沂蒙山林区不同植物群落下土壤颗粒分形与孔隙结构特征

为探索人为活动干扰下植物群落变化对土壤物理结构特征的影响,运用土壤分形学和水文学原理与方法研究沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成、分形维数、土壤孔隙度及其相关性。结果表明:在长期农业耕作等人为干扰下,玉米作物、板栗经济林和灌草丛群落下的土壤颗粒呈粗粒化特征,分形维数显著降低,土壤总孔隙度和毛管孔隙度下降,非毛管孔隙度增加,土壤物理结构呈现退化状态;而处于长期封禁保护下的森林群落,土壤颗粒分形维数较大,粉黏粒等细粒物质的含量较高,孔隙结构状况较好。研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型的粗骨土结构特征,森林群落能显著增加土壤中粉黏粒等细粒物质的含量和对土壤空隙的填充能力,是其改善土壤物理结构的分形学机制。土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒含量、总孔隙度和毛管孔隙度之间存在明显的线性正相关,而与土壤砂粒含量和非毛管孔隙度具有线性负相关关系,它能较好表征植物群落变化对土壤颗粒组成和孔隙状况的影响,因而可作为评价土壤物理结构质量的一项综合性指标。     

北京平原地区不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响

选取农田、撂荒草地、人工乔木林、人工灌木林和次生林5种不同土地利用类型土壤颗粒为研究对象,采用Microtrac S3500激光粒度仪测定土壤样品粒径,利用土壤分形学理论和方法,分析不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响。结果表明,土壤粒径在不同土地利用方式下存在显著差异,其中撂荒草地以砂粒为主,农田、人工乔木林、人工灌木林和次生林以粉粒为主;次生林、人工乔木林黏粒体积分数最大,且显著大于其他土地利用类型,撂荒草地最小;次生林、人工乔木林、人工灌木林粉粒体积分数最大,且显著大于农田与撂荒草地;砂粒体积分数则与粉粒相反。土壤分形维数的大小依次为撂荒草地＜农田＜人工灌木林＜次生林＜人工乔木林;土壤分形维数与土壤黏粒含量、粉粒含量均呈显著正相关,与土壤砂粒含量呈显著负相关。     

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。     

冀东矿区不同植被恢复类型尾矿基质粒径组成和养分特征研究

为探究植被恢复对尾矿基质结构的影响,以河北唐山迁安马兰庄矿区直接在裸尾矿上营造的沙棘林、火炬—沙柳混交林和柽柳—杨树混交林为研究对象,裸尾矿样地为对照,研究不同植被恢复林对尾矿基质粒径组成、分形维数和养分状况等指标的影响。结果表明:植被恢复改变了尾矿基质粒径组成,促进了尾矿基质颗粒的细化,其中沙棘林对尾矿基质粒径组成的改良效果最好,其黏粒、粉粒和极细砂粒含量在0～30 cm土层均值分别0.14%、32.32%和34.14%,显著大于裸尾矿样地(P0.05),分形维数为1.92,显著大于裸尾矿样地(P0.05);植被恢复有效提高了尾矿基质的养分含量,3种植被恢复林尾矿基质的碱解氮、全氮和有机质含量显著大于裸尾矿样地(P0.05),沙棘林的pH显著小于裸尾矿样地(P0.05);相关性分析表明:粒径分形维数与黏粒、粉粒、极细砂粒、碱解氮、全氮和有机质含量呈极显著正相关(P0.01),与细砂粒、中砂粒含量和pH呈极显著负相关(P0.01)。综上可知,植被恢复可有效提高尾矿基质的细粒物质含量,改善养分状况,粒径分形维数可以表征尾矿基质的粒径组成和养分特征。     

