海涂围垦区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

土壤颗粒分形特征是表征植被与土壤环境相互作用的重要因子。本研究以江苏沿海条子泥垦区长期撂荒地和水稻田两种土地利用类型为研究样地,探讨了土壤颗粒分形维数及其与土壤粒径分布、土壤理化性质之间的关系。结果表明：海涂围垦区土壤颗粒分形维数在2.16～2.21之间,不同土地利用类型间分形维数存在显著差异,表现为荒地土壤大于稻田土壤,农业垦殖降低了海涂垦区土壤颗粒分形维数。土壤颗粒分形维数与土壤黏粒、细粉砂粒和粗粉砂粒的颗粒含量呈极显著正相关,与极细砂粒、细砂粒和中砂粒的颗粒含量呈极显著负相关。粒径0.05 mm是影响海涂围垦区土壤颗粒分形维数变化的临界粒径。荒地土壤电导率和可溶盐阳离子含量均高于水稻田土壤,水稻种植有利于降低围垦区土壤盐分含量。土壤颗粒分形维数与土壤有机质含量和粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量均呈显著正相关关系。土壤颗粒分形维数可以较好地反映土壤理化性质特征及变化过程,可以作为评价海涂围垦区盐渍土发育和演变规律的定量指标之一。     

A Fractal Method of Estimating Soil Structure Changes Under Different Vegetations on Ziwuling Mountains of the Loess Plateau, China

Fractal method is a new method to estimate soil structure. It has been shown to be a useful tool in studies related to physical properties of soil as well as erosion and other hydrological processes. Fractal dimension was used to study the soil structure in soil at different stages of vegetative succession on the Ziwuling Mountains. The land use and vegetation types included cultivated land, abandoned land, grassland, two types of shrub land, and three types of forests. The grassland, shrub land, and forested areas represented a continuum in vegetative succession that had occurred naturally, as the land was abandoned in 1862. Disturbed and undisturbed soil samples were collected from ten vegetation types from depths of 0-10, 10-20, and 20-30 cm on the Ziwuling Mountains, at a site with an elevation of about 1 500 m. Particle size distribution was determined by the pipette method and aggregate size distribution was determined by wet sieving. The results were used to calculate the particle and aggregate fractal dimension. The results showed that particle and aggregate fractal dimensions varied between vegetation types. There was a positive correlation between the particle fractal dimension and the weight of particles with diameter 〈 0.001 mm, but no relationship between particle fractal dimension and the other particle size classes. Particle fractal dimension was lower in vegetated soils compared to cropland and there was no consistent relationship between fractal dimension and vegetation type. Aggregate fractal dimension was positively correlated with the weight of 〉 0.25 mm aggregates. Aggregate fractal dimension was lower in vegetated soils compared with cropland. In contrast to particle fractal dimension, aggregate fractal dimension described changes in soil structure associated with vegetative succession. The results of this study indicate that aggregate fractal dimension is more effective in describing soil structure and function compared with particle fractal dimension.     

豫东平原盐碱地土壤颗粒分形特征

运用土壤颗粒分形维数模型,以河南大学明伦校区土壤为供试材料,分析了豫东平原盐碱地土壤颗粒的分形维数及其与土壤盐度、肥力指标的关系。结果表明:土壤颗粒分形维数介于2.556 2~2.796 3,平均值为2.714 4,土壤细颗粒物质越多,土壤颗粒分形维数越高;土壤盐度与土壤颗粒分形维数呈显著正相关;土壤颗粒分形维数与土壤阳离子交换量(CEC)呈显著正相关,与土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾则均呈负相关。结合盐碱土的土壤性状,土壤颗粒分形维数可用作分析、评价盐碱土壤退化的定量指标之一。     

陕西4种土壤粒径分布的分形特征研究

采用分形模型 ,研究了陕西 4种不同质地的土壤粒径的重量分布。结果表明 ,土壤结构具有明显的分形特征 ,其粒径分布分形维数为 0～ 3。分形维数与土壤中粘粒含量呈明显的线性相关 ,表现为粘粒含量越高的土壤 ,其分形维数也越高。分形维数不仅受粘粒含量的支配 ,还与土壤质地的均一程度有关 ,土壤质地均匀指数 Iu与分形维数也表现出一定的相关性 ,但相关性较弱。     

分形理论在植物根系结构研究中的应用

根系结构是影响植物生长的重要因素，本首次探讨了分形模型在植物根系结构研究中的应用，并以马尾松为例分析了马尾松根系结构与分形维数的关系，结果表明：马尾松细根含量越低，根桩含量越高，生长越好，分形维数越小，根系结构的各级含量，根桩量以及胸径，树高与植物根系结构分形维数之间存在显的回归关系，分形模型可以应用于植物根系结构特征的研究，从而为植物根系结构研究提供新方法。     

苜蓿根系形态结构的分形分析

根系形态结构是影响植物生长的重要因素。应用分形理论推导出根系长度与粗度（直径）的分形维数的计算方程,初步研究了苜蓿（Medicago sativa L.）根系形态特征。结果表明：推导出的分形维数计算公式可以应用于苜蓿根系结构的研究,并且分形维数的大小能够表征苜蓿根系形态结构特性。     

区域经济系统的分形特征及规模分布

将分形方法引入区域经济系统中,从Zipf定则的理论出发,推导出Zipf公式是Hausdorff(豪斯道夫)维数的特例。以黑龙江省粮食生产经济系统为例,定量地分析了近四年黑龙江省粮食生产经济系统中各要素的规模分布现状和发展趋势:由分维整体结果看,规模分布是分散的;由分维值的变化趋势来看,差异在减小,规模分布趋于集中。表明Hausdorff(豪斯道夫)维数能更深刻地反映粮食生产经济要素规模分布的复杂变化,并为了解和指导区域经济发展提供了新的方法和依据。     

