黄土丘陵区土壤粒径分布单重分形和多重分形特征

利用单重分形和多重分形方法定量分析黄土丘陵区土壤粒径分布(PSD)特征,同时分析土地利用方式对PSD分形参数的影响。结果表明:研究区PSD呈现出非均匀分布,具有多重分形特征,PSD多重分形谱f(α)-α为不对称的上凸曲线。容量维数D0与土壤质地相关性不明显,信息维数D1、关联维数D2和多重分形谱宽Δα均与粘粒体积分数呈极显著正相关(P<0.01)。土地利用方式对粘粒、粉粒、砂粒体积分数和Dsilt值有显著影响(P<0.01)。多重分形分析为详细描述PSD提供了精确的方法和途径。     

基于多重分形的土壤粒径分布与土壤物理特性关系

为阐明粒径分布与土壤物理特性之间的关系,测定了土壤颗粒组成、土壤容积密度和饱和导水率等参数,运用多重分形谱参数描述了土壤粒径分布的非均匀性,探讨了土壤粒径分布多重分形参数与土壤容积密度、饱和导水率等参数之间的关系。结果表明：土壤粒径分布的多重分形谱参数D1/D0和Δα可以反映土壤粒径分布的非均匀程度,参数与土壤粘粒含量密切相关,当土壤非均质性较大时,土壤中粘粒含量较多,表现为土壤容积密度增大,而饱和导水率减小。因此,土壤粒径分布的多重分形参数可以作为反映土壤物理性质的指标。     

陕西杨凌土壤粒径分布体积分形维数特征分析及预测

基于Mastersizer2000激光粒度仪测定的土壤颗粒体积分布信息,研究了杨凌地区土壤粒径分布体积分形维数与土壤基本物理特性之间的关系,建立了该地区土壤粒径分布体积分形维数的估算函数。结果表明,杨凌地区0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数的平均值分别为2.649 1和2.626 2;0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数都与粘粒质量分数的相关性最为显著,与砂粒质量分数的相关性次之;建立的估算函数预测精度较高,其中0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数预测值的相对误差分别介于-0.298%～0.726%和-0.179%～0.772%之间。     

塿土土壤水力特性空间变异的多重分形分析

为探讨塿土土壤水力特性的空间分布特征,对杨凌示范区大寨乡小麦与玉米轮作地进行直线分布土壤取样,室内测定了土壤水分特征曲线、饱和导水率、土壤含水率、容重等土壤水力特性,用Brooks - Corey模型对土壤水分特征曲线进行拟合,采用多重分形方法对Brooks- Corey模型参数(θs、α、n)、饱和导水率(Ks)、土壤含水率(θ)、容重(ρ)等进行空间变异性分析.结果表明:在全部采样方向上Ks、α及n的变异性较强,θsθ及ρ表现为弱变异;不同采样方向上土壤水力特性参数具有多重分形特征;不同采样方向上θ,、θ及p的多重分形结构较弱,空间变异性不强;不同采样方向上Ks、α及n的多重分形结构明显,广义分形维数分别为0.7 ～1.9、0.6～1.2、0.9～1.1,空间变异性较强,且Ks比α和n具有更为复杂的空间分布结构.     

黄土高原土壤粒径分形特征及其对土壤侵蚀的影响

采用单重和多重分形方法分析晋西黄土丘陵沟壑区土壤粒径分布特征、不同土地利用类型对土壤粒径分形参数的影响以及分形参数与土壤粒径分布之间的关系。结果表明:黄土高原不同地区的土壤粒径分布不同,采用激光法测定的土壤粒径分布在粉粒域和砂粒域内,需要通过优化来重新确定粘粒域、粉粒域和砂粒域3个尺度域的界线。通过测定得出研究流域内土壤粒径分布在20~100μm较为狭窄的范围内,呈现明显的非均匀性,需要采用多重分形来表述其分布特征。粉粒域维数Dsilt与粘粒和粉粒的体积分数呈极显著正相关关系(P0.01),而砂粒域维数Dsand与砂粒体积分数呈负相关关系且不显著,可以利用Dsilt预测土壤质地的变化和不同土地利用类型遭受侵蚀的程度。不同土地利用类型对土壤粘粒、粉粒、砂粒的体积分数以及粉粒域维数Dsilt、容量维数D0、信息维数D1和信息维数与容量维数的比值D1/D0有极显著影响(P0.01),对砂粒域维数Dsand有显著影响(P0.05),表明可用多重分形参数作为反映土地利用类型对土壤物理性质影响的指标。     

