管窥分形在林业科学中的应用

针对土壤多孔介质结构的复杂性，从其结构形成的物理机制和Katz定律出发，利用分形几何理论，将土壤作为在统计意义上具有分形特征的多孔介质来研究，建立了分形维数定量化的函数式；试验应用扫描电镜法研究了土壤多孔介质断面微结构并算出分形维数。理论计算和试验测量结果都表明：不同经营模式人工林、天然林及混交林的土壤团粒结构分形维数对林地土壤性质变化均有影响，土壤大于0．25mm的团聚体与水稳性团聚含量越大，团粒结构的分形维数越小，土壤肥力越高，土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体、水稳性团聚体之间存在显著回归关系。分形理论为林地土壤科学管理提供了理论依据。     

喀斯特槽谷顺/逆向坡不同植被恢复下土壤微团聚体特征

为研究喀斯特槽谷顺、逆向坡不同植被恢复对土壤结构的影响,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对比分析了喀斯特槽谷区顺、逆向坡面不同植被(林地、花椒地、灌草地)下的土壤理化性质和微团特征。结果表明:1)顺向坡土壤微团聚体优势粒级为1～0.25 mm,分形维数D在2.62～2.64之间;逆向坡土壤微团聚体优势粒级为0.05～0.01 mm,分形维数D在2.64～2.66之间。顺向坡1～0.25 mm粒径微团聚体含量显著大于逆向坡,其余粒径含量均小于逆向坡(P 0.05),顺向坡土壤微团聚体结构稳定性比逆向坡好。2)顺向坡林地土壤微团聚体优势粒级为1～0.25 mm,花椒地和灌草地土壤微团聚体优势粒级均为0.05～0.01 mm;逆向坡3种植被恢复下土壤微团聚体优势粒级均为0.05～0.01 mm。顺向坡土壤微团聚体分形维数D为灌草地林地花椒地;逆向坡为花椒地灌草地林地。3)土壤微团聚体分形维数与0.001 mm粒径拟合度最好(R2=0.974),与0.05～0.01 mm粒径拟合最差,且与0.001 mm粒径微团聚体含量极显著正相关(P 0.01),与0.005～0.001 mm粒径微团聚体含量显著正相关(P 0.05),并随1～0.25 mm粒径微团聚体含量的增加而减小,随土壤全钾、有机质、粉粒含量的增加而显著减小,随MWWSA的增大而显著增大。研究结果可为喀斯特槽谷区植被恢复选择及土壤抗蚀性评价和肥力评估提供理论参考。     

植被恢复模式对紫色土团聚体分布及稳定性的影响

以宁化县紫色土侵蚀区3种植被恢复模式(林果草模式、油茶模式、乔灌草模式)为研究对象,以未治理的裸露荒地(CK_2)、无明显水土流失的林分(CK_1)作为恢复前后的参照,研究土壤团聚体和理化性质的变化,分析3种植被恢复模式的优劣。结果表明:与CK_2相比,3种植被恢复模式0.25 mm水稳性团聚体含量均显著提高,促进土壤从微小团聚体向大团聚体转变,土壤容重降低,孔隙度增加,土壤有机碳含量提高,以乔灌草和林果草模式为最优,但这2种模式差异不明显;植被恢复后的紫色土团聚体破坏率(PAD)和分形维数(D)值均有降低,团聚体平均重量直径(MWD)值明显增加,以乔灌草模式的变化幅度最大,表明该模式改善土壤结构的效果优于其它模式,其土壤结构较为稳定。相关分析表明,水稳性团聚体稳定性与土壤粒径、容重及孔隙度有显著相关性。     

豫东南沙地4种人工林土壤团聚体稳定性及有机碳分布研究

为探究林分类型对土壤团聚体稳定性及有机碳分布特性的影响,以豫东南沙地4种典型人工林(桂花、合欢、栾树和女贞)为研究对象,通过野外调查、取土壤样品和室内试验对土壤团聚体和有机碳进行测定、分析。结果表明,①4种林分类型下土壤大团聚体(>0.25mm)含量最高,占林地土壤总团聚体的69.63%%~97.30%,粒径0.25~0.15mm团聚体含量最低,且不同林分类型下各层土壤团聚体的质量分数呈现不同的差异。②表层(0~10cm)土壤团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均表现为栾树>合欢>桂花>女贞,分形维数(D)排序则与之相反,变化范围为2.515~1.653,栾树的土壤结构稳定性最强。③随土壤团聚体粒径的减小,4种林分土壤有机碳含量总体上呈现先升后降趋势,土壤剖面上也表现出随土层加深而下降。不同林分类型下,土壤有机碳含量差异性表现为合欢最高,栾树最低,变化范围分别为45.76~7.65和17.78~3.49g/kg。④回归分析表明,女贞林分下土壤大团聚体与有机碳含量相关性最强,土壤有机碳可解释17.5%土壤大团聚体含量的变化。研究得出该地区栾树林下土壤团聚体稳定性较强,合欢林下土壤有机碳含量最高。     

