草海不同石漠化程度土壤分形特征研究

基于土壤粒径分形维数的计算方法,对草海不同石漠化程度土壤颗粒、微团聚体、团聚体粒径分布的分形维数进行了研究。结果表明:石漠化地区土壤颗粒分形维数与土壤粉粒(0.001~0.05mm)呈极显著负相关(r=-0.963**,P0.01),与土壤黏粒(0.001mm)呈极显著正相关(r=0.995**,P0.01);土壤微团聚体主要以0.01mm的大粒级微团聚体为主,其分形维数与大粒级(0.01mm)微团聚体表现出呈极显著的负相关(r=-0.964**,P0.01);土壤风干团聚体5mm粒级的含量达到70%以上。湿筛后,5mm土壤团聚体含量减少,其余粒级有不同程度的增加,其中0.25mm的增幅最大。石漠化程度的加剧,使土壤黏粒含量逐渐增多,土壤颗粒、土壤微团聚体分形维数逐渐增大。通过对草海地区石漠化土壤结构特征的研究,可为草海地区石漠化治理、草海湿地的保护提供参考。     

华北土石山区坡面溅蚀和片蚀泥沙颗粒特征研究

基于野外人工模拟降雨试验,研究3种降雨强度(35,65,100mm/h)、2种坡度(5°,15°)和3种植被盖度(0%,30%,80%)条件下,溅蚀和片蚀泥沙颗粒的粒径动态分布特征,及其与降雨强度、坡度和植被覆盖度的关系,揭示表层土壤团聚体在侵蚀过程中的破碎机制。结果表明,2种侵蚀方式下的泥沙颗粒主要集中在0.1~0.002mm粒级范围内,显著高于其它粒级颗粒含量。在溅蚀泥沙颗粒中0.1~0.05mm粒级颗粒含量较高,而片蚀泥沙颗粒中0.02mm粒级颗粒含量较高,溅蚀泥沙颗粒的平均重量直径均大于片蚀泥沙颗粒。对比泥沙颗粒粒径的变化特征,溅蚀泥沙颗粒中粗砂粒(2~0.25mm)和细砂粒(0.25~0.05mm)含量逐渐减少,粉粒(0.05~0.02mm)和粘粒(0.002mm)含量逐渐增加,而片蚀泥沙颗粒中砂粒(2~0.05mm)含量呈增加趋势,粘粒(0.002mm)含量呈减小趋势。2种侵蚀方式下不同粒径泥沙颗粒与坡面径流深和径流量的相关性分析表明,泥沙颗粒粒径分布与地表产流过程密切相关。同时,雨滴击溅侵蚀泥沙颗粒的分形特征与侵蚀土壤的相对机械破碎指数有关,能够有效预测侵蚀过程中降雨和径流对坡面土壤团聚体的分选特征。     

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。     

冻融循环对五台山典型植被土壤微团聚体的影响

[目的]研究气候变化背景下季节性冻融对土壤微团聚体的作用,为影响林线附近土壤地球生物化学过程的相关研究提供参考。[方法]选择五台山林线附近3种典型植被:草甸、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和云杉(Picea meyeri)覆盖下的土壤,通过土柱野外原位培养,测定不同时期土壤各粒径微团聚体含量以及土壤分形维数(D)。[结果]在培养期内,3个样地的2～0.25mm和0.25～0.05mm团聚体含量变化趋势各不相同;0.05~0.02mm(先降后增再降),0.02～0.002mm(先降后增,华北落叶松样地除外),0.002mm(先增后降)团聚体含量变化趋势基本一致。在初冻期和融化期,季节性冻融导致3个样地土壤微团聚体含量发生显著变化(p0.05),深冻期无显著变化(p0.05)。生长季同样发生了土壤微团聚体含量的显著变化(p0.05)。不同样地植被组成的差别造成了土壤微团聚体含量差异显著(p0.05),体现在初冻期和融化期。季节性冻融期间,土壤微团聚体分形维数逐渐增加,而此时云杉样地土壤微团聚体分形维数最低;生长季期间,微团聚体分形维数逐渐降低,草甸样地土壤微团聚体分形维数最低,但在生长季末期,则是华北落叶松样地最低;但3个样地土壤微团聚体分形维数仅在生长季末期存在显著差异(p0.05),且培养期结束时的土壤分形维数与开始时无显著差异(p0.05)。[结论]季节性冻融对3个样地土壤微团聚体含量都具有显著影响,且3种植被下土壤结构对季节性冻融的响应也明显不同,主要发生在初冻期和融化期;在培养期内,虽在冻融作用下土壤微团聚体分形维数增加,但进入生长季后都逐渐减少至培养前水平,3个样地土壤结构性和团聚能力均呈周期性变化,具有一定的自我恢复能力。     

