杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征

[目的]研究鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征,为该地区杨树低效林的成因分析及改造提供基础依据,并为杨树人工林的科学管理提供参考与决策支持。[方法]使用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪测量土壤粒径,采用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值,并测定土壤养分。[结果]①鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成主要以细砂粒(42.33%)、极细砂粒(15.72%)、中砂粒(19.77%)为主;主要土壤质地类型为砂土;土壤颗粒的分形维数D值在1.222 5～2.204 5范围内,处于较低水平。②土壤颗粒分形维数D值与粉粒、极细砂粒、细砂粒含量呈显著正相关关系,与中砂粒、粗砂粒、极粗砂粒呈显著负相关关系。③随着土层加深,粒径250μm的土壤颗粒含量增加,粒径250μm的土壤颗粒含量减少;土壤颗粒分形维数D值随土层加深而增大,增大幅度不大。④土壤颗粒分形维数D值与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量的关系均未达到显著水平,土壤各养分含量的变化对分形维数D值没有显著影响。[结论]鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成以砂粒为主,土壤分形维数较低,土壤结构极不均匀,这样的土壤结构对杨树的正常生长发育极为不利,不良的土壤结构也在一定程度上导致了低效林的形成,因此在对杨树低效林进行预防和改造时也要改善林下土壤结构。     

北京地区表层土壤分形特征研究

土壤是一种具有分形特征的复杂系统.分形维数可以反映很多土壤特性.本研究考虑了7种土壤类型、4种土地利用类型,在北京地区选取了30个典型样点,对复杂地理环境表层土壤的分形特征进行了分析,探讨了分形维数与土壤质地、土壤理化性质等方面的关系.研究结果表明,在复杂地理环境条件下,土壤颗粒分形维数总体变异性较弱;分形维数与黏粒含量呈显著正相关,与(砂粒含量+粉粒含量)和黏粒含量的比值呈显著负相关.分形维数可以反映土壤质地,但仅可指示部分重要土壤的理化性质.     

岷江上游干旱河谷土壤粒径分布分形维数特征

具有分形特征是土壤的客观属性之一,为了探讨分形维数与土壤性质之间的关系与影响因素。运用土壤体积粒径分布分维模型计算了岷江上游干旱河谷不同土地利用方式下土壤表层(0～20cm)161个样品的分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、有机质和土壤养分之间的相关性。土壤粒径分布分形维数可以作为表征土壤结构和性质的重要指标。结果表明:不同土地利用方式下土壤的粒径分布具有不同的分形特征,分形维数在2.5011～2.7825之间,粉壤土>壤土>砂壤土,耕地大于灌林地。土壤颗粒体积分形维数与黏粒(<0.002mm)和粉粒(0.002～0.05mm)的体积百分含量以及土壤全钾含量呈极显著正相关关系,与砂粒(>0.05mm)的体积百分含量呈极显著负相关关系,而与土壤有机质,全氮,全磷,速效磷和速效钾含量的相关性未达到显著水平。研究结果可以为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的依据。     

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。     

不同生态修复措施下水库水源涵养区土壤粒径分布的分形特征

研究了桃林口水库水源涵养区不同生态修复措施下的土壤粒径分布的分形特征及其与土壤容重、有机质含量、孔隙度的相关关系.结果表明:(1)不同生态修复措施下土壤的粒径分布、分形特征不同,其分形维数在2.709 9～2.778 4之间,由大到小顺次为:荒坡封育型>荒坡造林型>疏林补植型>有林地封禁型(人工林)>缓坡梯田封育型>有林地封禁型(天然次生林)>陡坡梯田封禁型.(2)分形维数与不同粒级含量的相关性具有明显差异.分形维数与粘粒成极显著正相关,与3～0.005 mm粒径含量成负相关,与0.005～0.001 mm粒径含量成正相关,与<0.001 mm粒径含量成极显著正相关.(3)分形维数与土壤容重成显著正相关,与有机质含量成显著负相关.与非毛管孔隙度和总孔隙度成极显著负相关,而与毛管孔隙度的相关性不明显.     

