根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。     

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。     

泥石流频发区不同盖度草地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,研究泥石流频发区蒋家沟3种不同盖度草地土壤粒径分形特征。结果表明：不同盖度草地的土壤粒径分布具有不同的分形特征,其分形维数在2.520 8～2.669 1之间,其关系为：低盖度草地〉高盖度草地〉中盖度草地;不同盖度草地土壤分形维数与〈0.002 mm,0.05～0.002 mm粒径含量呈极显著正相关,土壤的颗粒越小,细粒含量越高,分形维数越大;分形维数与土壤容重呈显著正相关,与有机质含量呈显著负相关。土壤粒径含量、土壤容重、有机质是表征土壤理化性质的重要参数,对土壤肥力状况、结构稳定性及抗蚀性能有着重要的影响。因此,土壤颗粒的分形维数可作为表征土壤结构和性质的重要参数,也可作为土壤抗蚀性的指标之一。研究结果可为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的理论依据。     

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。     

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。     

沂源石灰岩山地不同植被类型土壤颗粒分形特征研究

运用分形学理论与方法对沂源石灰岩山地营造的3种不同植被类型和封禁条件下灌草丛的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质量百分含量差异显著,有林地粉黏粒含量明显高于灌草地.(2)有林地的分形维数明显大于灌草地,其中,侧柏扶芳藤混交林最大,灌草丛最小.(3)不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒含量和细砂粒含量之间呈明显的正相关(线性)关系,与极粗砂粒呈明显的负相关(线性)关系.(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负相关(线性)关系.除灌草丛外,其它3种植被类型土壤均为级配连续、不均匀性良好的土壤.采用土壤颗粒分形维数评价不同植被类型土壤结构和质地是一个重要的量化指标.     

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。     

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。     

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。     

沙漠非饱和风沙土壤水分特征曲线预测的分形模型

应用VanGenuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了沙漠风沙非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对古尔班通古特沙漠地9种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明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,其分形维数呈逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了古尔班通古特沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

土壤图像孔隙轮廓线分形特征及其应用

孔隙轮廓线分形维数是用来描述孔隙本身所具有的分形特征，它反映了土壤孔隙与固体颗粒接触界限的不规则性。该文采用数字图像处理技术研究了中国科学院封丘农业生态实验站内3种不同质地土壤样本图像的孔隙轮廓线分形特征。结果表明：土壤孔隙轮廓线分形特征与土壤质地之间存在着一定的相关关系，即土壤质地越细(黏粒含量越高)分形维数取值越大。同时，根据这3种土壤的孔隙轮廓线分形维数，结合不同分形方法分别预测了它们的水分特征曲线，并与实测的土壤水分特征曲线进行了比较。     

土壤水分特征曲线的分形模拟

Many empirical models have been developed to describe the soil water retention curve （SWRC）. In this study, a fractal model for SWRC was derived with a specially constructed Menger sponge to describe the fractal scaling behavior of soil; relationships were established among the fractal dimension of SWRC, the fractal dimension of soil mass, and soil texture; and the model was used to estimate SWRC with the estimated results being compared to experimental data for verification. The derived fractal model was in a power-law form, similar to the Brooks-Corey and Campbell empirical functions. Experimental data of particle size distribution （PSD）, texture, and soil water retention for 10 soils collected at different places in China were used to estimate the fractal dimension of SWRC and the mass fractal dimension. The fractal dimension of SWRC and the mass fractal dimension were linearly related. Also, both of the fractal dimensions were dependent on soil texture, i.e., clay and sand contents. Expressions were proposed to quantify the relationships. Based on the relationships, four methods were used to determine the fractal dimension of SWRC and the model was applied to estimate soil water content at a wide range of tension values. The estimated results compared well with the measured data having relative errors less than 10% for over 60% of the measurements. Thus, this model, estimating the fractal dimension using soil textural data, offered an alternative for predicting SWRC.     

树儿梁小流域坝地土壤颗粒的分形特征

土壤颗粒的分形维数是重要的土壤物理特性,为研究坝地土壤颗粒分形维数的内涵和利用土壤颗粒的分形维数来描述与土壤性质的关系,本研究计算了树儿梁小流域坝地土壤颗粒的分形维数,并分析了分形维数与各粒级组成及其土壤养分的关系.结果表明:树儿梁坝地土壤颗粒的分形维数随土壤黏粒的增加而增大,坝前、坝中、坝尾土壤颗粒的分形维数分别为2...     

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。