应用分形维数研究狗牙根根系边坡固坡效应

植物根系形态非常复杂,很难定量确定根系对边坡土体的防护作用。笔者选择常见护坡植物狗牙根为研究对象,根据自主研发的分形维数计算软件确定狗牙根根系分形维数,提出基于根系分形特征的固土机理数值分析方法,将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系分形特征对土体位移场的影响。根据根系分形维数与表层位移关系曲线,建立分形维数与边坡土体稳定性的相互关系,明确边坡植入狗牙根根系对表层土体稳定性影响,研究结果表明,分形维数与数值计算相结合,能够反映植物根系形态对边坡表层土体位移的影响,对于植物生态边坡的设计与施工具有现实的指导意义。     

木材断裂裂纹及应力场的分形研究

木材材料的各向异性夺致木材断裂裂纹具有强烈的非均质性，其在二维空间内的分布县有非线性特征。运用数盒子法对裂纹发育带在二维平面内的分布进行了分形特征研究，发现木材裂纹县有明显的分形规律，分形维数为1．2-1．5；通过比较不同时问段的裂纹发育情况，发现裂纹的分形维数随斡裂纹的扩展星增加的趋势。对木材断裂过程的应力场进行分形研霓的结果表明，裂纹应力场伞表现出分形的特征，并且分形维数在裂纹尖端处最小，在远离裂纹尖端处较大。     

民勤荒漠沙枣树分形特征

以甘肃民勤荒漠成年沙枣树为研究对象,对不同径阶的标准木进行了全株破坏性取样。直接测量了树木的总生物量(含根、茎、枝、叶)、树冠形状、叶面积。并运用分形理论和方法,研究了叶片、树冠、整株树木的分形特征及其与生物学、生态学、环境、生长势的联系。结果表明:1)叶片周界分维数DLp均值=1.048。DLp与叶片圆度Rd呈反相关。叶片面积分维数DLa均值=1.337。DLa与叶片圆度Rd成正比。DLa反映了被调查的民勤沙枣的品种属性、栽培性质、生态学特性;2)树冠空间曲面分维数D(S-L)均值=2.304。树冠体积分维数D(V-L)均值=2.308。D(S-L)与树冠叶面积饱和值K2呈正相关。生长中庸的林木,D(S-L)≈2.2~2.3,与此相对应的K2≈0.6~0.7。D(S-L)与树冠垂直投影面的叶面积指数LAI值呈正相关。分维数D(S-L)平均值对应的LAI≈3。在一定范围内,D(S-L)随树木生长势的上升而增大,随立地条件的改善而增大。树冠分维数反映了树木的生长势和立地条件的优劣;3)整株树木分维数D(Wt-L)均值=2.410,D(Wt-L)的值映射出沙枣的中旱生植物、阳性植物、高光合植物特征。     

民勤荒漠绿洲二白杨分形特征

以民勤荒漠绿洲4～16年生的二白杨为研究对象,对不同径阶的标准木进行全株破坏性取样,运用分形理论和方法,研究叶片、树冠、单株树木干枝总体积的分形特征。结果表明:(1)二白杨叶形多样,叶片分维数随叶形和立地条件而变化。与箭杆杨叶片形状近似的叶片,分维数均值为1.915 0。与小叶杨叶片形状近似的叶片,分维数均值为1.820 8。施肥植株的叶片分维数均值为1.906 0,未施肥的为1.861 4。叶片分维数,映射出其父本小叶杨和母本箭杆杨的遗传性状,以及树木生长地立地条件的优劣;(2)二白杨树冠空间曲面分维数在2.014～2.605之间,平均值为2.310。树冠体积分维数在2.015～2.533之间,平均值为2. 274。当树冠叶面积饱和值K21.0时,树冠空间曲面分维数与树冠叶面积饱和值K2呈正相关。当K2=1.0时,树冠空间曲面分形维数达到最大值2.44;(3)二白杨干枝总体积分维数在2.376～2.597之间,平均值为2.487,但干枝总体积与树冠叶面积饱和值K2的相关不紧密。     