基于分形维数的黄土丘陵沟壑区不同人工林对土壤结构和养分的影响

研究黄土丘陵沟壑区不同人工林土壤颗粒的分形特征及其与土壤结构和养分的关系,以土壤体积分形维数来比较清水河县不同人工林对土壤结构和养分的影响,以期了解不同人工林土壤的结构和养分状况,为人工林的林种选取和合理化经营提供参考。以研究区9种人工林为研究对象,以无林地地作为对照,利用激光粒度仪测定土壤粒径分布并计算分形维数,用单项指标评价养分状况,将土壤分形维数与养分进行相关分析。研究区人工林土壤体积分形维数值介于2.1785～2.3192之间,土壤体积分形维数表现为油松×落叶松>落叶松、油松×山杏（P>0.5）>沙棘×柠条、山杏×柠条、沙棘（P>0.5）>油松、柠条、山杏（P>0.5）>裸地。土壤体积分形维数与黏粒、碱解氮、速效钾、速效磷呈显著正相关（P<0.5）,与砂粒呈显著负相关（P<0.5),与粉粒、有机质无明显相关性。不同人工林养分评价结果与分形维数差异不显著。研究区人工林对土壤结构和养分改良效果显著,油松×落叶松、油松×山杏混交林及落叶松纯林对于土壤结构和养分影响较大,改良效果最佳。     

喀斯特不同侵蚀场地土壤颗粒分布及可蚀性特征

选取西南喀斯特最为典型的坡地、洼地和落水洞为研究单元,采用野外调查采样与室内试验相结合的方法,研究坡地、洼地和落水洞土壤颗粒的分布规律和土壤可侵蚀性特征。结果表明:土壤颗粒的质量分数分布,坡地为砂粒(42.25%)>粉粒(36.33%)>黏粒(21.42%);洼地为粉粒(51.80%)>砂粒(32.61%)>黏粒(15.59%);落水洞为粉粒(51.65%)>砂粒(31.67%)>黏粒(16.68%),坡地以砂粒为主,洼地和落水洞以粉粒为主。土壤可侵蚀性K值变化范围:坡地为0.07~0.22,洼地和落水洞分别为0.26~0.33和0.25~0.32,坡地土壤抗侵蚀能力强于洼地和落水洞。土壤分形维数与砂粒含量呈负相关,与粉粒含量呈正相关,与黏粒含量呈显著正相关。土壤可侵蚀性K值与砂粒和黏粒含量呈负相关,与粉粒含量呈显著正相关。土壤侵蚀沉积易形成质地较细,结构良好的土壤,但形成的土壤抗侵蚀能力较弱,易发生二次水土流失。     

荆条灌丛下不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征

通过野外调查取样与室内分析相结合的方法,研究了太行山地区荆条灌丛下,不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征。结果表明,试验地土壤以粉砂壤土为主,土壤粘粒含量较少;荆条灌丛冠幅内林木幼苗根周土壤粘粒与粉粒体积百分比高于冠幅外,砂粒体积百分比则低于冠幅外。栓皮栎幼苗根周土壤分形维数值侧柏幼苗根周土壤分形维数值,荆条灌丛冠幅内外不同林木幼苗土壤的分形维数差异显著。土壤颗粒分形维数与砂粒(50~2 000μm)显著负相关,与粘粒(2μm)和粉粒(2~50μm)显著正相关,与土壤有机质、全氮含量为显著的线性正相关关系,与速效磷含量相关性不明显。     

川南坡地土壤颗粒分形特征、微生物和酶活性对退耕模式的响应

对川南坡地的农耕地以及退耕成慈竹林、杂交竹林、桤木+慈竹混交林和弃耕地5年后土壤颗粒分形维数、微生物和酶活性变化进行了研究,探讨了分形维数与土壤肥力之间的关系。结果表明,退耕后土壤有机质、粘粒(＜0.001 mm)含量、颗粒分形维数、颗粒组成中物理性粘粒(＜0.01 mm)与物理性砂粒(＞0.01 mm)含量的比值、细菌、真菌、放线菌和总微生物数量以及蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性增加,呈现出慈竹林＞杂交竹林＞桤木+慈竹混交林＞弃耕地＞农耕地的规律。土壤颗粒分形维数、物理性粘粒与物理性砂粒含量的比值、有机质含量     

