黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团粒结构分形特征

土壤团粒、水稳性团粒和微团粒状况是影响土壤结构和性质的重要因素。运用分形理论研究黄土丘陵区纸坊沟流域7种不同土地利用方式土壤团粒结构的分形特征。结果表明：表层土壤团粒的分形维数在1．641—2．114之间,其大小顺序为人工草地〉果园〉坡耕地〉乔木林地〉灌丛〉天然草地〉人工梯田。土壤水稳性团粒的分形维数在1．774～2．384之间,其变化顺序为果园〉乔木林地〉人工草地〉坡耕地〉天然草地〉人工梯田〉灌丛,二者均表现出≥0．25mm粒级土壤团粒含量越低,分形维数越高的规律;分形维数与≥5mm、5～2mm和≥0．25mm粒级的土壤团粒、水稳性团粒呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．25mm粒级的呈极显著正相关（P〈0．01）;结合团粒结构体破坏率可知,灌丛土壤结构与稳定性最好,其次为天然草地,人工草地最差;表层土壤微团粒结构分形维数在2．360～2．487之间,大小顺序为天然草地〉乔木林地〉坡耕地〉人工梯田〉人工草地〉果园〉灌丛,灌丛有助于促进土壤微结构形成,分形维数与0．25-0．05mm和〉0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著正相关（P〈0．01）;下层土壤质地主要与成土母质有关,人为干扰小,3种分形维数间存在显著正相关水平（P〈0．05）,土壤有机质含量与3种分形维数显著负相关（P〈0．05）。土壤团粒结构分形特征可作为土壤评价指标之一,分形理论为土壤结构、性质和评价研究提供了新方法。     

晋西黄土区不同土地利用方式对土壤物理性质的影响

通过野外调查与室内实验相结合的方法,对晋西黄土区5种土地利用方式的土壤容重、土壤孔隙度及贮水量、土壤微团聚体分形特征进行了对比分析,以期为该地区土壤结构的改良提供理论指导.结果表明:各土地利用方式下随着土层深度的增加,土壤容重均显著增大,土壤孔隙度均显著下降,人工混交林土壤物理结构最好,荒草地最差;土壤0-50 cm贮水能力依次为人工混交林(74.56士14.96) mm＞人工纯林(72.13±8.63) mm＞经济林地(65.51±6.43) mm＞农地(61.38±9.55) mm＞荒草地(55.19±13.18)mm,其中人工混交林与人工纯林,农地和经济林地之间无显著差异,荒草地与其他土地利用类型均差异显著;土壤微团聚体平均分形维数(D)表现为荒草地(2.37±0.07)＞农地(2.32±0.08)＞经济林地(2.25±0.06)＞人工纯林(2.09±0.05)＞人工混交林(2.07±0.08);土壤微团聚体分形维数(D)与土壤容重,0～0.005 mm,0.005～0.01 mm和0.01～0.05 mm粒级土壤微团聚体体积分数均呈极显著正相关关系,与土壤各孔隙度及其所对应的贮水量和0.05～0.25 mm粒级土壤微团聚体体积分数均呈极显著负相关关系.     

晋西北黄土丘陵区小流域土壤团聚体稳定性及其分异特征

土壤团聚体是土壤结构的基本组成部分,在影响水分入渗和转移、土壤肥力方面起到重要作用。分析土壤团聚体结构特征及其稳定性影响机制,对揭示黄土高原退耕还林还草生态环境效应具有重要意义。研究以晋西北朱家川流域内7个坝控小流域不同土地利用方式(林地、草地、农地)下土壤团聚体为研究对象,利用GIS平台空间分析模块提取样点地形因子,用湿筛法分析水稳性团聚体粒径组成,借助通径分析法分析各理化因子对于分形维数的影响。结果表明:晋西北朱家川流域不同土地利用方式下,土壤团聚体稳定性存在显著差异,团聚体稳定性从高到低顺序为:林地>草地>农地。分形维数和小粒径团聚体含量呈显著正相关,而与大粒径团聚体含量呈显著负相关。处于流域下游的后会沟流域土壤团聚体稳定性最低,中游柳树咀沟流域土壤团聚体结构稳定性最优。对土壤团聚体分形维数影响最大的因子是有机质含量,其次是海拔高度,直接通径系数分别为-0.427和-0.229,决策系数分别为0.168 0,0.085 6。研究结果可为黄土高原生态恢复和土地合理利用提供科学依据。     