黄土区不同施肥对土壤颗粒及微团聚体组成的影响

采用野外采样与室内分析方法,运用颗粒体积分形理论,研究了15年长期不同施肥处理对黄土区农田土壤颗粒组成、 微团聚体分布及有机碳的影响。结果表明,施肥处理对020 cm土层影响较大,不同施肥处理土壤颗粒及微团聚体的优势粒级均为0.02~0.05 mm。有机肥（M）、 磷肥（P）、 有机肥和氮肥配施（MN）、 有机肥、 氮肥和磷肥配施（MNP）处理可显著提高020 cm土层0.1~0.2 mm土壤颗粒的百分含量,有机肥和磷肥配施（MP）以及MNP处理有利于该土层大粒径土壤微团聚体的形成。氮肥和磷肥配施（NP）处理的土壤分散率最大,M处理最小。不同施肥处理土壤颗粒体积分形维数差异不显著。相关性分析表明, 020 cm及2040 cm土层土壤颗粒体积分形维数与粘粒（0.002 mm）和细粉粒 （0.002~0.02 mm） 呈极显著正相关,与粗粉粒 （0.02~0.05 mm） 和细砂粒 （0.05~0.2 mm）极显著负相关; 土壤团聚度与0.05 mm各粒径土壤团聚体显著或极显著负相关,与 0.05 mm各粒径土壤团聚体显著或极显著正相关。020 cm土层土壤有机碳与0.01~0.05 mm各粒径土壤团聚体显著或极显著负相关,与0.1~0.5 mm各粒径土壤团聚体极显著正相关。     

长期配施有机肥对旱地红壤微团聚体中有机碳含量的影响

以连续种植花生26年的旱地红壤为研究对象,选取了有机无机配施试验区的NPK(对照),NPK+花生秸秆(还田)、NPK+稻秆(稻秆)、NPK+鲜萝卜菜(绿肥)及NPK+猪厩肥(厩肥)等5个肥料处理土壤,采用吸管法逐级提取了大小粒级微团聚体土壤样品,分析了各粒级微团聚体的有机碳含量变化及其对土壤总有机碳的贡献率,探讨了微团聚体的粒级组成与土壤有机碳含量及分形维数的相关关系。结果表明:长期配施有机肥未能显著改变旱地红壤中大小粒级微团聚体比例的分布格局,即0.25~0.05 mm2~0.25 mm0.05~0.01 mm(0.005 mm)0.01~0.005 mm,其中优势粒径0.25~0.05 mm微团聚体所占比例为44.3%~50.0%。配施有机肥可以显著增加旱地红壤2~0.25 mm,0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级团聚体有机碳含量,提高特征微团聚体比例,增大分形维数,且随着0.05 mm粒级微团聚体数量的增多,分形维数均显著增大。各粒级团聚体有机碳的平均含量大小依次为:(0.005 mm)0.25~0.05 mm(2~0.25 mm)0.05~0.01 mm0.01~0.005 mm,其中0.25~0.05mm与0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳受施肥的影响差异显著。土壤有机碳总量与2~0.25 mm、0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,其中0.25~0.05 mm粒级微团聚体对土壤总有机碳的贡献率为55.4%,显著高于其它粒级微团聚体。     