毛乌素沙地油蒿植冠下表层土壤粒径特征分析

为探索毛乌素沙地油蒿植冠下表层土壤结构与土壤稳定性的关系,分析了油蒿植冠微环境下土壤粒径特征及其相关因素。研究表明:油蒿植冠下表层土壤机械组成以砂粒为主,占总质量的81.51%,其次是粉粒,占16.66%,粘粒含量最少,占1.83%,有机质平均含量4.52 g/kg,总氮平均含量0.19 g/kg,受油蒿植株形态结构特征等因素影响,油蒿植冠下表层土壤不同方向、同一方向不同距离处土壤颗粒组成及养分状况存在差异;油蒿植冠下表层土壤颗粒分形维数介于1.694至1.876之间,土壤分形维数与土壤粘粒含量呈显著正相关(p0.05),与砂粒、粉粒的相关性不显著,与土壤有机质、总氮含量呈显著负相关(p0.05)。土壤微团聚体作为土壤结构的颗粒单元,其含量及组成与土壤抗侵蚀性密切相关,在对油蒿群落进行恢复重建过程中,要充分考虑油蒿植冠微环境下表层土壤粒径特征。     

乌兰布和沙漠梭梭—甘草人工治沙植被群落表土粒度特征研究

文章通过对乌兰布和沙漠人工植被区不同建植年份内不同植被覆盖度的梭梭(Haloxylon ammodendron)—甘草(Glycyrrhiza uralensis)植物群落的地表颗粒粒度特征的研究,探讨不同建植年份以及不同植被覆盖度群落地表土壤风蚀粗粒化差异及特征,揭示沙区梭梭—甘草群落配置模式的植被治沙效果,结果表明:①低盖度(20%)梭梭—甘草人工植被群落地表土壤粒度随建植年份增加其组分变化不显著,中高盖度(20%)梭梭—甘草人工植被群落地表土壤粒度随建植年份增加粉沙黏土组分含量显著增加。显然,中高盖度梭梭—甘草群落对沙化地表阻沙固尘能力显著,显著增强地表抗风蚀性。②土壤中细小颗粒(如黏粒、粉粒)的数量与颗粒的分形维数值呈正比关系,细小颗粒数量随分形维数值的增加而增多,同时分形维数值越大,其颗粒的平均粒径、偏度数值就会越小。     

浑善达克沙地3种典型灌丛固沙能力的比较研究

[目的]研究荒漠草原区出现灌丛化现象后,灌丛沙堆在退化生态系统中发挥的保育功能和防风固沙作用。[方法]该研究以浑善达克沙地3种典型荒漠草原灌丛长柄扁桃(Amygdaluspedunculatd)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和狭叶锦鸡儿(Caragana stenophylla)为研究对象,通过测定分析3种灌丛形态参数、沙堆形态参数和灌丛下土壤颗粒分形维数,探讨其沙堆形态发育和土壤颗粒组成特征,以及与植物灌丛形态特性和固沙能力的关系。[结果]表明:3种典型灌丛沙堆均为圆锥状,其沙堆高度随沙堆半径的增加呈对数曲线增加,即在沙堆形态较小时,随着沙堆半径的增大,沙堆高度增加较快,而随着沙堆底面积不断增大,沙堆高度变化就会趋于稳定且增加速度降低,整个沙堆在水平方向的延伸速度大于垂直方向;沙堆形态参数之间以及与灌丛形态参数间表现出显著相关性,随着灌丛地上生物量的增加,沙堆高度、半径、底面积和体积均呈显著增加(P<0.05), 3种灌丛沙堆体积和固沙率差异性显著(P<0.05),表现为:小叶锦鸡儿〉狭叶锦鸡儿〉长柄扁桃;灌丛使降尘等细粒物质拦截或聚集在灌丛下,土壤颗粒分形维数与粒径(<0.1mm)颗粒含量呈显著的线性正相关关系;不同物种灌丛下土壤分形维数差异性显著(P<0.05),表现为:小叶锦鸡儿(2.346)>狭叶锦鸡儿(2.259)>长柄扁桃(2.149)>裸沙地(2.057)。[结论]灌丛越大,沙堆体积越大,灌丛下沉积细物质越多,土壤分形维数越大,植物固沙能力越强。     

