基于多重分形的半干旱区弃耕农田土壤粒径分布特征北大核心CSCD

为阐明农田弃耕后土壤质量演变特征,在阴山北麓中段农牧交错区内选择当年耕地、弃耕1 a、2 a、3 a、4 a5种类型土地进行研究,测定弃耕农田0-80 cm层土壤颗粒特征和有机质含量,基于多重分形理论分析的基础上,探究土壤粒径分布与有机质含量的关系。结果表明：砂粒含量与多重分形参数（D0、D1、α0）之间存在正相关关系,与有机质成极显著负相关;研究区内土壤随着砂粒含量的增加,土壤粒径分布范围逐步变宽,分布越离散,土壤向粗粒化方向演替。随着弃耕年限的延长,表层（0-10 cm）土壤表现出黏粒、有机质含量呈一致减少趋势,黏粒含量与土壤有机质呈极显著正相关。因此,可以考虑用黏粒含量反应土壤有机质变化趋势。     

吴起县退耕还林样地土壤粒径分布的单一和多重分形特征

利用马尔文2000激光粒度分析仪测定土壤粒级体积百分含量,并利用分形理论研究土壤颗粒组成的单一和多重分形特征,以说明陕西省黄土丘陵沟壑区退耕还林工程在减少土壤流失方面的作用。结果表明:荒地和林地土壤黏粒、粉粒体积分数和分形维数(D值)较梯田高,而砂粒体积分数较低。D与黏粒和粉粒体积分数极显著正相关,而与砂粒体积分数极显著负相关。土壤有机质含量与<0.05mm和0.05-1mm体积分数分别存在明显的正相关和负相关关系;与多重分形中的Dq(q≤0)和D1/D0不相关,与Dq(q≥1)显著负相关。林地和荒地土壤粒径分布的Rényi维数谱较梯田土壤的宽。退耕还林还草可使土壤细颗粒物质含量和分形维数增大。在该研究区,土壤细颗粒物质含量和单一分形维数可作为土壤物理性质改善的指标,而Rényi维数谱的相关指标还需进一步提取。     

哈巴湖国家级自然保护区固沙林地土壤颗粒分形特征

为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对土壤质地的影响,以流动沙地(CK)、黑沙蒿林地(AF)、杨树林地(PF)及沙柳林地(SF)荒漠生态系统为研究对象,分析不同固沙林地土壤颗粒组成、土壤养分特征及其相关性。结果表明:固沙林地土壤颗粒组成主要以50～250μm的细沙粒为主,AF显著提高了0～10 cm土层土壤黏粉粒含量和土壤颗粒体积分形维数(P0.01),分形维数表现为AFPFCKSF,各固沙林地间分形维数差异极显著(P0.01);相关性分析表明,黏粉粒含量越高,分形维数越大,土壤物理稳定性越好;分形维数与土壤有机质、全氮和全磷含量极显著正相关,与细砂粒体积百分比极显著负相关,土壤颗粒分形维数D值每增加1,土壤有机质、全氮和全磷含量分别增加2.80、0.13 g·kg~(-1)和0.10 g·kg~(-1)。分形维数可以作为表征人工林固沙后沙丘土壤质地变化和沙丘土壤环境演变的敏感性综合指标。     

内蒙古河套灌区不同土层有机质空间变异的分形

以内蒙古河套灌区解放闸灌域为研究对象,以区域内间隔4 km等间距112个取样点共448个样本为基础,通过多重分形及联合多重分形方法,对有机质含量在不同土层(0~20 cm、20~40 cm、40~70 cm与70~100cm)的空间变异特性及其相互关系进行研究。结果显示,有机质含量0~20 cm至70~100 cm土层的多重分形谱宽度依次为0.933、0.795、0.824、0.805,即在0~20 cm土层空间变异性最大,而20~40 cm土层空间变异性最小。不同土层多重分形谱曲线均表现为左钩状(Δf0),表明在灌域内土壤有机质的空间分布中,数值较大的数据占主导地位。同时从土壤表层到埋深1 m处D(1)/D(0)依次为0.983、0.980、0.973、0.965,其值逐渐减小,即空间分布逐渐由密集区域向稀疏区域转化。联合多重分形分析表明0~20 cm土层与20~40 cm、40~70 cm土层空间变异相关程度较高,而与70~100 cm土层空间变异相关程度较低。     

