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。     

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.     

北江干流河岸带不同植被类型土壤粒径分形特征

结合野外调查与室内试验,以北江干流河岸带竹林、桉树林、混交林和草地土壤为对象,对比分析了不同植被类型土壤的颗粒组成与分形维数(D)特征及其与其他土壤理化性质的相关性。结果表明:北江干流河岸带土壤结构良好(D=2.79),质地均一,粒径分布均匀(粉粒、砂粒、黏粒百分比分别为40.66%,36.59%,22.75%),但随粒级增大,空间变异增强;D值与土壤颗粒组成显著相关,随黏粒和粉粒含量升高、砂粒含量降低,D值升高;不同植被类型土壤分形与颗粒组成差异明显,其中砂粒含量表现为竹林混交林草地桉树林,D值、粉粒和黏粒含量均表现为桉树林草地混交林竹林,竹林和桉树林对土壤结构的影响差异有显著(p0.05),其他植被类型影响差异不显著;D值、黏粒含量均与硝态氮(NO-3-N)和全磷(TP)含量分别呈显著负相关和显著正相关(p0.05)关系,土壤砂粒含量与含水量(SM)呈显著负相关(p0.05),土壤粉粒含量只与SM呈显著正相关,另外,D值、砂粒、粉粒和黏粒含量与总有机碳(TOC)和全氮(TN)的相关性均不显著。河岸带土壤受多种因素影响,其土壤理化性质间的相互关系与其他景观差异明显。     

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。     

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。     

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。     

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。     

汶川震区不同植被下土壤组成及其分型特征

目前关于植被恢复对震区土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布的影响研究很少,故本文以植被恢复下汶川震区土壤为研究对象,采用土壤粒径分形维数的计算方法,研究了植被恢复类型下对土壤组成及分形特征的影响。结果表明:震区土壤风干团聚体以5mm的大粒径团聚体为主,湿筛后,土壤团聚体粒径分布中0.25mm粒径的团聚体为优势粒径,与对照样地相比,裸地、草地、灌木、经果林和玉米类型样地的土壤水稳性团聚体的MWD分别减小74.88%,40.30%,40.73%,46.98%和47.65%。震区土壤微团聚体组成以1~0.25mm粒径为优势粒级,0.25~0.05mm为粒径次优势粒级,该震区土壤微团聚体变化范围为2.327~2.853,呈现如下规律:玉米经果林灌木裸地草地对照样地;震区土壤颗粒分形维数与土壤砂粒(1~0.05mm)呈负相关性(D=2.926~0.002 X_(砂粒)),与土壤粉粒(0.05~0.002mm)呈显著负相关性(D=3.05~0.008 X_(粉粒),p0.01),与土壤黏粒(0.002mm)呈极显著正相关性(D=2.595+0.009 X_(黏粒),p0.01)。震区土壤遭受的扰动较大,导致震区土壤碎石含量增多,土壤微团聚体和土壤颗粒分形维数增大,通过对震区土壤结构特征的研究,可为震区灾后治理提供参考。     

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。     

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...     

黄土丘陵区典型植被土壤剖面的颗粒分形特征

运用分形理论研究陕北安塞五里湾流域5种典型植被0～200 cm土壤剖面土壤颗粒大小分布(particle size distribution,PSD)及其体积分形维数分布特征,并进一步分析土壤PSD的分形维数与土壤有机碳、全氮和含水量的相关性。结果表明:研究区典型植被群落土壤颗粒组成主要为细颗粒(黏粒和粉粒),其中粉粒体积分数占总颗粒的56.82%～71.99%;铁杆蒿草地的细颗粒平均体积分数最大(78.86%),乔木林的最小(65.77%)。5种典型植被群落土壤PSD的体积分形维数介于2.498～2.599,均表现出随着土层深度的增加呈递增趋势;相同土层深度的分形维数呈现出铁杆蒿草地黄芪草地农田灌木林乔木林的趋势,灌木林和农田间差异不显著,其他植被群落间差异显著。典型植被土壤PSD的体积分形维数与黏粒、粉粒的体积分数和含水量呈极显著正相关(P0.01),但与砂粒的体积分数呈极显著负相关(P 0.01),与有机碳含量呈显著负相关(P 0.05)。     

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究.结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性.不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p＜0.01).土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p＜0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p＜0.01),其中与黏粒含量关系最为密切.耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响.与50 ～ 500年水稻土相比,700 ～ 2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高.     