不同土地利用方式下土壤水力性质对比研究

针对草地、保护地、菜地和茶园4种不同土地利用方式的土壤进行了4个压力水头(-9、-6、-3和0 cm)、2个不同盘径的圆盘入渗试验。结果表明,在本试验条件下,不同盘径的圆盘入渗仪测定结果差异不显著,小盘径圆盘更适合用于野外测定土壤水力特征参数。随着水头的减小,4种土地利用方式的土壤稳定入渗率和土壤非饱和导水率呈不同程度的减小。4种土地利用方式土壤的水力学性质差异显著,根据实测资料确定了不同负水头下的土壤饱和导水率和Gardner指数模型参数α,土地利用方式对土壤导水率和Gardner指数模型参数α均有显著影响。不同土地利用方式下土壤大、小孔隙对水流的贡献率影响显著,中等孔隙1、中等孔隙2对水流贡献率影响不显著。茶园和草地各级土壤孔隙对水流的贡献率随孔隙尺寸减小而降低,而菜地和保护地小孔隙(孔隙半径0~0.1 mm)对水流的贡献率为最高。     

滨海土壤团聚体分布和分形维数及其影响因子研究

[目的]研究滨海土壤团聚结构及其分形特征,为合理利用滩涂土地资源提供理论依据.[方法]以江.苏省东台市条子泥垦区为研究对象,利用湿筛法测定土壤水稳性团聚体组成,探究了垦区内荒地和水稻田土壤团聚体分形维数特征;利用因子分析法研究了各理化因子对滨海土壤团聚体分形维数的影响.[结果]与垦区荒地相比,种植水稻后土壤大团聚体量增...     

冲击作用下粘性土壤破碎体的分形维数与影响因

给出冲击破碎分析的两倍尺度控制约定,研究粘结态土壤破碎体生成的影响因素,建立了土壤破碎体分形维数与落锤质量、冲击行程、土壤含水率、破碎比能之间的关系.结果表明,土壤破碎体的分形维数与落锤质量及冲击行程没有联系,但分形维数与土壤含水率及破碎比能具有明显的相关性.另外,通过比较得知土壤在冲击作用下的破碎体分形维数远远低于植被土样的分形维数.     

基于联合多重分形的土壤水分特征曲线土壤传递函数

利用联合多重分形方法识别在不同尺度上对土壤水分特征曲线空间变异性都具有显著影响的因素,基于得出的结论建立考虑尺度效应的小尺度和大尺度van Genuchten模型参数的土壤传递函数,探讨了将小尺度上得出的联合多重分形结论进行尺度扩展,应用到大尺度上的可行性。结果表明:小尺度和大尺度上基于0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数土壤传递函数预测的土壤含水率均方根误差分别为0.038 6、0.047 3和0.027 0、0.030 4,可将小尺度上进行联合多重分形分析得出的结论进行尺度扩展,应用到大尺度上,且建立的土壤传递函数具有较强的理论基础和较高的预测精度。     

长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的多重分形特征

土壤结构是表征土壤质量的重要指标之一.为了定量表征长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的非均匀性,以不同年限再生水灌溉后的土壤为研究对象,采用KYKY-2800B型扫描电子显微镜获取土壤数字图像,利用数字图像处理技术测定了土壤的孔隙分布特征,运用多重分形谱参数描述了土壤孔隙分布的非均质性,探讨了土壤孔隙分布多重分形曲线对称性的意义.结果表明:多重分形谱可以定量描述土壤孔隙分布的非均质性,土壤孔隙分布的多重分形奇异谱函数α-f(α)表现为非对称连续性分布,奇异谱宽度Δα表征了土壤孔隙分布的非均质特征,大兴区北野厂灌区农田土壤孔隙分布的多重分形谱宽度Δα普遍大于石景山衙门口灌区土壤,即具有30 a再生水灌溉历史的土壤其孔隙分布的非均匀性较50 a再生水灌溉历史的土壤孔隙分布的非均匀性大,且北野厂灌区土壤小孔隙的数目小于石景山衙门口灌区土壤小孔隙数目.多重分形参数可以作为定量表征土壤孔隙分布非均匀性的重要指标.     

利用CT扫描技术确定土壤大孔隙分形维数

土壤大孔隙的大小、形状和分布对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响,由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律,根据采用CT扫描法得到的原状土柱各断面图像,采用计盒维数法计算出各断面土壤大孔隙的分形维数。     

喀斯特地区黄壤土壤水库蓄存能力及分形估算

以重庆市黔江区喀斯特地区3种典型黄壤为研究对象,分析了其土壤水库蓄存能力,通过构建2种土壤粒径分形模型对3种土壤的土壤水库蓄存能力做了推导预测。结果表明,喀斯特地区黄壤土壤水库蓄存能力受到土壤密度、有机质、土壤颗粒和土层厚度的共同作用;以土粒粒径与颗粒数量关系求得的土壤分形维数(D1),以及以土粒粒径与颗粒质量关系求得的土壤分形维数(D2),可以用来推求喀斯特地区黄壤的田间持水率和萎蔫系数;利用土壤粒径分布进行的土壤水库蓄存能力预测,萎蔫系数的预测情况较田间持水率较差,这也造成了无效水库容与有效水库容预测精度比贮水库容和通透库容的预测低。     

