀疏灌丛受到砾石影响,分形维数最小,但在保水保肥能力上最弱;(4)土壤颗粒体积分形维数与砂粒体积百分含量呈极显著负相关(r=–0.873,P0.01);与粉粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.860,P0.01);与黏粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.913,P0.01)。这表明,一定程度上,研究区分形维数可作为评估水土流失的指标;(5)土壤颗粒体积分形维数与各土壤单一物理性质具有不同程度相关性,其中与总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水量、毛管含水量均为正相关关系,而与容重、有机质呈负相关关系。     

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。     

大黑山生态修复区不同植被类型土壤颗粒的分形特征

运用土壤粒径质量分布原理与分形理论,对大黑山生态修复区6种不同植被类型土壤颗粒分形特征进行研究。结果表明：1）不同植被类型土壤颗粒粒径的质量分数分布差别很大,土壤黏粒和粉粒含量林地比荒草地高87.47%和89.94%,砂粒含量和细砾与粗砾含量林地比荒草地低25.09%和19.19%;土壤粉粒和黏粒含量黑桦＋山杨混交林、蒙古栎和山榆等天然次生林地明显高于山杏和油松等人工林地。2）有林地土壤颗粒分形维数明显大于荒草地,天然次生林土壤颗粒分形维数大于人工林,且以天然次生混交林最大。3）不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤粒径〈0.05 mm的黏粒含量和粒径0.05-0.25 mm之间的粉粒含量呈明显的线性正相关关系,土壤的颗粒越小,细粒含量越高,分形维数越大。4）不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤不均匀系数呈较好的线性负相关关系,随着土壤不均匀系数的降低,土壤颗粒分形维数增大。除荒草地外,大黑山生态修复区其他5种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以天然次生林土壤粒径分布结构较好,尤其是以天然次生混交林的最好,其次是人工林的。     

三峡库区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

采集三峡库区忠县石宝寨4种不同土地利用类型土壤剖面0-40cm土层3个层次12个土壤样品,通过计算和测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期说明三峡库区中性紫色土土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,研究区中性紫色土土壤剖面（0-40cm）土壤颗粒体积分形维数D值介于2.638～2.674之间。随土层深度的增加D值总体呈增加趋势,不同土地利用类型之间的D值存在差异,表现为林地〈果园〈菜地〈水田;D值与土壤粘粒（〈0.002mm）体积百分含量呈极显著正相关关系（P〈0.01）,与土壤粉粒（0.002～0.05mm）体积百分含量的相关性不强,而与砂粒（〉0.05mm）体积百分含量呈极显著负相关关系（P〈0.01）;D值与土壤有机质、全氮、全磷含量不存在显著相关性。     

陕北黄土丘陵沟壑区土壤粒径分布分形特征

将激光衍射技术和分形分析结合,多重分形分析应用多重分形参数Rényi维数谱,研究土壤粒径分布(PSD)分形特征。结果表明:土壤PSD分形维数D在2.28～2.47之间,D与土壤黏粒含量线性相关。计算黏粒、粉粒和砂粒分形维数D黏粒、D粉粒和D砂粒,三者之间存在D黏粒D粉粒D砂粒的关系,分别用D黏粒、D粉粒和D砂粒计算分裂概率,发现小团粒具有较小的分裂概率。因此,分裂概率具有尺度依赖性,并随着土壤粒径的减小而降低。多重分形分析表明,由PSD获取的Rényi维数谱为反S型递减函数,与理论的多重分形Rényi维数谱相似,说明土壤PSD具有多重分形特征。     