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。     

丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及分形特征

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及其分形特征,揭示人类活动对土壤结构的影响,以库区内不同土地利用方式(水田、旱地、果园、人工林地、自然林地)土壤为研究对象,经干筛和湿筛法测定团聚体组成,以土壤团聚体稳定性指标(大团聚体含量(R0.25)和团聚体破坏率(PAD))、土壤团聚体直径指标(平均质量直径(MWD)和几何均重直径(GMD))以及分形维数(D)作为评价指标,对比分析丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体组成及其稳定性。结果表明,对土壤团聚体组成的测定,湿筛法相对干筛法重现性更好,能更真实反映土壤团聚体组成及其稳定性。各土地利用方式总体上表现为林地(人工林和自然林)土壤稳定性和抗蚀性更好,其MWD和GMD值相对较高,D值相对较低;相反,旱作农地(果园和旱地)土壤团聚结构及其稳定性较弱,其MWD和GMD值相对较低,D值相对较高。说明各团聚体稳定性指标均能从不同角度反映不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响。相关性分析表明,土壤团聚体MWD、GMD值和D值与各粒径团聚体含量呈明显线性关系,在土壤团聚化过程中,土壤团聚体从微团聚体(0.25 mm)—中等团聚体(0.25~5 mm)—大团聚体(5 mm)的转化中,0.25,1,5mm粒级是较为关键的临界点。     

植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征

利用植物篱控制水土流失的长期定位实验,采用数理统计法研究了13 a期植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征。结果表明,与传统横坡农作模式相比,植物篱能明显增加0.2 mm粒级土壤微团粒含量,尤其是0.2～0.05 mm粒级,提高了土壤微团聚体分形维数与团聚度,降低了坡耕地土壤小粒级微团聚体在下坡位的相对富集程度,优化了土壤大小粒级微团聚体的坡面分布。紫色丘陵区植物篱-农作模式下土壤微团聚体分形维数反映了坡耕地土壤的物理性质、养分肥力与抗蚀能力。     

吉县蔡家川流域不同树龄刺槐林和油松林土壤微团聚体分形特征研究

本研究以山西吉县蔡家川流域内不同树龄的刺槐、油松纯林及其撂荒地为研究对象,应用Microtrac S3500激光粒度分析仪,对各地类土壤剖面中8个层次168个土壤样品的微团聚体组成进行测定后,利用分形几何学方法分析了土壤微团聚体的分形特征。结果表明:土壤微团聚体体积分形维数D随土层深度增加呈现递减趋势,平均值为2.22,变化于1.75~2.7之间。各地类土壤微团聚体体积分形维数D与<0.005 mm粒级土壤微团聚体体积分数呈极显著正相关关系,相关系数R均大于0.95,与其它粒级土壤微团聚体体积分数相关性不显著。根据土壤养分状况、土壤物理性质与土壤微团聚体分形维数成反比的研究结论,各地类0~20 cm深度土层的肥力状况和物理性质较20~40 cm土层好,撂荒地土壤肥力状况和物理性质最差,刺槐林地的肥力状况和物理性质好于油松林地,随着树龄的增加,土壤肥力和物理性质有下降趋势。     