川中丘陵区不同治理模式对土壤微团聚体分形特征的影响

探讨川中丘陵区不同小流域治理模式对土壤微团聚体分形特征的影响,可为该区植被恢复与水土流失治理模式提供科学依据。本文通过室内分析,研究了5种不同小流域治理模式下的土壤微团聚体粒径组成、分形维数特征及其与土壤理化性质的关系。1该区土壤微团聚体组成以0.01~0.05 mm粒径为优势粒径,含量在0~10 cm和10~20 cm土层分别达28.63%和28.04%;0.001~0.005 mm粒径为次优势粒径,在0~10 cm和10~20 cm土层含量分别达25.90%和26.33%;各土层不同治理模式下各粒径微团聚体含量差异显著。2该区土壤微团聚体分形维数变化范围为2.643~2.717,不同治理模式土壤微团聚体分形维数呈现水保林甜橙林核桃林裸地坡改梯坡减缓的规律,分形维数与各粒径微团聚体含量呈线性关系。3相关性分析表明,土壤微团聚体分形维数与速效钾、全钾呈正相关,与土壤总孔隙、碱解氮、全氮、有机质呈负相关关系。土壤微团聚体分形维数能较好地反映川中丘陵区土壤的理化结构,是表征该区土壤理化性质的重要指标,林地是该区植被恢复与水土流失治理选择的最优模式。     

不同沙生植被土壤微团聚体分形特征及抗蚀性

应用分形理论,以沙裸地为对照,不同沙生植被类型为研究对象,分析了不同沙生植被类型对土壤理化性质及抗蚀性的影响。结果表明,不同沙生植被中,踏郎土壤微团聚体组成和颗粒组成1～0.25 mm粒级含量较高;白柠条和踏郎的土壤微团聚体分形维数较低,且显著低于沙裸地。颗粒分形维数为沙蒿和踏郎较高,白柠条最低。沙裸地可蚀性K值最大,花棒和踏郎的可蚀性K值较小。综合分析表明沙裸地种植植被后,可以提高土壤质量和抗蚀性,其中踏郎较其它植被类型能更好地改善沙化土壤质量和提高土壤抗蚀性。     

喀斯特植被恢复过程中的土壤分形特征

基于粒径的重量分布表征分形维数的计算方法,对喀斯特山区植被恢复过程中的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布的分形维数进行研究,并分析其与土壤理化性质的关系。结果表明,随着植被的不断恢复,>0.25mm水稳性团聚体不断增多,土壤结构不断改善;土壤颗粒分形维数除与土壤水解氮呈显著正相关外(P<0.05),与其他因子的相关性较小,均未达显著性水平;土壤微团聚体和水稳性团聚体分形维数与有机质和全氮、水解氮呈显著负相关,与结构体破坏率呈显著正相关。土壤微团聚体及水稳性团聚体分形维数能较好地反映植被恢复过程中土壤理化性质的演变,可以作为定量评价喀斯特植被恢复过程中土壤结构演变的指标;坡耕地的土壤结构最差,退耕还林有利于喀斯特山区水土保持。     

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。     

闽北典型毛竹林土壤微团聚体分形特征研究

以中亚带常绿阔叶林和杉木林为对照,对闽北典型竹林土壤微团聚体分形维数变化特征及其与土壤物理性质、化学性质、土壤酶活性及微生物数量的关系进行了研究,结果表明:>0.25 mm和0.05~0.01 mm颗粒含量越高,0.25~0.05 mm,0.005~0.001 mm和<0.001 mm颗粒含量越低,分形维数越小。土壤肥力与土壤分型维数有显著的相关性,土壤微团聚体分形维数与上述颗粒含量之间存在极显著或显著的回归关系;分形维数还与20个土壤肥力指标(土壤理化性质和生物活性指标)中的11个指标存在极显著负线性相关,与土壤容重极显著正相关,与毛管孔隙度、水解氮含量和过氧化氢酶活性之间存在显著的线性关系。说明土壤微团聚体分形维数能很好地表征试验林分的土壤理化性质和土壤生物活性,可作为评价土壤肥力的一项综合性定量指标。     