基于多重分形理论的再生水灌溉下土壤粒度分析

再生水灌溉是缓解水资源矛盾的有效途径,为表征再生水灌溉后土壤粒度分布(Soil particle size distribution, PSD)特性,通过室内土柱模拟试验,设置生活污水(W1)、再生水1(W2)和再生水2(W3)共计3种灌溉水质,并以自来水(W4)作为对照,采用马尔文激光粒度仪测定灌溉1 a后各处理土壤颗粒百分比,运用分形理论分析了4种水质处理下土壤PSD的分形特征。结果表明：(1)4种水质处理下土壤PSD呈单峰分布;与W4处理相比,W1、W2、W3处理下土壤黏粒含量增加0.40%～6.38%,砂粒含量降低1.58%～13.80%,土壤非均匀性增强,但各处理间差异不显著。(2)再生水灌溉下土壤颗粒呈细粒化趋势,土壤PSD多重分形参数增大,土壤PSD趋于不均匀。在0～10 cm土层,W3处理下土壤PSD多重分形参数容量维数D(0)、信息维数D(1)、相关维数D(2)和多重分形奇异谱宽Δα(q)最大,分别为0.943、0.837、0.823和1.035;在10～20 cm土层,W2处理下D(0)、D(1)、D(2)和Δα(q)最大,分别为0.943、0.851、0.852和...     

黄土丘陵沟壑区不同年限苜蓿地土壤水稳性团聚体分布特征及稳定性研究

为了探索种植苜蓿对土壤质量的影响,选取黄土高原丘陵沟壑区3、7、12 a和18 a生苜蓿草地0～60 cm土层土壤为研究对象,以农田为对照（CK）,采用湿筛法研究了不同种植年限苜蓿草地土壤团聚体分布特征及其稳定性。结果表明：黄土丘陵沟壑区土壤水稳性团聚体组成随着粒径减小呈阶梯式递增态势,增幅为1.22%～61.43%,以＜0.25 mm的微团聚体占据优势级别,其比例达60.83%～79.72%。当农田更替为苜蓿草地后,在0～20 cm土层,随种植年限增加至12 a,土壤团聚化递增趋势明显,＞2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒径的土壤水稳性团聚体分别为农田对照的2.03～2.75倍、1.98～2.72倍、1.31～1.65倍和1.15～1.36倍;平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）在0～20 cm土层均表现为12 a＞18 a＞7 a＞3 a＞CK,变化范围分别为0.34～0.70和0.18～0.26;分形维数（D）变化虽然较小,但在0～20 cm土层也呈现出了不同年限苜蓿草地均小于农田的规律性,变化范围为2.31～2.43。相关分析表明,＞0.25 mm粒径水稳性团聚体含量（WSAP_0.25）、MWD、GMD均与土壤总有机碳（TOC）含量呈显著正相关,而土壤黏粒、碳酸钙含量与土壤水稳性团聚体各指标间相关性均不显著。研究结果表明,有机质是黄土丘陵沟壑区土壤团聚的主要胶结物质,种植苜蓿能促进土壤团聚体形成,增强团聚体稳定性。     

不同施肥模式下西藏农田土壤质量的变化

依据中国科学院拉萨高原生态试验站农田长期施肥试验的监测数据,分析了不同施肥模式(空白、羊粪、羊粪+化肥(羊+化)、化肥)8年后(2008~2015)对高原农田土壤质量部分指标(机械组成、土壤容重、有机质、p H和微生物量碳)的影响。结果显示,与单纯施用化肥的样地相比,施加了有机肥的羊粪和羊+化样地的农田土壤质量表现出了显著的变化:(1)增加了0~20 cm土层中的砂粒含量,降低了粉砂粒和粘粒含量;(2)0~10cm表层土壤容重分别降低10.1%和10.0%;(3)表层土壤中的有机质含量分别增加了72.8%和65.6%,同时土壤的p H保持在一个稳定的状态;(4)显著增加了农田土壤中的微生物量,在青稞的生长期以及收获后,农田土壤微生物量碳均表现为羊粪羊粪+化肥空白化肥。因此表明有机肥可以显著改善高原农田的土壤质量,在西藏地区应加大畜禽粪便等的归田。     

渭北果园土壤有机质及酶活性研究

为了探讨渭北果园土壤生物质量演化趋势,分析制约地区苹果可持续发展的土壤因素,在渭北旱塬果区选择了<10 a、10~20 a、>20 a园龄段苹果园各3个,选用农田土壤作为对照,研究0~100 cm范围内土壤有机质、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性的变化趋势。结果表明,随着果树种植年限的增加,果园土壤有机质含量仅在表层0~20 cm有不同程度地累积趋势,且在>20 a果园累积较为明显;20~40 cm土层处有机质呈现在植果初期递减,20 a后逐渐增加的趋势;果园土壤3种酶活性变化差异主要体现在0~40 cm土层范围,过氧化氢酶活性在0~40 cm呈现递减趋势,且在0~100 cm土层显著高于农田土壤;脲酶活性在0~40 cm有不同程度递增过程,碱性磷酸酶活性在0~40 cm也呈现出相对增高的态势。相关性分析表明土壤有机质与3种酶之间存在着极显著相关。由此得出,渭北地区果树对土壤生物质量的影响主要体现在0~40 cm范围,果园土壤过氧化氢酶活性显著递减和表层土壤脲酶活性增加可能会对苹果树生长产生一定影响。     