南酸枣人工幼林根系与其树高、胸径的分形特征

南酸枣为我国南方的多用途优良阔叶树种。依据3年和5年生的5种南酸枣林分类型林木的根系及树高、胸径的观测数据,应用分形理论,探讨了南酸枣人工幼林林木的根系与其树高、胸径的分形关系特征,揭示了林木根系的生长过程及其生物量的积累与空间分布规律。结果表明:根系与树高、胸径之间存在极显著的分形关系,说明南酸枣人工幼林根系生物量的累积及其空间分布是一个分形生长过程,它服从分形维数D值规律增长;根据分形模型可以估算林木根系的生产力。     

豫西石质丘陵区不同土地利用方式下土壤颗粒分形特征

运用分形理论,以豫西石质丘陵区土壤为供试材料,分析了天然次生林、荒草地、混交林、杨树林、耕地等5种土地利用方式的土壤颗粒分形特征及其与土壤各粒级含量、理化性质之间的关系。结果表明:1)研究区土壤细粒化较明显,具有一定的水土保持效应;2)5种用地方式分形维数平均值介于2.510～2.629之间,分维值大小依次为天然次生林>耕地>杨树林>混交林>荒草地,可以在一定程度上反映石质丘陵区水土流失的程度;3)土壤颗粒分形维数与土壤颗粒含量存在较强相关性,即土壤中黏粒含量越高,尤其是0.002～0.001 mm粒级含量越高,分形维数越大;4)研究区土壤颗粒分形维数与速效钾含量呈显著正相关,与其它理化性质的相关性均不明显。     

广州市白云区森林景观镶嵌结构的分形分析

利用分形理论建立了广州白云区森林景观镶嵌结构的回归模型。以森林景观各斑块类型的分维数和稳定性指数为依据分析了该区各种森林景观类型的复杂性和稳定性。探讨了影响该区森林景观镶嵌结构的成因。结果表明:白云区森林景观镶嵌结构具有分形特征,其分维数为1.044 3~1.146 1;稳定性指数为0.353 9~0.455 7。该结果定量地反映了白云区森林景观结构形态在人类活动控制下,形状比较规则,结构趋向简单化。     

关于植物根系形态分布研究进展与新方法探讨

根系是影响植物生长的重要组成部分,同时根系对浅层边坡加固具有重要作用。根系结构是一个具有自相似特征的非规整复杂形体,欧氏几何中难以定量测量,将分形理论应用于根系结构中,能很好的定量描述根系结构形态。本文分析植物根系护坡和分形理论在植物根系中应用这两个领域国内外研究成果。在此基础上提出,基于L-系统理论构建植物根系形态模型,利用有限元软件数值模拟根系模型与土共同作用对边坡稳定性影响的思路。     

缙云山典型林地土壤团粒特征

以重庆缙云山次生林典型针阔混交林、常绿阔叶林、毛竹林、灌木林及农地(对照)的土壤为研究对象,应用分形模型研究了各林地土壤A、AB、B、C层土壤团粒分形特征,探讨了团粒分维、团粒质量几何平均直径与土壤理化性质和土壤养分含量等肥力特征之间的关系.结果表明:(1)各林地土壤团粒分维在2.348～2.834之间,表现为针阔混交...     

基于分形维数特征的原木漏节图像的研究

采用X射线法透射木材,根据检测透射物体后射线的强度差异,建立木材X射线的分形模型。采用计算盒子维数的方法对原木漏节X射线图像进行有效的边缘检测,用分形维数D的大小来定量描述原木漏节图像的不规则程度,以确定缺陷所在。研究表明背景部分与边缘部分的分形维数存在一定程度的差别,正常部分分维数值大约在2.007 3左右,漏节边缘分维数值大约在1.400 0~1.900 0之间。     

分形理论及分形维数的应用

本文从几个典型的分形例子出发，简要介绍了分形的理论及分形的定义，并对分形维数进行了研究，最后阐述了分形理论及其分形维数的应用。     

北京房山区林火与地理要素分形特征关系的研究

利用北京市房山区1988—2006年的林火数据,结合背景地理数据,使用数盒子法计算了相关地理要素的分维数,研究了林火发生次数和地理要素分维数之间的关联关系。结果表明,林火次数与居民点和水系分维数变化趋势相反,而与道路和林区的分维数变化趋势相同。     

Impacts of fractal features of soil on moisture infiltration capacity of typical stands in Jinyun mountain of Chongqing city