冻融作用对土壤微团聚体特征及分形维数的影响

为了研究冻融作用对土壤微团聚体特征和分形维数的影响,本试验以东北地区典型土壤-棕壤为研究对象,通过室内人工控温冻融培养,测定分析不同含水量条件下,不同冻融频次处理后土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积(MWSSA)、平均质量直径(MWD)和分形维数(D)等特征指标.结果表明:供试土壤经冻融循环处理后,不同粒级微团聚体含量的变化趋势不尽相同,除0.005 ～0.001 mm外,含水量对其他粒级微团聚体含量的影响均达到了显著或极显著影响,冻融次数对各级微团聚体含量均达到了显著或极显著影响;土壤平均质量比表面积随着冻融次数和土壤含水量的增加先减小后增加;土壤平均质量直径随冻融次数的增加先增加后减小,随土壤含水量的增加先减小后增加;分形维数随着冻融次数的增加先减小后增加,随土壤含水量的增加呈波动式变化.冻融处理使土壤微团聚体的稳定性先增强后减弱,适宜含水量可增加土壤微团聚体的稳定性.     

土地利用方式对红壤团聚体稳定性的影响

以湖南、湖北和江西3省第四纪红土母质发育的土壤为材料,应用干、湿筛法比较不同利用方式下土壤的团聚体粒级分布、平均重量直径(MWD)以及团聚体破坏率(PAD)的差异,分析在不同利用方式下土壤团聚体的分布特征以及稳定性与土壤有机碳的联系。结果表明:不同利用方式下干筛团聚体均以>5mm粒级为主,其次为<0.25mm粒级,而湿筛团聚体则以<0.25mm粒级为主。各不同利用方式土壤团聚体干、湿筛MWD值变化趋势大体一致,并且与有机质含量均呈显著正相关关系。各不同利用方式下PAD有显著差异,表现为旱地>果园>水田>茶园>林地,并且PAD与土壤有机质含量和湿筛获得的MWD值呈极显著负相关。不同有机质含量可显著影响不同利用方式下水稳性团聚体粒级分布。>5mm,1～0.5mm,0.5～0.25mm,>0.25mm粒级水稳性团聚体的含量比例均与有机质含量之间有极显著的相关关系,而5～2mm和2～1mm粒级水稳性团聚体则与有机质含量相关性并不显著。不同土地利用方式对土壤有机质含量有极大的影响,有机质含量高低表现为水田>林地>茶园>旱地>果园。     

矿粮复合区煤累积对土壤团粒结构的影响

为理解煤对土壤结构的影响,以土壤煤累积现象普遍的焦作矿粮复合区为研究区,选取3种不同程度的煤累积土壤(低累积、中累积和高累积)为研究对象,不含煤的土壤为对照,通过测定0—40 cm土层深度范围的水稳性团聚体组成,并采用分形维数(D)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和大团聚体破坏率(PAD)作为团粒结构的评价指标,探讨煤累积对土壤团聚体组成与稳定性的影响。结果表明:煤在土壤中累积可以促进水稳性微团聚体向大团聚体转化,降低团聚体的分形维数,提高团聚体稳定性。深层(20—40 cm)土壤水稳性大团聚体含量的增幅高于表层(0—20 cm)土壤。土壤团聚体稳定性随着煤累积程度的增高表现出先增加后降低的趋势。土壤团聚体的稳定性主要取决于>2 mm粒级水稳性团聚体的含量。总体上,煤在土壤中的累积改善了土壤的团粒结构性状。此外,根据本研究结果,研究区长期运煤、堆煤、洗煤和矿井水灌排等活动导致的"黑土"现象并不能视作煤污染。     

黄土高原恢复植被防止土地退化效益研究

通过野外考察和室内分析,研究结果表明:在黄土高原地区恢复植被能显著提高土壤有机质和速效氮、钾等营养元素的含量,降低土壤pH和容重,增加土体中水稳性团聚体的数量,提高土地的生产能力,促进土壤腐殖化和粘化过程的进行.乔木林地速效养分丰富,粘粒和>0.25mm团聚体的数量大;灌丛草地则酸性较强,坚实度偏低,>0.05mm的微团粒含量较高.乔木林地防止土地退化的效益好于灌丛草地.     