30 a耕作对高寒草地土壤碳氮与颗粒组成的影响

根据青海湖流域1987—2010年5期遥感图像解译,在青海湖北部区域存在毗邻的30 a未曾变动草地和耕地。以这两类土壤为研究对象,对其0~60 cm土层的土壤总碳、土壤全氮、土壤粒度组分进行对比研究。结果表明:草地和耕地土壤总碳和全氮含量以30 cm为界,分异明显,界上草地总碳和全氮含量大于耕地,而界下两者之间差异较小。另外,草地总碳和全氮含量最大值出现在0~10 cm,耕地总碳和全氮含量最大值出现在10~20 cm。草地和耕地粒度组成上都属于砂黏壤级,其中草地粉砂和黏粒大于耕地,而砂含量小于耕地。30 cm以上,草地和耕地间土壤粒度组分差异大,30 cm以下差异小。草地土壤黏粒和粉砂组分与总碳(P0.05)、全氮(P0.01)呈显著相关,而土壤砂粒组分与其相关性不显著;耕地总碳和全氮与各土壤粒级组分之间均无显著相关性。     

西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100

在宁夏固原上黄试验区，对灌木林地、农地、天然草地、果园和人工草地5种利用方式土壤的化学性质、颗粒组成与其分形特征之间的关系进行了分析和研究。结果表明：①土壤砂粒含量与土壤分形维数存在一定的相关性；粘粒含量与土壤分形维数表现出极显著正相关，即粘粒含量越高其分形维数越大；②灌木林地随着种植年限的增长，粘粒含量增多，分形维数也增加；而果园随种植年限的增长，粘粒含量减少，分形维数降低；不同利用方式土壤颗粒分形维数变化趋势为天然草地〉农地〉灌木林地〉果园〉人工草地；③影响土壤颗粒分形维数的因素主要有砂粒含量、粘粒含量以及阳离子交换量等，土壤粘粒含量、颗粒分形维数及阳离子交换量三者存在极显著相关，土壤颗粒组成的分形维数可以作为表明土壤发育状况的一个重要指标。     

博尔塔拉河下游河岸带土壤养分特征及其相关性分析

对博尔塔拉河下游河岸带土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH进行了分析。结果表明：① 土壤有机质在表层和80 cm土层属于强变异;20 cm、40 cm和60 cm土层属于中等变异。② 有机质含量为0.03%～4.19%,差值较大;不同深度土壤有机质含量从表层到深层逐渐减少,递减规律显著;5层（0~10 cm、20 cm、40 cm、60 cm和80 cm）土壤之间有机质含量垂直方向的相关性特征显示,60 cm深度与其他层次土壤有机质含量呈弱正和弱负相关,0 cm与80 cm、20 cm与40 cm之间的相关性极显著。③ 土壤有机质含量与pH、速效钾含量呈负相关,与速效磷含量呈正相关,与全氮呈极显著正相关（[WTBX]R[WTBZ]=0.934）。④ 通过对土壤样品养分含量分级显示,土壤有机质含量和速效磷含量平均值分别为0.44%和1.99 mg•kg^-1,均属于极缺乏型;全氮含量和速效钾含量平均为0.07%和39.78 mg•kg^-1,属于很缺乏型;pH平均为7.47,属于中性。     

沙漠化逆转过程中土壤颗粒分形维数的变化特征——以宁夏盐池县为例

通过野外采样和实验室分析,利用空间变化代替时间变化的手段,研究了宁夏盐池县多年围封区沙漠化逆转过程中土壤颗粒分形维数的变化特征。结果表明:沙漠化逆转的过程是土壤颗粒向细粒化方向演变及养分富集的过程。分形维数与土壤养分和黏粉粒等细颗粒的变化趋势相同,随着沙漠化程度的减小,分形维数呈逐渐增大的趋势。它与土壤粒径分布、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾之间存在着高度的线性相关,对黏粒含量的变化最为敏感。因此,可用土壤颗粒分形维数的变化来反映该区土壤理化性状的变化特征,并将其作为衡量沙漠化逆转过程中土壤结构、肥力状况及土壤退化恢复程度的一个综合性定量指标。     