紫色丘陵区不同土地利用方式土壤剖面微团聚体组成及分形特征

通过野外采样和室内分析相结合的方法,研究了紫色丘陵区不同土地利用方式下的土壤剖面微团聚体组成及分形特征。结果表明:林地、花椒地、旱地、水田和柑橘园土壤微团聚体组成以0.25~0.05mm粒级为优势粒级,0.05~0.01mm次之,占比18.80%~35.57%,0.001mm粒级含量最少,为0.33%~2.57%;0—20cm土层土壤微团聚体平均重量比表面积(MWSSA)表现为林地(161.04cm2/g)柑橘园(134.49cm2/g)花椒地(117.31cm2/g)水田(100.67cm2/g)旱地(96.94cm2/g),且林地土壤微团聚体MWSSA显著大于其他土地利用方式;0—20cm土层林地土壤团聚状况和团聚度显著高于其他土地利用方式,且其团聚体状况分别比花椒地、旱地、水田和柑橘园提高了16.55%,20.15%,11.23%和7.68%;20—40cm土层各土地利用方式土壤微团聚体分形维数D值表现为柑橘园(2.41)林地(2.40)花椒地(2.32)水田(2.31)旱地(2.12),且旱地土壤微团聚体D值显著低于其他利用方式;5种土地利用方式土壤微团聚体分形维数与各因子的相关性分析有一定的相似性,同时也存在一定的差异性。因此,不同土地利用方式下土壤微团聚体分形维数在一定程度上能表征土壤物理性质的优劣、养分肥力的高低以及抗蚀能力的强弱。     

PLA平铺沙障对沙丘土壤颗粒分形特征的影响

采用室外调查与室内分析相结合的方法,统计分析了毛乌素沙地PLA沙障铺设5年后的土壤颗粒粒径组成、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)含量的之间的关系。结果表明:研究区沙物质颗粒主要以粒径大于0.05 mm的细沙、极细沙为主。设置PLA沙障后,导致沙丘中粗沙含量减少,黏粒物质增加。沙障规格对土壤分形维数的影响表现为规格越小,土壤分形维数越大。沙丘表层分形维数与砂粒含量(0.05 mm)呈极显著的负相关关系,而与黏粒含量呈极显著的正相关关系。该地区颗粒分形维数的临界粒径为0.05 mm粒径物质,低于0.05 mm的颗粒含量越多,分形维数越高,反之则越低。设置PLA沙障后,黏粒物质聚集和沙粒物质的降低共同导致分形维数的增加。     

重庆四面山不同林地土壤颗粒特征及其与土壤侵蚀的关系

通过对重庆四面山的槲栎林、川柯林、柳杉林和毛竹林4种林地土壤颗粒状况的分析,探讨不同林地土壤颗粒特征及其与土壤侵蚀之间的关系。结果表明：除柳杉林以外,其他林地土壤均属于级配良好土壤,毛竹林表层土壤颗粒的分散度较低、偏度较大,土壤颗粒分布不均衡,土壤流失程度较高。不同林地土壤的微团聚体分形维数表现为川柯林40-60cm层最小,柳杉林0-20cm层最大,微团聚体分形维数与〈0.001mm粒级微团聚体含量成正比,与0.25～0.05mm粒级微团聚体含量成反比。川柯林土壤团聚状况最高（19.38%）,分散率最低（32.13%）;柳杉林土壤团聚状况最低（10.88%）,分散率最高（74.41%）。     

荒漠-绿洲边缘区生态过渡带的土壤颗粒分形特征

通过实地采样和实验室分析,测定了黑河中游荒漠绿洲边缘区生态过渡带的土壤粒级分布、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)的含量,并采用1993年杨培岭等提出的用粒径的重量分布代替数量分布的土壤分形模型,计算了土壤颗粒分形维数;最后利用统计分析法,研究了颗粒分形维数与土壤粒级分布及各养分指标的关系.结果表明:从荒漠边缘向绿洲延伸的过渡带,土壤中砂粒含量占绝对优势,粉粒居中,黏粒最少,采样区土壤质地较粗;土壤颗粒分形维数在2.105～2.609之间变动,处于极低水平,与土壤各养分指标具有相似的变化趋势,除靠近绿洲区存在一个"生态裂谷"外,整体呈上升趋势;利用相关分析法得出,土壤颗粒分形维数与砂粒含量呈显著负相关,与黏粉粒及各养分指标均呈显著的正相关;利用回归分析法进行定量分析,砂粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D降低0.0019个单位;粉粒和黏粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D分别增加0.002和0,023个单位,对土壤颗粒分形维数变化幅度的影响依次为黏粒>粉粒>砂粒,分形维数对黏粒含量的变化最为敏感.因此,可以将土壤颗粒分形维数作为衡量荒漠-绿洲边缘区土壤养分变化状况的指标之一,用于反映荒漠绿洲区土壤的退化状况.     