赣中不同类型毛竹林土壤结构特征及其综合评价

以赣中毛竹纯林(MC)、竹阔混交林(ZK)、竹杉混交林(ZS)3种不同类型毛竹林地土壤容重、孔隙状况、团聚体数量、大小和稳定性等土壤结构特征进行了研究,同时以阔叶林(KY)和杉木纯林(SC)为对照,并采用灰色关联度分析法进行了土壤结构综合评价。结果表明,各林分土壤容重大小排序为ZK>MC>ZS>KY>SC;土壤孔隙状况总体表现为阔叶林优于杉木林,毛竹林类型较差;>0.25 mm土壤团聚体含量在94.43%～97.25%,土壤各层均为阔叶林最大;土壤团聚体分形维数均值大小排序为MC>ZK>ZS>SC>KY;不同林分类型间土壤MWD和GMD存在差异,与毛竹纯林比较,竹阔和竹杉混交林0～60 cm土层中土壤MWD和GMD均值分别提高了3.38%、4.10%和5.04%、8.11%;灰色关联度分析法的结果表明,各林分类型土壤结构指标关联度大小排序为KY>SC>ZK>ZS>MC,研究结果可为我国亚热带地区林地资源合理经营及植被建设提供科学依据。     

川南不同退耕还竹林土壤团聚特征比较

以川南地区常用的退耕还林竹种撑绿竹和硬头黄竹为研究对象,分析退耕5年、10年和非退耕竹林土壤团聚特征和分形维数,探讨分形维数与土壤基本特性之间的关系.结果表明:与农耕地相比,退耕还竹林地土壤水稳性大团聚体含量明显增加,退耕10年的撑绿竹和硬头黄竹林水稳性团聚体含量最高,分别为农耕地的163.27％和158.36％;平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化范围为0.84～2.50 mm和1.04～1.98 mm,不同土层间MWD和GMD表现一致,均为表层土最高,中层土次之,下层土最低;各土层的微团聚体分形维数为2.308～2.526,且由表层土到中层土呈上升趋势,至下层土无明显变化规律.回归分析表明土壤分形维数与土壤黏粒(＜0.002 mm)含量呈极显著正相关关系,与其他粒级含量、土壤密度和土壤有机质含量无显著相关性,因此无法用土壤分形维数来表征该地区土壤密度和有机质含量.研究表明:退耕还竹有利于降低土壤板结,提高土壤大团聚体数量;撑绿竹和硬头黄竹均可以有效降低土壤分形维数,改善土壤通透性,提高土壤结构的稳定性,进而增加土壤的抗侵蚀能力,发挥保持水土作用.     

香叶树和杉木人工林生态功能的比较

通过对28年生香叶树和杉木人工林生物量和土壤肥力的测定,进行香叶树和杉木人工林培肥土壤和涵养水源功能的比较研究,结果表明:与杉木人工林相比,营造香叶树人工林后林地土壤水稳性团聚体含量增加,团聚体稳定性增强,土壤密度降低,总孔隙度增加,林地土壤结构状况、孔隙和水分状况得到不同程度的改善,表层土壤养分得到富集,香叶树具有比杉木林更好的培肥土壤功能;香叶树叶的最大持水率高于杉木叶,其林分地上部分持水量是杉木纯林的1.21倍,同时由于香叶树人工林土壤结构及孔隙状况的改善,林地的蓄水能力增强,使得香叶树人工林表现出比杉木林更好的涵养水源功能.     