汉中荒草地整治后耕作层土壤颗粒分形特征

运用分形模型,结合野外调查和室内试验分析汉中市荒草地整治后耕作层土壤颗粒分形特征,探讨土壤颗粒分形维数与土壤质地、粒径组成以及养分含量的关系,建立整治后耕作层土壤分形维数预测函数。结果表明:(1)整治后土壤颗粒分形维数D介于2.55~2.95之间,均值为2.77,标准差为0.134,土壤颗粒分形维数与土壤质地有一定的关系,表现为土壤质地越细,分形维数越大。(2)土壤颗粒分形维数主要是由黏粒含量决定,分形维数与黏粒含量呈显著线性正相关(R2=0.978 0);利用分形维数与土壤黏粒(≤0.002mm)建立的预测模型精确度高(R2=0.982 7),能够很好的预测土壤颗粒分形维数。(3)土壤分形维数与土壤全氮、有效磷和有机质含量的相关关系分别为0.914,0.580,0.513,分形维数与全氮、有效磷、速效钾含量均呈显著正相关关系,分形维数可作为衡量土壤肥力状况的有效指标。研究结论表明土壤分形维数D能够很好的表征土壤质地、粒径组成以及土壤养分状况,可为土地整治工程开展后土壤质量评价以及土地资源的永续利用提供一定的参考。     

植物篱对紫色土区坡地土壤可蚀性变化影响

基于土壤分形维数及 EPIC 模型,研究紫色土区坡耕地不同土地利用方式下定植新银合欢植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响作用.结果表明:定植植物篱能提高坡面土壤粘粒含量,对坡面小区土壤整体的可蚀性没有明显影响.土壤分形维数与砂粒、粉粒含量呈负相关,与粘粒含量呈正相关;土壤可蚀性 K 值与粉粒含量呈极显著的正相关,相关系数为0.957;与分形维数、砂粒含量、粘粒含量及有机碳含量呈负相关,相关系数分别为:-0.589,-0.668,-0.603,-0.286.     

不同土地利用方式土壤物理性质特征分析

通过野外调查和室内试验相结合的方法,选择天然次生林、人工林地、坡耕地、荒草地、果树台田和花田6种典型地块作为研究对象,对比分析不同土地利用方式的土壤含水量、容重、团聚体分形特征。结果表明:土壤含水量从坡上到坡下逐渐增加,而土壤容重则表现为:坡下坡中坡上;土壤颗粒组成间的差异性较明显,极细沙粒和细砂粒的含量较高,其次是粉砂粒,粘粒含量最低;土壤湿筛团聚体分形维数和风干团聚体分形维数呈现相同的变化规律,其大小依次为天然次生林荒草地果树台田人工林地坡耕地花田;湿筛后土壤团聚体分形维数显著增加,以荒草地的增量最小(0.07),花田的增量最大(0.14)。     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

土壤颗粒分布的单多重分形及联合多重分形分析

It is noted that there has been little research to compare volume-based and number-based soil particle size distributions(PSDs).Our objectives were to characterize the scaling properties and the possible connections between volume-based and number-based PSDs by applying single and joint multifractal analysis.Twelve soil samples were taken from selected sites in Northwest China and their PSDs were analyzed using laser diffractometry.The results indicated that the volume-based PSDs of all 12 samples and the number-based PSDs of 4 samples had multifractal scalings for moment order -6 < q < 6.Some empirical relationships were identified between the extreme probability values,maximum probability(P max),minimum probability(P min),and P max /P min,and the multifractal indices,the difference and the ratio of generalized dimensions at q = 0 and 1(D 0 - D 1 and D 1 /D 0),maximum and minimum singularity strength(α max and α min) and their difference(α max - α min,spectrum width),and asymmetric index(R D).An increase in P max generally resulted in corresponding increases of D 0 -D 1,α max,α max -α min,and R D,which indicated that a large P max increased the multifractality of a distribution.Joint multifractal analysis showed that there was significant correlation between the scaling indices of volume-based and number-based PSDs.The multifractality indices indicated that for a given soil,the volume-based PSD was more homogeneous than the number-based PSD,and more likely to display monofractal rather than multifractal scaling.     

