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。     

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。     

关中东部TSG全新世剖面粒度分形特征及古气候意义

利用分形理论计算可知,关中东部TSG全新世剖面的土壤粒度分布具有分形特征,剖面分形维数值在2.5443~2.7123之间,其中古土壤S0的分形维数均值最大。粒度分形维数的高值指示暖湿的气候,低值指示干冷的气候。分形特征所揭示的关中东部地区的环境演变过程为:全新世早期,粒度分形维数值相对偏低,风尘堆积占优势,为干旱寒冷的环境,成壤作用较弱;全新世中期,粒度分形维数值偏大,其平均值为2.6713,指示温暖湿润的气候,成壤作用较强;全新世晚期以来,粒度分形维数值降低,土壤颗粒粒径增大,气候变得相对干旱,成壤作用也减弱,但是全新世晚期的分形维数值高于末次冰期。     

不同灌溉方式下耕作土壤的分形特征研究

通过对西安北郊污灌区耕地土壤与正常耕地土壤粒径分布的分形维数分析,结果表明:土壤颗粒表面分形维数D与粒径<0.002mm颗粒的百分含量呈极显著正相关。污灌土壤的分形维数大于正常土壤,其值2.7448～2.8449之间,平均2.785。而正常土壤在2.7253～2.7746之间,平均2.755。这表明污水灌溉对土壤粒度分布和结构有重要影响,增大了土壤粒径<0.002mm颗粒的百分含量,进而影响到土壤粒径的分形分维。     

广东省不同母质发育土壤颗粒分布的分形维数特征

采集广东省主要成土母质(玄武岩、砂页岩、第四纪红土和花岗岩)发育的林地、耕地和园地土壤剖面各发生层土壤,测定了土壤颗粒组成、有机质、CEC等理化性质,探讨了不同母质发育土壤颗粒分布的分形维数特征及其与土壤理化性质的关系。结果表明,玄武岩、第四纪红土、花岗岩和砂页岩发育土壤分形维数变幅分别为2.923 9~2.981 2,2.858 8~2.937 7,2.769 3~2.923 1和2.544 6~2.885 6;玄武岩和第四纪红土发育土壤颗粒分布分形维数与砂页岩发育土壤存在显著差异。土壤颗粒分布的分形维数随土壤深度增加呈增大的趋势,相同母质发育土壤的深层土壤颗粒分布的分形维数接近一致。玄武岩和第四纪红土发育土壤颗粒分布的分形维数在不同深度土壤之间变幅较小,砂页岩和花岗岩发育土壤变幅较大。土壤颗粒分布的分形维数与砂粒含量呈极显负相关,与黏粒含量呈极显著正相关,与土壤全磷、速效钾、全铁、CEC、有机质、全氮、碱解氮呈极显著或显著正相关;土壤颗粒分布的分形维数可以作为表征土壤肥力状况指标。     

沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响

统计分析了库布齐沙漠流动沙丘、设置沙柳活沙障和死沙障沙丘的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤砂粒(>0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(<0.002 mm)含量的关系。结果表明:与流动沙丘相比,设置沙障沙丘的粉粒和黏粒含量增加,且随着土层的加深而表现为下降趋势,不同部位则均呈沙丘下部>上部>中部的趋势。土壤颗粒分形维数因设置沙障而呈增大趋势,且表现为活沙障沙丘>死沙障沙丘>流动沙丘;垂直分布上,设置沙障沙丘的土壤分形维数随土层加深而逐渐减小,而流动沙丘表现为表层与下层大而中层小的特征,沙丘不同部位的分形维数则均表现为沙丘下部>上部>中部。土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势,且与砂粒含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。<0.05 mm粒径物质含量的增加和>0.05 mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在设置沙障后的增大。     

杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征

[目的]研究鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征,为该地区杨树低效林的成因分析及改造提供基础依据,并为杨树人工林的科学管理提供参考与决策支持。[方法]使用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪测量土壤粒径,采用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值,并测定土壤养分。[结果]①鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成主要以细砂粒(42.33%)、极细砂粒(15.72%)、中砂粒(19.77%)为主;主要土壤质地类型为砂土;土壤颗粒的分形维数D值在1.222 5～2.204 5范围内,处于较低水平。②土壤颗粒分形维数D值与粉粒、极细砂粒、细砂粒含量呈显著正相关关系,与中砂粒、粗砂粒、极粗砂粒呈显著负相关关系。③随着土层加深,粒径250μm的土壤颗粒含量增加,粒径250μm的土壤颗粒含量减少;土壤颗粒分形维数D值随土层加深而增大,增大幅度不大。④土壤颗粒分形维数D值与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量的关系均未达到显著水平,土壤各养分含量的变化对分形维数D值没有显著影响。[结论]鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成以砂粒为主,土壤分形维数较低,土壤结构极不均匀,这样的土壤结构对杨树的正常生长发育极为不利,不良的土壤结构也在一定程度上导致了低效林的形成,因此在对杨树低效林进行预防和改造时也要改善林下土壤结构。     