南昌不同城市化强度土壤粒度组成和分形特征及其影响因素

为探究南昌城市化强度对土壤粒度组成与分形特征的影响,将南昌市建成区按不透水面面积占比区分城市化强度等级取样调查（184个样方）,测定土壤粒度组成、理化性质及植被指标,通过土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数值。结果显示：①南昌城市土壤颗粒以粉粒（46~59%）和砂粒（40~53%）为主,高城市化导致土壤中砂粒含量增加,粉粒含量减少。②南昌城市土壤分形维数的变化范围为2.69~2.97,随城市化强度增加呈下降趋势。土壤粉粒与分形维数正相关,砂粒与之相反,粉粒对土壤分形维数的影响最大。③皮尔森相关分析与结构方程模型分析结果共同表明：丰富的地上植被能够减少土壤颗粒的流失,改善土壤物理性质,缓解土壤退化;城市绿地中粉粒、极细砂粒等粒径适中的土壤颗粒保水、保肥更佳,更能反映土壤的质量水平。     

子午岭植被自然恢复过程中土壤颗粒分形特征

运用土壤分形理论,研究黄土高原子午岭土壤粒径和颗粒体积分形维数(Dv)随植被恢复年限的变化特征,以期为黄土高原植被恢复和水土保持建设提供科学指导。研究表明:(1)黏粒、粉粒、砂粒及Dv均在0~10 cm和10~20 cm两土层之间差异显著,在16 a和60 a两年限间差异显著;(2)Dv随土层变化较小(2.326~2.340),随年限变化较大(2.307~2.347),Dv整体符合正态分布u=2.33,δ=0.02;(3)Dv与黏粒和粉粒呈显著的正相关关系,与砂粒呈显著负相关关系;(4)Dv和(<0.05 mm)/(>0.05 mm)粒级比值可表征土壤水土流失的状况。     

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。     

草萘胺在黄泥土不同粒径微团聚体上的吸附行为

采用超声分散法提取了太湖地区黄泥土中不同粒径的团聚体颗粒,用批次吸附试验的方法研究了除草剂草萘胺在各团聚体颗粒组上的吸附特点。结果表明,不同粒径微团聚体的草萘胺吸附等温线均可用Freundlich方程定量描述,Kf值介于5.56~11.40之间,以粒径<0.002mm和2.00~0.25mm两个粒组吸附容量最大,粒径0.25~0.02mm和0.02~0.002mm两个粒组吸附容量较小。在各团聚体粒组中对土壤吸附草萘胺相对贡献率最大的是粒径<0.002mm粒组。由于颗粒细小的微团聚体更易于在土壤-水环境中迁移,因此,草萘胺在黄泥土上的这种分布特点对环境的潜在影响不容忽视。     

民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分形特征研究

通过野外采样与室内试验,分析了民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分布分形特征及其与土壤理化性质的关系,结果表明:(1)民勤绿洲-荒漠过渡带白刺群落土壤以细砂为主,梭梭、沙拐枣群落土壤以中砂、粗砂为主;土壤粒径分形维数为2.144～2.398,3种植被类型土壤粒径分形维数均为固定沙丘半固定沙丘流动沙丘(或平沙地流动沙丘)。(2)土壤粒径分形维数与黏粒(0.005 mm)、粉粒(0.005～0.05 mm)含量呈极显著正相关(p0.01),与细砂(0.1～0.25 mm)、中砂(0.25～0.5 mm)、粗砂(0.5～1 mm)含量呈负相关但不显著,与极细砂(0.05～0.1 mm)、极粗砂(1～2 mm)含量呈正相关但也不显著。(3)分形维数D值与全氮、速效磷含量分别呈极显著正相关(p0.01)和显著正相关(p0.05),土壤黏粒含量与有机质、全氮、速效磷含量呈显著正相关(p0.05),土壤粉粒、砂粒含量与有机质含量呈极显著正相关(p0.01),土壤分形维数D值和黏粒、粉粒、砂粒含量与土壤含水量、全钾、速效钾、全盐、p H值相关关系均不显著。