向家坝工程扰动区不同生态修复模式边坡土壤颗粒分形特征

[目的]研究不同生态修复后边坡土壤颗粒分形特征,为分形维数作为评价修复后向家坝工程扰动区边坡土壤质量的综合指标提供科学依据。[方法]以向家坝工程扰动区6种不同生态修复模式下的0—10 cm边坡土壤为研究对象,通过野外采样和室内试验,采用单重和多重分形理论相结合的方法,研究自然演替与人工修复模式下土壤粒径分布(PSD)和分形特征及土壤养分特征并分析了其相关关系。[结果]不同生态修复模式下土壤颗粒组成以粉粒和砂粒为主,黏粒含量较少,粒径分布不均匀。天然林地土壤养分含量相对较高且土壤颗粒较细。黏粒与D_v呈极显著正相关(p<0.01),与土壤有机碳和速效氮呈显著正相关(p<0.05),粉粒含量与D₁,D₂呈极显著负相关(p<0.01),砂粒与D₁,D₂呈极显著正相关(p<0.01)。土壤养分与黏粒、粉粒含量呈不显著正相关,与砂粒含量,D₁,D₂呈不显著负相关。[结论]向家坝工程扰动区土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,土壤质地较...     

生物炭添加对盐渍土CT孔隙序列分形特征来源的影响

为了揭示生物炭改良土壤孔隙的复杂结构及其影响因素，以江苏滨海盐渍土为研究对象，采用添加生物炭改良盐渍土，设置0,2%,5%(占表层0—20 cm土重比)3个生物炭添加水平。每年10月在水稻收割后，采用塑料环刀取表层(0—20 cm)原状土，进行Micro-CT扫描获取土壤CT孔隙序列。基于多重分形去趋势波动分析理论，并结合数据重排，分析施加生物炭对CT孔隙序列多重分形特征及其来源的影响。结果表明，所有处理的CT孔隙序列的复杂度均随着年份增长；2%生物炭处理的CT孔隙序列的复杂程度较0和5%生物炭处理分别提高7.54%和5.28%;概率密度函数与长程相关性均影响CT孔隙序列的多重分形特征；孔隙和空间的长程相关性是主要影响因素；生物炭的添加促使孔隙分形特征更易受到土壤中生物微生物活动的影响。研究结果为定量化分析生物炭改良盐渍土孔隙结构提供了理论支持。     

To what extent can multifractal measures provide an accurate model of the porosity of soils?

Over the last decades, several authors have suggested that multifractal measures, that is, self-similar measures defined on fractal or non-fractal objects, could be useful to describe soil properties, to model soil processes, and to deal with their extreme microscale heterogeneity. In this context, a key question relates to the extent to which multifractal measures can indeed fulfill all the expectations they have generated. To address this question, we discuss the possibility of generating a synthetic soil image exhibiting multifractal porosity. To this end, a simple geometrical multifractal model in 2D is developed, which helps us to better understand the concept of multifractality and to generate images. We show that it is possible to generate synthetic binary images over a limited range of scales, but that a pure multifractal model for the distribution of the solid or pore mass cannot be developed due to physical constraints. Moreover, in the generated images mimicking multifractal solid space, a higher degree of multifractality corresponds to a larger porosity, rendering it difficult to tune model parameters to match actual soil properties. In addition, simple statistics relying on power-law fits appear insufficient to characterize soil architecture even if they may capture some key multiscale indicators of observed spatial heterogeneity. We argue that the same conclusions would be reached in a three-dimensional space, as well as for grey-scales images.     

不同管理模式对废弃宅基地复垦杨树林地土壤的粒径分形特征的影响

探究废弃宅基地复垦为杨树林地在不同管理措施下的土壤粒径分布及其分形特征,为科学指导建设用地土壤修复提供理论依据。在陕西省咸阳市渭城区建立废弃农村宅基地复垦为杨树林地的试验区,试验设对照（未扰动）、灌溉、施肥灌溉和自然生长4个处理;自各处理区采集土样,测定土壤机械组成,探讨不同管理模式下土壤粒径分布的分形特征。结果表明,土壤黏粒、粉粒、砂粒含量对照分别为14.58%、81.21%、4.22%,自然生长处理为14.08%、79.92%、5.99%,灌溉处理为15.17%、81.19%、3.64%,施肥灌溉处理为16.75%、80.20%、3.05%;各处理土壤体积分形维数D取值在2.721 ~ 2.808范围内,且与黏粒含量、多重分形维数（D₀ ?D₁₀、D_?10?D₀）呈显著正相关（P < 0.05）,与砂粒含量呈显著负相关（P < 0.05）。土壤粗糙度按灌溉、施肥灌溉和自然生长、对照处理顺序逐渐降低,土壤质地均匀性按施肥灌溉、灌溉、自然生长、对照处理顺序逐渐减小,土壤整体分形结构按对照、灌溉、自然生长、施肥灌溉处理顺序逐渐简化。由此可以认为灌溉和施肥灌溉模式可使宅基地复垦为杨树林地后的土壤质地得到较好改善;而土壤体积分形维数D可作为土壤质地量变化的衡量指标使用。     