乐昌含笑人工林的土壤肥力和涵养水源功能研究

通过对乐昌含笑和杉木人工林生物量和土壤肥力的调查,进行乐昌含笑人工林培肥土壤和涵养水源功能的研究,结果表明:营造乐昌含笑人工林后林地土壤水稳性团聚体含量增加,团聚体的稳定性增强,容重降低,总孔隙度增加,林地土壤结构、孔隙和养分状况得到不同程度的改善,乐昌含笑人工林具有比杉木林更好的培肥土壤功能;乐昌含笑叶的最大持水率明显高于杉木叶,其林分地上部分最大持水量是杉木林的1.14倍,同时由于乐昌含笑林土壤结构及孔隙状况的改善,林地蓄水能力增强,使得乐昌含笑人工林表现出比杉木林更好的水源涵养功能。     

土地利用方式对土壤团聚体组成及质量的影响

分析了福建省建瓯市土地利用方式对土壤团聚体组成及水稳性的影响,结果表明,林地有利于形成大粒径土壤团聚体,而柑橘园、茶园、坡耕地形成的土壤团聚体粒径较小。不同土地利用方式对土壤团聚体的质量有较大影响:>2 mm水稳性土壤团聚体含量和土壤团聚体平均重量直径的顺序都为:木荷林>封育林>杉木林>柑橘园>茶园>坡耕地。平均重量直径与>0.25 mm水稳性土壤团聚体含量存在极显著的线性正相关关系。     

不同土地利用类型下土壤水稳性团聚体的特征

土壤团聚体稳定性是土壤结构的关键性指标,是土壤环境、管理实践和土地利用类型相互作用的结果。本文应用Le Bissonnais法中的快速和慢速湿润测定陕北黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水稳性团聚体含量,分析土地利用类型和湿润速度对土壤团聚体水稳性的影响。结果表明:小叶杨、侧柏、油松、杏4种林地土壤>0.2mm水稳性团聚体质量分数、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较农地和苹果园土壤大,而农地和苹果园土壤团聚体粒级分布的分形维数D值较大,说明林地土壤结构得到明显改善。土壤有机质与>0.2 mm,MWD,GMD和D值呈极显著相关,说明土壤有机质是影响土壤团聚体形成和稳定的主要胶结物质。团聚体稳定性在2种处理下存在明显差异,快速湿润对团聚体破坏大于慢速湿润,说明消散作用在土壤团聚体崩解中起主要作用。     

楠木人工林土壤肥力研究

对26年生楠木人工林和杉木人工林生物量及土壤肥力进行调查,以研究楠木人工林培肥土壤功能,结果表明:营造楠木人工林后林地土壤水稳性团聚体含量增加,团聚体的稳定性增强,容重降低,总孔隙度增加,林地土壤结构状况、孔隙、水分和养分状况均得到不同程度的改善,楠木人工林比杉木能更好地培肥土壤。     

覆盖栽培雷竹林的土壤结构与养分变化特征

运用跟踪监测方法,针对集约栽培雷竹林生长立地条件和覆盖技术措施,分析以砻糠为物料的覆盖措施下林地土壤养分和物理结构的变化状况,揭示其与栽培措施之间的相互关系。结果表明：耕作层0~15cm的土壤养分状况好转,表现为有机质、速效磷、速效钾等含量增加,土壤保肥能力增强;土壤结构状况深受覆盖措施影响,颗粒直径为0.25 mm和0.25~0.5 mm的团聚体颗粒含量明显增加,土壤团粒结构的分形维数为2.453~3.113;连续覆盖3次以上的土壤容重下降至0.93~1.07 g/cm3。研究表明,生产上应根据雷竹林覆盖状况和养分变动特点,对栽培措施做出调整,避免雷竹林因生长负荷增大而引起土壤退化。     

杉阔异龄复层林对土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的影响

[目的]研究杉木纯林转化为杉木阔叶树异龄复层混交林(简称杉阔复层林)对土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的影响,为杉木人工林结构优化调控和可持续发展提供理论依据。[方法]以浙江开化不同树种构建的杉阔复层林和杉木纯林为研究对象,分析0～20 cm土层水稳性团聚体(WSA)稳定性以及全土和团聚体有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和镁(Mg)储量的变化。[结果](1)杉阔复层林和杉木纯林0.25 mm水稳性团聚体(WSA_(0.25 mm))占比最高;与杉木纯林相比,复层林均显著增加5 mm水稳性团聚体(WSA_(5 mm))比例,同时也显著提高土壤平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了团聚体分形维数(D)。(2)杉阔复层林和杉木纯林不同粒级团聚体中SOC和TN储量变化趋势一致,均为WSA_(5 mm)、2～5 mm粒径水稳性团聚体(WSA_(2～5 mm))0.25～2 mm粒径水稳性团聚体(WSA_(0.25～2 mm))WSA_(0.25 mm),而不同粒级团聚体中TP和Mg储量差异较小。(3)全土和团聚体有机碳及养分储量主要受5 mm粒径团聚体有机碳(SOC_(A5 mm))、2～5 mm粒径团聚体总氮(TN_(A2～5 mm))含量以及土壤pH的影响;团聚体稳定性主要受WSA_(5 mm)、土壤pH以及2～5 mm粒径团聚体有机碳(SOC_(A2～5 mm))含量的影响。(4)复层林不同伴生树种对团聚体组分、稳定性、土壤有机碳及养分储量有重要影响,主成分分析(PCA)发现,杉木纯林引入紫楠(杉木+紫楠)后显著影响全土和团聚体磷镁储量以及MWD和GMD;杉木纯林引入红茴香(杉木+红茴香)后显著影响全土和团聚体碳氮储量。[结论]杉阔异龄复层林的构建有利于改善杉木纯林土壤理化性质,尤以乔木阔叶树种紫楠和红茴香引入,对杉木纯林土壤团聚体稳定性和有机碳及养分储量的改善效果更佳。     