川西北高寒沙地不同恢复年限对土壤机械组成的影响

采用时空替代法,即在立地条件一致或相近的条件下,在一定的空间尺度内,选择不同地点上不同治理年限的流动沙地来代替同一生长地点上的不同恢复年限的流动沙地。以若尔盖县高寒沙地示范区内未治理流动沙地、生态恢复年限分别为3年、5年、10年的高寒沙地作为研究对象。结果表明,高寒流动沙地与草地土壤颗粒含量差异明显,随着治理时间的递增,流动沙地土壤黏粒、粉砂等细颗粒物质含量逐渐增加,不同深度的土壤颗粒逐渐演变为表层较下层细,可能是受植被恢复地表植被影响所致,通过10年的沙化治理,流动沙地的土壤得到一定的改善,但从本试验看出土过程在川西北高寒地区是一个缓慢的过程,防大于治。因此,应继续加强对脆弱区生态系统的保护和管理,避免荒漠化导致土壤生态环境的难以恢复。     

上海城市化地区孤岛状山体残存半自然森林植被土壤特征

通过对上海辰山植物园辰山山体残存半自然森林群落土壤理化因子的测定,结合凋落物和岩石裸露等相关分析,探讨城市化地区孤岛状山体残存植被土壤特征。结果表明,辰山山体残存半自然植被的土壤容重、密度、毛管孔隙度多低于人工植被土壤,土壤呈弱酸性,与上海普遍的中性偏碱森林土壤明显不同,残存半自然植被土壤有机质含量与总氮、总磷等养分含量较高。辰山孤岛状山体土壤理化性质不仅与残存植被协同变化,也与群落凋落物显著相关,且与地形和人为干扰有关。     

Soil fractal features of subalpine coniferous forests in western Sichuan under different anthropogenic disturbances

Fractal theory, used to study natural figures and images with self-similarity but without characteristic lengths, offers an effective tool to investigate quantitatively the complex systems such as soil. In this paper, we have discussed about our study of the fractal features of the subalpine coniferous forests, soil particles, and microaggregates under different intensities of anthropogenic disturbances in the Miyaluo area of west Sichuan and investigated the effects of the disturbances on the forest soils attributed to different fractal dimensions. The study introduces a new way to investigate the recovery and reestablishment of subalpine coniferous forests. __________ Translated from Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(8): 878–882 [译自: 生态学杂志, 2005, 24(8): 878–882]     

Regularities of wind-erosion of different land-use types in Yongding River sandy land, Beijing

The threshold wind velocity of a number of variables was studied in four different land-use types: farm land, forestland, wild grassland and a flood plain in the Yongding River sandy land in Beijing. The variables studied were transport of sand, underlying surface roughness, windblown sediment, wind-sand flow structure, soil mechanical composition and amount of wind erosion. The following conclusions were drawn: 1) The order of decreasing threshold of wind speed for sand displacement and surface roughness were forestland, wild grassland, farm land, sparse wild grassland and flood plain. 2) There were significant differences in sand flux among different ground covers. At a height of 0–20 cm, the height increased while the sediment discharge percent of sand flux decreased; there were significant differences in the sand flow formation under different land-use types. 3) The mechanical composition of sand particles consisted mainly of silver sand in the flood plain and sparse wild grassland, and of silver sand, particle silver sand and floury sand in other land-use types. 4) The amounts of wind erosion and sand sediment were different among different land-use types. Increased vegetation cover and change in farming techniques were suggested to prevent and control wind erosion of sand and soil. __________ Translated from Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(4) [译自: 林业科学, 2005, 41(4)]     

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。     

青海省湟水河流域退耕还林地土壤可蚀性研究

以青海湟水河流域2000—2009年退耕还林地为研究对象,基于野外定点观测和室内实验分析,测定土壤理化性质,采用EPIC模型中的算法求算土壤可蚀性K值,研究不同退耕还林年限和不同植被类型土壤可蚀性的变化情况。结果表明:1)随着退耕年限的增加,土壤孔隙度逐渐增大;砂粒含量略微增加;粉粒含量略有减少;黏粒含量则基本不变;有机质在退耕7年内逐渐减少,之后又开始增加;土壤可蚀性有降低的趋势,退耕9年后对土壤可蚀性有较明显的改善。2)相同退耕年限,退耕植被类型改善土壤可蚀性能力为乔木混交林>乔灌混交林>乔木林>灌木林,且退耕年限越长变幅越大,差别越明显。