陕北黄土丘陵沟壑区土壤粒径分形特征

应用MS2000激光粒度仪,获取陕北黄土高原米脂县境内10种不同土地利用类型土壤剖面4个层次40个土壤样品的粒径分布（PsD）,利用分形几何学方法分析土壤颗粒体积分形特征。结果表明：由于各土壤样品质地相同,分形维数D变化不大,在2．230～2．521之间;〈0．002mm的土壤粒径体积百分含量与D显著相关,而其余各粒径含量均通过与〈0．002mm的相关性对D产生间接影响,表明PSD的D可以充分代表土壤细化的程度与比例。土壤累积体积分数具有非线性特征,1个D值无法表征整个粒径测量范围内的土壤PSD,因此,以15脚为界,确定了2个分形域,分别计算D1和D2,存在D1〉D2的关系,且用D1和D2计算的分裂概率具有尺度依赖性。     

绿洲农田土壤粒径分布特征及其影响因素分析──以策勒绿洲为例

以塔里木盆地南缘策勒绿洲为例,重点探讨了绿洲农田土壤粒径分布特征及其主要影响因素。基于2008年9月对策勒绿洲范围内农田表层土壤粒度测定数据,首先通过土壤粒径分布体积分形维数分析,表明绿洲农田土壤粒径分布差异性显著,并根据分析结果提出假设,认为农田利用年限及空间位置的不同是土壤粒径分布产生差异性的主要因素;其次利用排序方法对影响因素的贡献率进行定量分析,并与分维值结果进行相互验证。研究结果表明在影响土壤粒径分布差异性方面,利用年限为主导因素,其相对贡献率达67%。因此,保证农田长期合理的耕作管理方式将有助于土壤粒径分布属性的稳定及改善。     

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。     

河塘底泥与岸边土壤粒径分形维数及与其性状关系——以海南岛南渡江下游塘柳塘为例

以海南省南渡江下游塘柳塘为研究对象,采集52个河塘底泥和6个沿岸农田土壤样品,依据美国制土壤粒级分组与土壤质地分类标准,应用分形理论计算了58个样品的质量分形维数,探讨河塘底泥与邻近农田土壤在粒级组成上的差异,并揭示底泥粒径分形维数与粒级组成及有机质含量之间的相互关系。结果表明:(1)河塘底泥与沿岸农田土壤各粒级组成非常相似,均以极细砂、粉砂为主,土壤质地类型多为壤土;底泥粒径分形维数略高于沿岸农田分形维数,前者均值为2.662,后者为2.591。(2)底泥粒径分形维数与其黏粒和粉粒含量呈显著正相关关系,而与其砂粒含量呈显著负相关关系;底泥粒径分形维数与其有机质含量呈显著正相关关系。(3)塘柳塘底泥理化性状表明,南渡江下游河塘清淤底泥可用于周边土壤改良。     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

喀斯特坡地侵蚀泥沙养分流失与粒径分布的关系

在丹江口库区喀斯特地区,研究分析自然降雨条件下5种不同植被覆盖类型(疏林地(C1)、乔木林地(C2)、坡耕地(C3)、荒草地(C4)、灌草地(C5))坡面侵蚀泥沙的氮、磷、钾养分流失及泥沙粒径分布特征,探讨泥沙养分流失与粒径分布的关系。结果表明:(1)侵蚀泥沙以粉粒(2～50μm)、砂粒(50～2 000μm)为主,0～20μm颗粒含量随降雨强度的增加而减少。0～2μm颗粒富集度集中在3.08～6.62,2～20μm颗粒富集度集中在2.48～3.58,20～2 000μm颗粒富集度集中在1左右。C4的0～2μm颗粒含量及其富集度明显高于其他植被覆盖类型。(2)速效钾的流失量远高于速效氮、磷流失量。氮素富集度集中在1左右,TP富集度集中在1.41～1.96,AP富集度集中在5.00～8.77,AK富集度集中在1.79～3.05,泥沙对磷、钾养分有明显富集作用,而对氮素富集作用很小。不同植被覆盖类型中,C4的TP、AK含量显著高于C1、C2、C3、C5(P0.05),C4有增加TP、AK养分含量的作用,且C2、C4的氮、磷富集度相对较大。C3的养分流失总量最大,C1、C2、C4、C5有明显减小养分流失的作用,其中C2控制养分流失的效果最明显。(3)侵蚀泥沙的TN、TP、AP、AK含量与0～2,2～20,20～50μm含量呈正相关关系,且与0～2μm的相关性显著(P0.05),侵蚀泥沙的养分含量会随着0～50μm颗粒含量的增加而增多。     

重庆四面山几种林地土壤颗粒分形特征及其影响因素

运用分形模型研究了重庆四面山几种林地土壤颗粒的分形特征,并探讨了分形维数与粒级分布的关系及其影响因素。结果表明:①0-60cm土壤分形维数平均值的顺序为:针叶林>针阔混交林>楠竹林>阔叶林,阔叶林和楠竹林土壤具有相对疏松、通透性好的结构,而针叶林和混交林地土壤质地较细,具有较好的持水保肥性能。②随着土层深度的增加,阔叶林地土壤的分形维数减小最为显著,楠竹林地呈增大的趋势,而针叶林和针阔混交林地减小不显著。这种变化与4个剖面上粘粒含量的变化规律完全一致。③分形维数能够表征土壤颗粒的大小和数量,但对不同粒级颗粒含量的反映程度不同,主要由粘粒含量决定(R=0.964),与砂粒含量显著负相关(R=-0.873),与粉粒含量相关关系不显著(R=-0.004)。④多元回归分析表明,分形维数与有机质含量、全氮、有效磷、速效钾、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量、毛管持水量和田间持水量具有一定的相关性。     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