施用氮磷钾对黄土丘陵区山地红枣林土壤酶与土壤肥力的影响

采用野外试验与室内分析,研究了连续4 a施氮磷钾肥对黄土丘陵区山地枣园土壤酶活性及土壤养分含量的影响。结果表明:连续4 aNPK1施肥处理能够明显增强土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,提高土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量;在土壤剖面中总的趋势是土壤酶活性和土壤速效氮、速效磷和速效钾含量随土层深度加深而降低。土壤酶活性与土壤养分因子的相关分析表明,在0~20 cm土层,磷酸酶与有机质、速效磷,过氧化氢酶与有机质、全氮呈显著或极显著性正相关。在20~40 cm,脲酶与有机质、全氮、速效氮,磷酸酶与速效钾,过氧化氢酶与速效磷,蔗糖酶与有机质、速效钾呈显著或极显著性正相关。在40~60 cm,脲酶与全氮、速效磷,磷酸酶与有机质、速效氮,过氧化氢酶与速效磷,蔗糖酶与有机质、全氮、速效磷呈显著或极显著正相关。     

连续多年不同灌溉方式对保护地土壤磷剖面分布的影响

自以同一方案连续12 a进行定位灌溉试验的栽培番茄保护地,分层采集0~100 cm土层的土壤样本,研究了灌溉方式对保护地土壤全磷、速效磷(Olsen-P)含量及其剖面分布的影响。结果表明,0~60 cm土层土壤全磷、速效磷含量明显高于60~100 cm土层;土层不同灌水处理间土壤全磷、速效磷含量及其剖面分布0~60 cm土层表现出了明显差异,总体上沟灌和滴灌高于渗灌,而沟灌和滴灌之间差异不明显;速效磷占全磷比例在0~40 cm土层以滴灌处理为最高,其它两灌溉处理相对较低;与滴灌、渗灌处理不同,沟灌处理土壤的速效磷占全磷比例随土层深度增加变化不明显。相关分析结果表明,各灌溉处理土壤速效磷与全磷之间呈极显著正相关关系,而全磷、速效磷含量与有机质间呈显著的指数正相关关系。     

晋北地区不同种植年限设施土壤养分含量的变化

以农田、露天菜地为对照,研究了山西阳高连作1、4、7、11、14、17 a设施栽培土壤pH值、养分含量及其相互关系。结果表明,与农田相比,设施栽培菜地土壤pH值降低、养分含量升高,差异达显著水平。随种植年限增加,设施内0~20 cm、20~40 cm土层有机质、碱解氮、有效磷含量表现出先升高后降低的趋势。依据设施菜地土壤养分含量标准,阳高设施土壤pH值、有机质、速效钾含量处于适宜水平,碱解氮含量较高,有效磷严重超标。相关分析表明,土壤pH值与速效钾含量间呈显著负相关,各土壤养分含量间呈显著正相关。当地设施蔬菜生产中的不合理施肥,已导致土壤化学性状发生明显变化,今后应推广科学施肥。     

黄土丘陵沟壑区天然植被恢复类型对土壤微生物碳的影响

采用野外调查取样结合室内测定分析的方法,研究黄土丘陵沟壑区不同天然植被恢复类型土壤微生物量碳和有机质的变化规律,探讨植被恢复过程中土壤微生物量碳和有机质的关系。结果表明:植被恢复后的土壤微生物量碳和有机质含量较农田均显著提高,植被恢复对土壤微生物量碳和有机质的影响主要表现在0~10 cm土层;土壤微生物量碳和有机质在0~10 cm土层随恢复年限呈增加趋势,植被类型中乔木混交林土壤微生物量碳含量最大,乔木林的土壤有机质含量最大。不同恢复年限的草地,其土壤有机质与土壤微生物量碳在0~10 cm土层呈正相关关系,在10~20 cm呈负相关关系;不同恢复类型的植被,其土壤有机质和微生物量碳的关系与不同恢复年限的草地正好相反,其在0~10 cm土层负相关,在10~20 cm呈正相关。上述结果表明,黄土高原植被恢复有利于提高表层土壤微生物量碳和有机质含量;植被恢复类型和年限对土壤微生物量碳与有机质的关系影响不一致。     