攸县3种不同水土保持林土壤抗侵蚀性能

为了研究湖南省攸县境内的不同水土保持林对土壤抗侵蚀性能的影响,本文从林地土壤的物理性状、土壤抗蚀性能和土壤抗冲性能3个方面来进行对比研究。测定其林地0~20 cm层土壤的容重、孔隙度、水稳定指数、渗透系数、土壤团聚体占土样百分比和抗冲指数几个指标,进而分析不同林分类型之间的林地土壤抗侵蚀性能的差异。结果表明:从土壤的物理性状来看,楠+桤木+枫香混交林的容重和孔隙度均比其他两种林分要好;从土壤的抗蚀性能来看,3种不同林分的水稳性指数大小按照大小顺序为楠+桤木+枫香混交林枫香+栾树+桤木混交林杉木+柏木+马尾松混交林,楠+桤木+枫香混交林的渗透性能优于杉木+柏木+马尾松混交林和枫香+栾树+桤木混交林,且3种林分的水稳性指数与渗透系数均大于荒坡地;从土壤抗冲性能来看,土壤总团聚体占土样百分比和土壤抗冲指数按照楠+桤木+枫香混交林枫香+栾树+桤木混交林杉木+柏木+马尾松混交林的大小排列顺序,且指标均大于荒坡地。     

长江上游亚高山针叶林土壤水分入渗性能及影响因素

森林土壤水分入渗性能是森林生态系统水分循环的基本环节 ,直接影响森林 水文生态效应。本文研究了长江上游支流大渡河的水源地—贡嘎山东坡亚高山针叶林分布区土壤水分入渗性能及其影响因素 ,结果表明 :研究区土壤稳渗率均较大 ;其中混交成熟林土壤稳渗率最大 ,林木皆伐后土壤稳渗率最小 ,其它森林类型介于其间 ;土壤稳渗率与 >0 2 5mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体平均重量直径 (MWDw)、非毛管孔隙度呈极显著相关 ,与水稳性团聚体分形维数 (Fdw)呈显著性相关 ,另与森林类型、枯落物层、容重、砾石含量有一定相关性。     

不同植被恢复模式土壤结构特征与健康评价

对湘西女儿寨流域不同植被恢复类型的土壤结构特征研究和健康评价的结果表明:荒草灌丛容重最高,人工林土壤容重高于天然林及混交林;对土壤孔隙状况的改善作用表现为林分类型优于荒草灌丛类型,天然林优于人工林,0~20 cm土层优于20~40 cm土层;土壤团聚体平均重量直径以油桐人工林、杜仲人工林最高,马尾松天然林、毛竹杉木混交林其次,而润楠次生林、荒草灌丛、杉木人工林较低;各层土壤团聚体分形维数值大小排序为:毛竹杉木混交林>马尾松天然林>荒草灌丛、润楠次生林>杜仲人工林>油桐人工林>杉木人工林;土壤结构健康综合评价的灰色关联分析结果表明,土壤结构以荒草灌丛最差,油桐人工林最好,其余类型介于两者之间.研究结果可为女儿寨流域及我国类似生态脆弱区的植被恢复与重建提供一定依据和参考.     