花岗岩崩岗崩积体颗粒组成及分形特征

崩岗崩积体土质疏松,抗侵蚀能力弱,其颗粒组成及分形维数有其自身的特性。采用激光粒度分布仪对花岗岩崩岗崩积体及崩壁土样的颗粒进行测定,对其土壤颗粒组成及分形特征进行比较分析。结果如下:崩积体土壤以砾石、砂粒、粉粒含量为主,黏粒含量极低,土壤质地主要为砾石土;崩积体各层次土壤颗粒分形维数均值为2.61～2.70,分形维数值较低,反映了其细颗粒损失情况;黏粒含量是影响土壤颗粒分形维数的主要因素;崩壁土体的颗粒分形维数大小能够表征土壤的理化特征,而崩积体土壤颗粒分形维数无法真实反映崩积体的理化性质。     

土壤透气性及粘土颗粒比表面积与粘土颗粒粒度分布分形维数关系

采用数字显微系统测定了部分华南地区土壤中粘土颗粒粒径分布分形维数值,提出了土壤中粘土颗粒群粒度分布分形维数的几何法计算模型,并就这种分形维数与土壤比表面积和土壤透气性等性质的相互关系作了初步探讨。结果表明,采用数字显微系统测定的粘土颗粒粒径分布分形维数值介于2.2708到2.9483之间,与常规方法测定结果吻合;含砂较多的土壤样品,BET比表面积和Blaine透气时间随粒度分布分形维数值增大而减小;含粘粒较多的土壤样品,BET比表面积和Blaine透气时间同随粒度分布分形维数值增大而增大。     

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。     

我国湖泊沉积物营养盐和粒度分布及其关系研究

通过现场采样及室内理化性质分析,研究了我国不同区域6个不同特征湖泊表层沉积物营养盐和粒度的分布及其相互关系。结果发现,浅水富营养化湖泊杞麓湖、巢湖的沉积物营养盐含量和水体富营养化程度一致,而深水湖泊泸沽湖、程海和青海湖的沉积物营养盐含量和水体的营养状态没有关系,尤其是贫营养湖泊泸沽湖,沉积物中TN、TP含量远远高于东部富营养化严重的浅水湖泊。研究湖泊的表层沉积物中TOC与TN和Po表现出显著相关关系,表明沉积物中氮主要以有机氮的形式存在,有机质是有机磷的重要载体。表层沉积物粒径主要集中在64μm以下,不同的湖泊表层沉积物表现不同的粒度分布特征,沉积物营养盐含量较高的杞麓湖、程海、泸沽湖和巢湖的沉积物粒径更细,细颗粒所占比例高低与其污染程度相一致。沉积物中TOC、TN、TP、Pi、Po与小于4μm的细颗粒都呈现显著的正相关关系,而与16～64μm的粒径范围呈现负相关关系。     

闽南山地3种典型植被类型土壤分形与养分特征

[目的]探索闽南山地不同植被类型土壤分形特征及其与表层土壤颗粒组成、养分含量的相关关系,为评价闽南山地典型植被类型土壤质量,开展土地利用结构调整、土壤侵蚀防治及生态修复等提供参考。[方法]选取土壤颗粒体积分形维数模型对3种典型植被类型林地土壤的分形维数D值进行计算,并与土壤颗粒组成及土壤养分进行相关性分析。[结果]土壤颗粒体积分形维数D值从大到小依次为次生林马尾松林柑橘林;分形维数D值与土壤黏粒和粉粒体积百分数存在显著正相关关系,与砂粒体积百分含量呈显著负相关(p0.05);土壤pH值、全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾和有机碳含量从大到小均为:次生林马尾松林柑橘林;土壤容重为柑橘林马尾松林次生林;分形维数D值与柑橘林的土壤水解性氮含量呈显著正相关,与马尾松林的水解性氮含量、土壤全磷、全钾含量呈显著正相关,与次生林的土壤全磷含量、水解性氮含量呈显著正相关,与有机碳含量均呈显著负相关。[结论]闽南山地不同植被类型会显著影响表层土壤体积分形维数及养分含量,利用土壤体积分形维数可一定程度上反映不同植被类型的土壤颗粒组成及其养分含量。     

毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征

[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果] 3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27～2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子...