基于多维分形的铜陵地区土壤中Pb元素空间分布

克里格插值法的平滑作用使其无法反应空间分布的奇异性。该文将多维分形地统计学方法应用于铜陵地区土壤中Pb元素的空间分布研究中。通过将克里格插值法与多维分形方法的结果进行对比发现,该地区土壤中Pb元素有较强的空间自相似性,多维分形方法合理地强化了局部区域的估值结果,可以较好的表达土壤元素空间分布的局部奇异性。多维分形方法可以广泛应用于土壤元素空间分布的研究,尤其是矿区土壤重金属元素空间分布的研究。     

黄土丘陵区治沟新造耕地土壤的水盐分异特征

[目的] 黄土丘陵区“治沟造地”工程形成的部分新造耕地面临着土壤盐碱化的风险,探究新造耕地土壤水盐空间分异特征及其影响因素,为预防和防治土壤盐碱化,促进新造耕地可持续利用提供理论依据。[方法] 选择该区典型新造耕地,沿沟头至沟口设置6个试验小区,依次为采样点1,2,3,4,5,6,利用网格法获取每个小区0—20,20—40 cm深度的土壤样品,采用多重分形方法分析新造耕地土壤水、盐空间分异特征。[结果] 新造耕地土壤水、盐含量沿沟头至沟口皆逐渐降低,采样点1,2,3地块的平均土壤水分和平均盐分含量分别为17.6%和0.81 g/kg,分别比采样点4,5,6地块的平均值高23.0%和14.1%（p<0.05）。采样点1,2,3地块土壤水、盐的多重分形参数D₁小于采样点4,5,6地块,而ΔD表现出相反的结果,表明采样点1,2,3地块土壤水、盐的空间变异性均较高。浅的地下水影响深度是促进采样点1,2,3地块盐分在表层土壤积累的主要原因（p<0.05）;地形特征也是一个重要原因,采样点1,2,3地块地形狭窄,不利于排水,易发生涝渍,加剧了盐分积累（p<0.05）。此外,采样点1,2,3地块可能受到较高盐分含量的坡面径流和泥沙侵入,提高了该区域土壤水、盐分含量及其变异性。[结论] 地下水影响深度、地形特征及坡面径流泥沙是造成采样点1,2,3地块土壤水、盐含量及其空间变异性较高的重要原因。因此,靠近沟头位置的新造耕地是未来土壤盐碱化预防的重点区域。     

Multifractal characteristics of soil particle size distribution under different land-use types on the Loess Plateau,China

Soil particle-size distribution (PSD) is one of the most important physical attributes due to its great influence on soil properties related to water movement, productivity, and soil erosion. The multifractal measures were useful tools in characterization of PSD in soils with different taxonomies. Land-use type largely influences PSD in a soil, but information on how this occurs for different land-use types is very limited. In this paper, multifractal Rényi dimension was applied to characterize PSD in soils with the same taxonomy and different land-use types. The effects of land use on the multifractal parameters were then analyzed. The study was conducted on the hilly-gullied regions of the Loess Plateau, China. A Calcic Cambisols soil was sampled from five land-use types: woodland, shrub land, grassland, terrace farmland and abandoned slope farmland with planted trees (ASFP). The result showed that: (1) entropy dimension (D₁) and entropy dimension/capacity dimension ratio (D₁/D₀) were significantly positively correlated with finer particle content and soil organic matter. (2) D₀, D₁ and D₁/D₀ were significantly influenced by land use. Land use could explain 24.6–58.5% of variability of D₀, D₁/D₀ and D₁, which may be potential parameters to reflect soil physical properties and soil quality influenced by land use.