The soil structure was expressed with fractal dimensions of particle size distribution (PSD), aggregate size distribution (ASD), and soil pore size distribution (SPD). The effect of soil fractal features on soil infiltration velocity and process was studied. The result of the fractal feature shows that fractal dimensions of PSD are obviously greater than those of ASD and SPD, and in different soil genetic horizons, the fractal dimension of ASD has the greatest variability, and shows a downtrend on the top-to-bottom genetic horizon. According to the soil infiltration process curve, the infiltration process was divided into three phases: (1) the initial phase (0–5 min), (2) the transition phase (5–30 min), and (3) the stable phase (30–180 min). In the initial phase of infiltration, the soil structure of soil genetic horizon A was the major influencing factor; in the transition phase of infiltration, the pore distribution of soil horizon AB and soil structure of horizon B were the major influencing factors; in the stable phase of infiltration, the soil structure of horizon C was the major influencing factor to the infiltration velocity. Soil infiltration process is influenced comprehensively by soil PSD, ASD, and SPD. In the overall soil water infiltration, the infiltration in shrub forest land was much faster than that in other land uses, and in the initial infiltration phase, arable land soil infiltration was much faster than that in forest land, and in the stable infiltration phase, the infiltration velocity in forest land was faster than that in arable land. __________ Translated from Journal of Beijing Forestry University, 2006, 28(3): 73–78 [译自: 北京林业大学学报]     

家具的分形研究进展与应用

分形理论经过几十年的发展,现已成为当今世界十分重要的新兴理论.在阐述分形理论的基础上,把分形几何、分形艺术与家具的设计研究联系在一起,进一步探讨他们之间的发展、应用前景及研究的意义.     

分形理论及其在林业科学中的应用*

概述了分形理论,并综述了该理论在森林土壤、森林气象、森林火灾、植被景观格局、树木结构、木材科学及工艺、林业遥感图像中的纹理分析等方面的应用现状。     

杨树插穗根系的分形特征

对于林木遗传改良来说,生根能力(造林成活率)无疑是改良的一项重要指标.虽然研究林木生根性状的指标很多,如主根数、侧根数、主根总长度、侧根总长度、根干重等,但量测都比较繁琐.20世纪70年代诞生的非线性科学的一个分枝--分形几何,适于描述在一定尺度范围内具有自相似性的不规则形体,为研究植物根系提供了新手段(王义琴等,1998,1999;Nielsen et al.,1997).     

The Fractal Nature of Wood Revealed by Drying

An experiment on wood drying at different temperatures was conducted to show the fractal nature of the pore space within wood. Cubic blocks made from ginkgo (Ginkgo biloba) and Chinese chestnut (Castanea mollissima) wood were used. Samples were dried in oven at the temperature of 20, 40, 60 and 100 ℃, respectively. All the drying procedures lasted four hours. The mass was weighed and the dimensions were measured immediately for each sample when every procedure of drying ended. The fractal dimensions of the samples were obtained from the measurement. Results showed that the fractal dimensions increased with the drying temperature from 20℃ to 60℃ and the fractal dimensions keep a constant in the main. Results from different species and for different temperatures suggested thefractal dimension was a new parameter to characterize the porosity of wood.     

分形理论在土壤科学研究中的应用

土壤系统具有高度的非线性和动态性特征,是已知的最为复杂的系统之一。分形理论作为一门新兴的非线性科学,应用于土壤学科已有十几年的历史。文章介绍了分形理论在土壤学的应用,包括分形理论在土壤颗粒重量、土壤颗粒表面积、土壤颗粒体积以及在土壤水分特征曲线、土壤水动力输运中的应用。     

木材缺陷识别方法的研究

主要研究运用数字图像处理技术对木材表面缺陷的纹理特征进行具体研究的理论方法和可行性,并通过分析比较,探索一个分形理论和小波结合的的处理方案,完善和丰富木材科学理论,提高木材的利用率。     

木材断口分形的初步研究

木材是一种天然的多孔性生物高分子材料,结构复杂且变异性大,所以木材断裂表面定量分析的难度很高,对于木材内部裂纹产生、发展的研究一直没有大的突破.在木材断裂力学的研究中,国内外科学家运用传统的断裂试验方法研究居多,但普遍结论是规律不明显或找不到规律(费本华,1999).木材研究者们一直在寻找一种定量描述木材断裂表面形态的新指标,并希望在此基础上预测木材强度和了解木材断裂机制(Schmitt et al.,1996;Qin et al.,1999).