子午岭林区典型植被下土壤结构及稳定性指标分析

运用分形理论,研究了子午岭林区5种天然次生植被(以6 a天然恢复弃耕地为对照)下土壤结构特征,分析了土壤水稳性团聚体分维、孔隙分维、平均重量直径等3个指标在描述土壤结构稳定性方面的差异.研究表明,相对于弃耕地,各个植被群落均能明显改善土壤结构,降低土壤水稳性团聚体分形维数,提高孔隙分形维数,增强土壤结构的稳定性.土壤水稳性团聚体分维、孔隙分维q>0.25 mm水稳性团聚体含量、土壤有机碳、容重的相关系数均达到了极显著水平,均能作为评价土壤结构稳定性的指标;而团聚体平均重量直径与土壤有机碳含量、容重相关性不显著,只与>5 mm团聚体含量和>0.25 mm团聚体含量有极显著正相关关系,因此,仅可作为大团聚体含量的评价指标.     

广元市不同土地利用类型土壤的分形特征

以8个植被类型、2个农地和2个退耕地的土壤颗粒组成数据为基础，运用分形模型计算这12个土地利用类型土壤颗粒的分形维数，研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明：（1）12个土地利用类型表层土壤颗粒的分形维数介于2．8185～2．9249之间。与退耕地和玉米地相比，各林地土壤颗粒分形维数小；与1990年的2．8633相比，2006年土壤颗粒分形维数（2．8592）减小；各团聚体分形维数规律不明显。（2）决定土壤颗粒分形维数大小的首先是〈o．002mm的含量，其次是0．05～0．25mm和0．0020．02mm的含量；决定团聚体分形维数大小的粒级含量由大到小的顺序是：2～5mm，0．5～1mm和1～2mm，其余粒级含量对分形维数影响较小。（3）土壤颗粒分形维数与团聚体分形维数可作为侵蚀指标，前者与土壤可蚀性因子相关关系显著，后者也可作为渗透蓄水指标。（4）在坡耕地基础上的退耕地比生态退化后的营林地具有更有利于水土保持的土壤分形特征。     

金沙江干热河谷区退化土壤结构的分形特征研究

分形理论是近年来兴起的一种新的研究工具。分析结果表明 :土壤粒径分布的分形维数能客观地反映退化土壤的结构状况和退化程度 ,可作为退化土壤结构评价的一项综合性定量指标。退化土壤的分形维数与土壤颗粒组成和微团聚体组成之间存在着明显的相关性。土壤中 <0 .0 0 1mm粘粒含量越高 ,>0 .2 5 mm团粒含量越低 ,则分形维数越高 ,结构性越差。对于同一土壤退化系列 ,分形维数越高 ,土壤退化越严重。     

岩溶山区植被破坏前后土壤团聚体分形特征研究

土壤结构性是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同植被类型土壤水稳性团聚体进行了研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明:土壤团聚体粒径分布的分形维数与水稳性团聚体含量之间存在呈显著线性回归关系,林地和不同开垦年限农地土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维数变化而变化,即分形维数越小,>0.25mm水稳性团聚体含量越高,土壤容重越小,总孔度大,毛管孔隙和通气孔隙占总孔隙的比例大,自然含水量和田间持水量相应较高;有机质、全N、碱解N与分形维数呈极显著的负相关,分形模型为土壤肥力研究提供新方法。上述结果在一定程度表明,植被遭到破坏、不合理的人为开垦,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因。     

生物炭对日光大棚土壤团聚体结构的影响

[目的]探明果木生物炭对杨凌地区日光大棚土壤团聚体结构的影响,提出适宜该地区的生物炭添加量,为改良日光温室大棚土壤结构,提升作物产量提供科学依据。[方法]设置10,30,50,70,90 t/hm~2共5个生物炭添加量处理,以未添加生物炭处理为对照,采用干筛法和湿筛法,对比分析不同处理的团聚体几何平均直径、平均重量直径、破坏率和分形维数等指标。最后通过分析不同生物炭添加量下的作物产量,综合考虑土壤团聚体指标,提出最优的生物炭添加量。[结果]添加生物炭后,土壤机械稳定性大团聚体含量增加0.6～4.6 mg/kg,机械稳定性微团聚体含量降低4.0%～32.6%;添加生物炭后,粒径为3～2 mm,2～1 mm,1～0.5 mm水稳性大团聚体含量分别增加25.3%～41.2%,22.7%～74.2%,9.1%～46.4%,粒径为0.5～0.25 mm水稳性大团聚体含量降低2.1%～18.1%。生物炭能够促进小粒径微团聚体的形成,但对微团聚体稳定性和总含量没有显著影响。添加生物炭后菠菜鲜重显著提升(68.7%～214.9%)。[结论]生物炭能够改良土壤团聚体结构。综合考虑团聚体、作物产量因素,在日光大棚添加70 t/hm~2生物炭效果最好。     