杉木林不同更新方式对林地土壤性质的影响

对杉木林采伐迹地两种更新方式(人工营造杉木纯林、自然更新)的林地的土壤物理化学性质进行了定位观测,研究了杉木林不同更新方式对林地土壤理化性质的影响.结果表明:连栽杉木林地土壤粘性明显高于针阔叶混交林,自然更新形成的针阔叶混交林对林地土壤质地、通气性有了明显的改善;两种不同更新方式林地土壤自然含水量动态变化呈现出基本一致的季节变化规律,但在0～10cm、10～20cm土层中,不同季节,自然更新林地土壤含水量高于杉木人工林地,在垂直方向上,自然更新林地土壤含水量在不同层次空间上发生了明显的变化,而杉木人工林地的变化却不明显;与杉木林地相比,自然更新林地的pH值、有机质含量和营养元素含量增加的程度更为显著.说明针阔叶混交林能够更好地维持和恢复林地土壤肥力.     

铁矿废弃地不同恢复模式土壤团聚体及碳、氮分布

以大田县铁矿废弃地不同恢复模式:"撒播马尾松(Pinus massoniana)"(R_1)、"工程措施+植草"(R_2)和"工程措施+乔灌草"(R_3),并选择未恢复的铁矿废弃地作为恢复的初始状态(R_0)及周边未开矿的杉木(Cunninghamia lanceolata)林作为对照(CK)进行研究,分析不同恢复模式的土壤水稳性团聚体及碳、氮含量分布特征。结果表明:①R_0模式水稳性团聚体主要集中在0. 25 mm。采用不同恢复模式后,0. 25 mm水稳性团聚体含量显著减少, 5 mm和2～5 mm径级的水稳性团聚体含量显著增加。②不同恢复模式土壤团聚体稳定性的变化趋势为:CK R_3 R_2 R_1 R_0。③土壤有机碳和全氮含量随着土壤团聚体粒径的减少呈显著升高。④铁矿废弃地不同恢复模式土壤有机碳和全氮含量与 5 mm的水稳性团聚体含量显著正相关,而与0. 25 mm和0. 5～1 mm显著负相关。     

城乡梯度下不同林分类型土壤团聚体分布及其稳定性

[目的]探究城乡梯度和林分类型对森林土壤团聚体组成及其稳定性机制的影响,为阐明区域土壤质量评价提供理论依据。[方法]以珠江三角洲城市群城乡梯度下3种典型林分为研究对象,分析0～30 cm土层团聚体稳定性变化特征及其影响因素。[结果]3种林分类型土壤团聚体主要由大团聚体（>0.25 mm）组成。马尾松林（PF）和针阔混交林（MF）的水稳性团聚体呈现由大粒径向微团聚体（<0.25 mm）转变趋势,但常绿阔叶林（BF）土壤团聚体各粒级比例无明显变化趋势。土壤水稳性团聚体的平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）在城区随PF–MF–BF递进呈先升高后降低趋势,在近郊呈升高趋势,而在乡村呈先降低后升高趋势。质量分形维数（Dm）和团聚体结构破坏率（PAD）与MWD、GMD变化趋势相反。近郊梯度下土壤团聚体稳定性（机械稳定性和水稳性）随PF–MF–BF递进呈升高趋势。针阔混交林土壤团聚体稳定性在梯度上呈现城区>近郊>乡村趋势。随土层深度增加,不同梯度的3种林分土壤团聚体水稳性降低,而其机械稳定性升高。土壤团聚体水稳性与土壤密度、含水量和有机碳（OC）、全氮（TN）、全磷...     

四川茶园土壤微团聚体组成及其分形特征

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究不同植茶年限茶园土壤微团聚体的组成及其分形特征。结果表明：茶园土壤微团聚体组成以0.25～0.05 mm粒级为主,占微团聚体总量的41.95%～55.44%,0.05～0.01 mm粒级次之,占23.54%～25.66%,＜0.001 mm 粒级所占比例最小,为5.80%～8.71%,随植茶年限增加,0.25～0.05 mm粒级土壤微团聚体含量显著升高,0.05～0.01 mm 和0.01～0.005 mm 粒级含量变化不明显,而0.005～0.001 mm和＜0.001 mm粒级含量则显著降低;随植茶年限增加,土壤微团聚体平均质量比表面积值、分形维数值和土壤特征微团聚体组成比例(＜0.005 mm)/(0.25～0.05 mm)值均逐渐减小,而土壤微团聚体平均质量直径值则逐渐增大;不同植茶年限土壤微团聚体分形维数值和土壤特征微团聚体组成比例值均与土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、全磷含量和有效磷含量极显著负相关。长期植茶可促进土壤较小粒级微团聚体向较大粒级微团聚体转化,从而提高土壤微团聚体稳定性,土壤微团聚体分形维数值和土壤特征微团聚体组成比例值均可作为定量化描述茶园土壤肥力状况的指标。