土壤组成与性质对近红外光谱检测土壤含水量的影响

以湖北地区的红壤、黄棕壤和潮土为供试土壤,研究了外源添加黏土矿物(高岭石、水云母、针铁矿、蒙脱石、蛭石)含量、有机质含量和模拟土壤颗粒大小、土壤水稳性团聚体大小对近红外光谱检测土壤含水量的影响,并分别建立了相关模式方程.结果表明,土壤的光谱特性是土壤中多因子作用的综合结果,土壤组成与性质明显地影响着近红外光谱检测土壤水分时土壤光谱反射率的变化.在土壤中添加这些黏土矿物和有机质,其光谱反射率下降;在沙土、粉沙土范围内,土壤颗粒直径由大变小,其光谱反射率增大,但至<0.002 mm黏粒时,其反射率减小;土壤水稳性团聚体由大变小,其光谱反射率增大.     

深圳不同植被类型城市土壤团聚体组成与分形特征

采用干筛法和湿筛法测定了深圳市乔木、灌木、草地植被绿地土壤团聚体粒径质量分布,并基于分形理论研究了土壤团聚体分形特征。结果表明,①乔木、灌木、草地之间土壤>0.25mm粒级团聚体、平均质量直径及土壤分形维数均差异显著;土壤团聚体稳定性总体表现为草坪绿地>乔木绿地>灌木绿地。②土壤非稳性团聚体分形维数、>0.25mm粒级团聚体以及平均质量直径之间均极显著相关;水稳性团聚体分形维数、>0.25mm粒级团聚体、破坏率以及平均质量直径之间均极显著相关。植被类型显著影响城市绿地土壤团聚体分布及其分形特征。     

基于分形理论的土壤粗糙指数与孔隙率映射规律研究

为建立土壤表层孔隙率与表面粗糙程度之间的关系,提出了一种采用立体表面积对土壤表面粗糙性状进行覆盖的分形分析方法.该方法结合地面激光扫描仪快速测得的地表原始不平度数据,可直接测定出土壤表面分维值D∈[2,3).为进一步探讨地表粗糙的细节信息,将立体表面积法引入到多重分形分析中,计算了各多重分形的谱参数.分析结果表明,单一分形维数Dl、Dr,多重分形谱参数α｜fmax、△α均能够有效地反映地表粗糙程度,在忽略耕作方式影响的前提下,α｜fmax与表层土壤孔隙率的线性相关性最高(R2=0.7014).因此利用土壤表层粗糙程度的分形参数进行土壤表层孔隙率的预测是可行的.     

河套灌区耕地土壤性质与作物产量空间分布特征之间的关系北大核心CSCD

【Objective】Crop yield is inherently influenced by soil properties. This paper analyzes the spatial distribution of soil properties in Hetao Irrigation District(HID) and its relationship with crop yields, from which we propose how to optimize irrigation and fertilization to improve soil quality and crop yield in the district.【Method】The analysis was based on experimental data. The spatial distribution of soil physicochemical properties and crop yields in the district were analyzed using the classical statistics and geostatistics. Their correlations were used to help improve irrigation and fertilization.【Results】①We found prominent issues such as high salinization, increased soil bulk density, and reduced crop yields, in the district. Notably, organic matter and nitrogen levels are relatively low, while available phosphorus is adequate and available potassium is abundant. Soil salinity showed considerable spatial variability, whereas organic matter, total nitrogen, available phosphorus, potassium, and crop yield coefficients showed moderate spatial fluctuations. Bulk density and soil pH, on the other hand, demonstrated only minor spatial variation. Bulk density and soil pH showed weak spatial variation. ②Spatially, soil salinity was pronounced in the central region, decreasing towards the periphery. Crop yield coefficients declined from the southwest to the Northeast. Organic matter content increased from the West to the East. Soil bulk density, pH, total nitrogen and available phosphorus were the highest in the central region and the least in the East and the West. Low available potassium content was in the southeast corner, with other areas featuring medium to high levels. ③Soil salinity was the main constraint to crop yields. ④Nitrogen and organic fertilization should be increased to improve soil fertility and crop yields. Specially, we recommend applying 225 kg/hm2 of urea and 3 393.7 kg/hm2 of organic fertilizer for heavily salinized and saline regions, 295.4 kg/hm2 of urea and 3 332.8 kg/hm2 of organic fertilizer for moderately salinized regions, and 365.1 kg/hm2 of urea and 1 280.9 kg/hm2 of organic fertilizer for slightly salinized and non-saline regions. In addition, drainage systems in the Northwest, South, and Southeast of the district should be improved to facilitate salt leaching.【Conclusion】The findings outlined in this paper establish a fundamental reference for enhancing soil salinity control and drainage management, as well as optimizing fertilization and irrigation to maintain and bolster crop yields in the Hetao Irrigation District. © 2023 Journal of Irrigation and Drainage. All rights reserved.