Soil microaggregates stability under different land use types in southeastern Nigeria

Low water stability of soil microaggregates accentuated by increased intensity of cultivation, high soil erodibility and climatic erosivity has become a major cause of increased water erosion process on agricultural lands in Imo State, southeastern Nigeria. Consequently; it has remained one of the most serious soil physical constraints to increased and sustained high level crop production in the area. Thus, this study was conducted in 2006 to quantify the effects of different land use types (LUTs) on the water stability of their various soil microaggregates in the area. Six LUTs [natural forest (NF); oil palm plantation (OPP); plantain plantation (PP); rubber plantation (RP); bush fallow (BF) and continuous cassava cropping (CCC)] were chosen for the study. Under each LUT, traverses were cut at equal intervals to obtain three plots per LUT that served as replications. From each plot, bulk samples were collected from 15 sampling points at 0–20 cm soil depth for determination of aggregate stability and other soil properties. The soil microaggregate stability was measured by clay dispersion ratio (CDR) and aggregated silt and clay, ASC (%) indices. Results showed that the CDR obtained from soil under NF LUT was significantly (P ≤ 0.05) lower (implying higher microaggregate stability) than what were obtained from other LUT soils. Conversely, the CDR of soils under CCC was significantly higher (indicating lower microaggregate stability) than what were obtained under other LUT soils. The relative increase (%) in CDR or decrease in microaggregate stability over the control (NF soil) were 16.67, 54.76, 57.14 and 78.57 for soils under OP, PP, RP, BF and CCC LUTs respectively. Similarly, the ASC (%) under NF soil was significantly (P ≤ 0.05) higher (indicating higher microaggregate stability) than those of other LUT soils. Contrarily, the ASC (%) of CCC, soil was significantly lower (lower microaggregate stability) than other LUT soils. The relative reduction (%) in ASC or microaggregate stability of the soils over the control (NF soil) stood at 25.37, 44.03, 44.03, 44.03 and 62.69 for soils under OPP, PP, RP, BF and CCC LUTs respectively.     

红壤丘陵区不同植被类型土壤颗粒分形与水分物理特征

为探明红壤丘陵区不同植被对土壤分形结构及水分物理特征的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文物理学原理与方法,以南方红壤丘陵区福建省长汀县为例,研究经济林、针阔混交林、乔灌混交林及针叶林4种植被类型土壤颗粒组成、分形维数、水分物理参数及其相关性。结果表明:1)红壤丘陵区不同植被类型土壤中以粗砂粒质量含量最高,细砂粒和石砾质量含量次之,粉黏粒质量含量较低,与裸地相比,不同植被类型具有显著提高土壤细砂砾和粉黏粒质量含量的作用,并且混交林作用程度高于纯林;2)红壤丘陵区不同植被类型具有降低土壤密度、增加土壤孔隙度的功能,针阔混交林、乔灌混交林、针叶林、经济林土壤的饱和蓄水量分别是裸地的1.20、1.16、1.14和1.10倍,表土层(0～20 cm)贮水能力好于表下土层(20～40 cm);3)土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒、总孔隙度、饱和蓄水量、孔隙比呈极显著正相关,与石砾质量含量、土壤密度呈极显著负相关,红壤丘陵区4种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以混交林土壤粒径分布结构较好,尤其是以针阔混交林的最好,其次是纯林的,针叶林好于经济林,表土层(0～20 cm)大于20～40 cm土层。