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。     

黄土丘陵沟壑区欧李人工林对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

[目的]研究中国特有经济作物欧李对坡面土壤性质的影响,为其在黄土丘陵沟壑区推广种植提供参考依据。[方法]布设5块立地条件不同的试验样地,在汛期前后,分别对各样地土壤相关指标进行测定,利用PSD分形模型及EPIC土壤抗侵蚀模型,定量分析欧李对坡面土壤颗粒分形维数及抗侵蚀能力的影响。[结果](1)在汛期,欧李人工林对坡面土壤黏粒具有显著的拦截作用,鱼鳞坑式欧李林可有效保护坡顶处土壤,水平阶式欧李林在坡中、坡底位置可有效拦截径流中的土壤细颗粒并富集黏粒;(2)坡面土壤分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关,相关系数为-0.611;与土壤黏粒含量呈显著正相关,相关关系为0.770;(3)欧李林的种植可降低研究区土壤可蚀性因子K值,提高土壤抗侵蚀能力,不同整地方式下欧李林对土壤可蚀性因子K值的影响效果总体表现为:水平阶鱼鳞坑自然坡;(4)土壤可蚀性因子K值与土壤的有机质和黏粒含量呈极显著负相关,相关系数分别为-0.957,-0.928;与土壤容重、砂粒含量和粉粒含量呈显著正相关,相关系数分别为0.704,0.667,0.512。[结论]种植欧李对黄土丘陵沟壑区控制坡耕地黏粒流失,提高土壤有机质含量,优化土壤结构,增强土壤抗蚀能力具有积极的意义。     

沂蒙山区小流域坡耕地土壤颗粒结构与养分退化特征

为探讨坡耕地土壤退化程度及其与坡度的关系,在沂蒙山区选择典型小流域,通过测定流域内不同坡度坡耕地、弃耕地与生态林地的土壤颗粒组成、分形维数、土壤养分质量分数的变化及其相关性,研究坡耕地土壤颗粒结构与养分退化特征。结果表明：1）所有土地利用类型,土壤砂粒体积分数最高,黏粒体积分数最低,平均值分别为70．81％、0．75％;2）土壤颗粒分形维数、有机质质量分数为生态林地〉弃耕地〉坡耕地;3）坡耕地土壤颗粒分形维数随坡度增加而减小,其大小与土壤粉粒和黏粒体积分数分别呈极显著、显著正相关;4）所有土地利用类型,土壤有机质质量分数与砂粒体积分数显著负相关,与粉粒和黏粒体积分数显著正相关,土壤氮、磷、钾养分质量分数与土壤颗粒体积分数相关性不显著;5）研究区土壤具有粗骨性砂土的物理特性,坡耕地耕作或坡度加大会增强土壤粉粒和黏粒的流失,导致土壤颗粒分布的均匀性及其分维数下降,水肥保蓄性能和养分质量分数降低。     

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.     

宁夏典型草原土壤理化性状对不同管理方式的响应

以宁夏典型草原为对象,研究封育、放牧和水平沟改良管理方式下草原土壤颗粒组成、土壤容重、有机质含量、全氮、水解氮、速效磷和速效钾的分布差异。结果表明,不同管理方式下0-40cm土壤以细沙粒和粗粉粒为主,占颗粒总量的58.46%～77.48%,管理方式对土壤质地无明显影响,但0-15cm土层粘粒和粉粒含量随封育年限的增加呈上升趋势;放牧能显著增加0-5cm土壤容重;管理方式对0-40cm土层有机质、全氮、水解氮、速效磷和速效钾含量影响显著,以封育15,20,25年和水平沟改良10年的草地土壤养分含量较高,放牧草地最低;各管理方式下土壤养分含量表现为随土层深度增加而下降;典型草原土壤理化性状间存在显著相关性。