凹凸棒土对土壤团粒结构及水力参数的影响

向粉砂质壤土中均匀添加不同含量(0、10、20、30、40 g·kg~(-1))凹凸棒土(简称ATP)进行土壤水分特征曲线试验、土壤颗分试验及土壤团聚体试验,研究不同ATP施加量对土壤团粒结构及土壤水力参数的影响。结果表明:土壤中的黏粒(0.002 mm)从9.28%减小至7.06%,粉粒(0.002~0.02 mm)从50.21%减小至26.8%,砂粒(0.02~2 mm)比例从40.52%增加至41.49%;随着ATP含量增大,土壤水分特征曲线分形维数从2.859增加至2.876,土壤粒径分形维数从2.645减小至2.628,在ATP含量为30 g·kg~(-1)时两者的分形维数均出现拐点;试验结束自然风干后的土壤大颗粒含量增加,0.25 mm的土壤团粒随着ATP含量的增加从0增加至2;利用土壤水分特征曲线分形模型对土壤含水率进行模拟后,其模拟计算值与实测值的均方根误差RMSE在10%以内;利用非饱和土壤水力传导度分形模型对不同含量ATP非饱和水力传导度进行预测,其预测值随着ATP含量的增加整体呈减小趋势。综合分析可知,加入ATP后的土壤持水能力增强,具有改良土壤的作用,且当ATP含量为30 g·kg~(-1)时的改良效果最佳。     

黄河乌兰布和沙漠段两岸地表沉积物多重分形特征及其指示意义

为了揭示黄河乌兰布和沙漠段两岸风沙沉积环境差异性与东岸沙物质来源,运用多重分形理论分析了两岸不同下垫面地表沉积物粒度多重分形特征。结果表明:除草地外,两岸沉积物众数粒径范围西岸为189. 13～212. 20μm,东岸为133. 89～168. 56μm,东岸地表颗粒整体较细,风能环境较弱。多重分形参数(D_0、D_1、D_2、Δ_α、Δf)均表现为东岸西岸,东岸沉积物粒径分布范围大、局部叠加程度强,进一步表明东岸沉积物颗粒属性差异大、颗粒来源范围广、沉积过程复杂、沉积环境多样。多重分形各参数与2～50μm、100～250μm粒径颗粒含量存在显著相关,据风沙颗粒运移规律,结合两岸地形地貌,初步揭示上风向乌兰布和沙漠为黄河东岸2～50μm悬移颗粒的主要源区之一。     

蔬菜日光温室栽培条件下土壤养分累积特性研究

测定了陕西杨凌示范区不同日光温室栽培土壤剖面的养分含量及变化。结果表明,日光温室土壤有机质、硝态氮、有效磷和速效钾含量呈现显著累积趋势,其中以0~20 cm土层有机质、0~40 cm土层有效磷和速效钾以及0~200 cm土层硝态氮累积量尤为突出。蔬菜生长过程中温室土壤剖面中铵态氮含量的变化相对较小,而硝态氮含量呈逐渐降低趋势。蔬菜收获后土壤剖面(0~200 cm)硝态氮残留量在707~1 161 kg/hm2之间,平均达954kg/hm2,明显高于农田土壤。温室栽培条件下土壤电导率明显高于农田土壤,以土壤表层尤为突出。土壤硝态氮、有效磷和速效钾与土壤电导率之间的关系均达显著水平,其中硝态氮含量与土壤电导率间的关系最为密切,说明过量施用肥料特别是氮肥,是引起土壤盐分累积的主要原因。     

民勤绿洲不同年限退耕地土壤养分变化及其相关性分析

以石羊河下游的典型区—民勤退耕地为研究对象,对石羊河下游地区不同恢复年限退耕地土壤养分变化情况及其养分与退耕时间之间相关性进行分析,结果表明:1土壤中N肥含量随退耕年限的增加呈波动式上升趋势,但在同一年限退耕地中随土层的加深而逐渐减小,退耕后1~10 a,N含量变化的幅度较小;15~30 a,N含量变化的幅度相对较大;50 a后,趋于稳定;P含量在各个演替阶段土壤层次上均呈A(0~10 cm)B(10~20 cm)C(20~30 cm)D(30~40 cm)规律性分布,退耕后1~10 a,A、B两层P含量的差异较大,C、D两层受退耕时间的影响较小;15~50 a间,A、B、C、D四个土层P含量变化的幅度相对较小;K的含量表现出和P同样的规律性;有机质含量在退耕后1~7 a间变化幅度较大,10~50 a间变化幅度较小。1~5 a间,A、B、C、D四层含量变化呈逐层递减的趋势;7~50 a间,A层变化较大,B、C、D三层趋于稳定。2养分与退耕年限相关性分析表明:退耕1 a,速效磷、有机质含量与退耕时间呈显著负相关;5~10 a间,各养分与退耕时间均呈显著正相关且差异不显著;15~20 a间,各养分与退耕时间之间存在显著差异,30~50 a间,速效钾、速效磷、有机质含量与退耕时间差异不显著,50 a时差异显著。