希拉穆仁荒漠草原风蚀地表颗粒粒度特征

以荒漠草原常见的耕作区、围封区、放牧区及旅游区4种土地利用类型表层土壤为研究对象,利用激光衍射技术分析了0~2 cm表层土壤粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态及分形维数等粒度参数,探讨风蚀颗粒范围。结果表明:1希拉穆仁荒漠草原耕作区、围封区、放牧区及旅游区4种土地利用类型土壤粒度组成均表现为以砂粒和粉粒为主,黏粒含量较低,样地平均粒径数值依次变小,分选性逐渐变好,峰态平缓,分形维数数值逐渐减小,土壤颗粒组成依次粗化;偏度分别为负偏、近于对称、正偏和偏正偏,彼此差异明显,偏度可作为有效的粒度参数指标。2通过分析粒度分布频率曲线和土壤粒度累积频率间平均距离,显示研究区粒径为134μm和454μm附近颗粒为近自然状态下的易风蚀颗粒。各粒度参数及分维值均显示放牧和旅游加剧希拉穆仁草原表层土壤风蚀,土壤粒度分布范围变宽,整体向粗粒化方向发展。     

花岗岩崩岗崩积体颗粒组成及分形特征

崩岗崩积体土质疏松,抗侵蚀能力弱,其颗粒组成及分形维数有其自身的特性。采用激光粒度分布仪对花岗岩崩岗崩积体及崩壁土样的颗粒进行测定,对其土壤颗粒组成及分形特征进行比较分析。结果如下:崩积体土壤以砾石、砂粒、粉粒含量为主,黏粒含量极低,土壤质地主要为砾石土;崩积体各层次土壤颗粒分形维数均值为2.61～2.70,分形维数值较低,反映了其细颗粒损失情况;黏粒含量是影响土壤颗粒分形维数的主要因素;崩壁土体的颗粒分形维数大小能够表征土壤的理化特征,而崩积体土壤颗粒分形维数无法真实反映崩积体的理化性质。     

耕层土壤颗粒表面的分形特征研究

通过对31个土壤样品的测定,研究了不同质地耕层土壤颗粒表面的分形维数(D),结果表明D介于2.7060~2.9968之间,并且同一质地类型的土壤分形维数D差异不大,但有随土壤质地由紧砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土到轻粘土,分形维数D呈递增趋势。统计分析结果表明:土壤颗粒表面的分形维数D与10个粒级颗粒含量之间存在极显著的线性回归关系;4个粒级对分形维数D的直接贡献由大到小依次为:粘粒>细粉>粗粉>中粉,无论哪一个粒级的颗粒含量增加,通过其它三个粒级的颗粒含量的间接效应都将使分形维数D增大;土壤有机质、土壤阳离子交换量分别与D有极显著正相关,可以用O M=-229.1113+86.5400D和CEC=-84.6456+32.1086D的直线回归方程来描述它们间的数量关系。     

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。     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

王茂沟流域淤地坝系土壤颗粒与有机碳分布特征研究

为了研究黄土高原丘陵沟壑区坝系坝地土壤颗粒与有机碳的分布特征,以陕北绥德县王茂沟小流域为研究对象,选取了47个土壤剖面,采集土样940个,分析了分形维数、粗化度、有机碳与各粒径组成之间的关系。结果表明:（1）研究区坝地的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,依次为砂粒、黏粒;（2）王茂沟坝地土壤颗粒的分形维数在2.674~2.829之内变化,垂直剖面上变化很微小,坝前、坝中、坝后土壤颗粒分形维数分别为2.803 3,2.783 6,2.795 8;（3）王茂沟坝地土壤质地粗化度在0.27~0.58,平均值为0.44,坝前（0.40） < 坝后（0.45） < 坝中（0.46）;（4）坝地土壤颗粒在0.05~0.002 mm和 < 0.002 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著正相关,在2.0~0.05 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著负相关;坝地土壤有机碳与粉粒和黏粒呈正相关,与细砂粒和极细沙粒含量呈负相关。     

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。     

粒度组成对红黏土干缩裂隙影响

为了探讨粒度组成对红黏土干缩裂隙发育的影响,从而给红黏土地区的工程建设及减灾防灾提供理论依据。通过室内干燥试验,研究了粒度组成对昆明呈贡红黏土饱和泥浆样的水分蒸发、干缩裂隙的形成和演化、表面干缩裂隙结构形态的影响。结果表明:(1)蒸发曲线分为4个阶段,常速率阶段是最重要阶段;(2)常速率阶段历时随粒径减小而增长,随粒径分布范围变大而减短;(3)蒸发速率与粒径、粒径分布范围的关系不明显;(4)干缩裂隙形成与演化过程分为5个阶段,受粒度组成影响最显著的是裂隙形成阶段;(5)粒度组成影响裂隙形成阶段历时、不同等级裂隙先后衍生关系、开裂曲线的分段性、裂隙网络结构和土块分布;(6)天然粒组样的干缩裂隙产生向上卷曲现象;(7)粒径分布范围越大,分布非均匀性越强,表面裂隙率越大,而粒径的影响不明显;(8)表面裂隙的分形维数随粒径减小而减小。综上,粒径分布范围和分布非均匀性显著影响红黏土的水分蒸发过程,干缩裂隙的形成和演化,表面干缩裂隙结构形态。     

长期定位施肥对潮土分形维数的影响

应用土壤颗粒的质量分布特征来描述其分形维数的大小,研究了长期施肥对分形维数的影响,并分析了分形维数发生变化的原因。结果表明:施肥改变了土壤颗粒的分形维数,其中施高量有机肥能显著增加土壤颗粒的分形维数,而且分形维数的变化与粘粒含量的变化,有机质含量的变化和阳离子交换量(CEC)的变化都呈现极显著的正相关性,说明施肥对土壤的主要性状产生了影响。这可能是由于施肥使粘粒含量等土壤的基本理化性状或者粘土矿物组成发生了变化,才导致了分形维数的变化。