根系分形维数及其研究进展

系统介绍了分形理论的形成和实际内容,并综述了根系分形维数的计算方法以及分形维数在植物根系研究方面的重要作用。分形维数作为一种简便地描述植物根系形态、生理特性的方法,给根系的研究带来了很大的方便。     

大麦发芽过程中外观形态分形维数的变化特性

大麦的发芽过程是高度复杂的生理过程,其内部和外观变化具有很强的自相似性,可以用分形维数描述大麦发芽过程的结构和生理变化.分别用自来水、1%和2% NaCl溶液浸泡培养大麦,每24 h取样检测大麦内部成分含量,对大麦进行拍照,图片处理后用分形软件测定其分形维数.结果显示大麦发芽期间大麦胚部的分形维数变化不大,而大麦胚乳部分和大麦边缘的分形维数有趋于集中的趋势,并呈现均匀化.在自来水培养条件下,这种变化最明显,随着盐浓度的增加,大麦边缘分形维数变化趋于不明显.在2% NaCl溶液培养条件下,大麦分形维数基本不会呈现均匀化的变化.麦芽中还原糖和α-氨基酸含量变化趋势与大麦图像的分形维数呈现正相关性,而β-葡聚糖含量变化与大麦图像的分形维数呈负相关性.     

Fractals and cosmological large-scale structure

Observations of galaxy-galaxy and cluster-cluster correlations as well as other large-scale structure can be fit with a "limited" fractal with dimension D approximately 1.2. This is not a "pure" fractal out to the horizon: the distribution shifts from power law to random behavior at some large scale. If the observed patterns and structures are formed through an aggregation growth process, the fractal dimension D can serve as an interesting constraint on the properties of the stochastic motion responsible for limiting the fractal structure. In particular, it is found that the observed fractal should have grown from two-dimensional sheetlike objects such as pancakes, domain walls, or string wakes. This result is generic and does not depend on the details of the growth process.     

干燥过程中木材内部孔隙度变化的初步研究

该文采用一种全新的方法———分形理论来描述干燥过程中,木材内部孔隙度的变化情况.实验以银杏和板栗为试材,采用连续升温干燥的方法,并建立了不同干燥温度下木材重量和尺寸之间的双对数关系,计算得出木材内部孔隙度的分形维数.结果表明:木材内部孔隙度的分形维数是定量反映干燥过程中木材内部孔隙复杂程度新的有效指标.木材内部孔隙度分形维数的变化与干燥温度和木材含水率的变化相对应,随着干燥温度的升高,两种试材含水率逐渐降低,内部孔隙度的分形维数均逐渐增大,内部孔隙的复杂程度也增大.当干燥温度从20℃到100℃,试材从气干状态(含水率14%)到绝干状态,银杏木材内部孔隙度的分形维数变化在2.1057～2.8757之间,板栗的维数变化在2.0080～2.9238之间.板栗木材内部孔隙度的分形维数变化范围要比银杏大,说明在干燥过程中板栗内部孔隙变化的复杂程度要比银杏大,干燥银杏木材比干燥板栗木材相对容易,产生干燥缺陷的可能小于板栗.     

表层风蚀土壤粒径分布的分形特征研究

本文通过对内蒙古四子王旗耕地、普通草地和围封草地地表土壤颗粒的机械组成进行分析,利用分形模型,计算了土壤粒径分布的分形维数,并探讨了风蚀土壤的分形维数与土壤粒度组成和土壤有机质含量的关系,分析了土壤在风力侵蚀过程中的分形特征,同时讨论了利用分形维数来代替土壤粒度组成表征土壤风蚀程度的可能性。表明分形维数可为风蚀土壤结构及其质地状况的评价提供1个新的定量化指标。     

玉米应力裂纹的分形研究

玉米应力裂纹具有近似的自相似性,可用分形理论进行研究,利用盒维数的定义测量并计算了整个剖面上单裂,双裂和龟裂的平均分维值,提出了当量分维概念,计算并分析了不同干燥条件下得到的玉米样品的当量维数。     

不同密度条件下假俭草生长格局的分形研究

应用分形几何的原理和方法,研究了不同初始密度下假俭草的生长格局。结果表明,假俭草具有自相似的生长过程。不同的初始密度下,假俭草具有不同的分形维数和相应的生物量积累规律。生物量积累速率随着分形维数的增大而增大。观测期4个处理的静态分形维数最大值分别为:1.5311(密度1株/m2);1.4425(密度5株/m2);1.4078(密度10株/m2);1.3732(密度20株/m2)。4个处理的动态分形维数分别为:1.4326(密度1株/m2);1.3952(密度5株/m2);1.3547(密度10株/m2);1.2987(密度20株/m2)。分形维数同时反映了假俭草的分枝能力和对空间的占据能力。假俭草种群具有依据外界条件而调节生长格局的生态适应策略。     

利用二维图像评价“Y”形苹果幼树的分形特征

【目的】定量化评价果树的树体结构,为果树的合理整形修剪提供指导。【方法】基于分形理论,采用计盒维数的方法,将果树二维图像分形维数作为评价树体结构的指标,研究了长富2号、玉华早富、富红早嘎、烟富6号和丽嘎啦等5个苹果品种“Y”形幼树二维图像的分形特征。【结果】不同品种苹果幼树二维图像的分形维数有差异,同一品种果树正、侧视图像的分形维数存在差异,正视图的分形维数介于1.697～1.554,侧视图的分形维数介于1.699～1.563,同一品种侧视图的分形维数大于正视图,分形维数与果树枝条长度、数量呈正相关关系,5个苹果品种幼树二维图像的分形维数表现为长富2号>玉华早富>富红早嘎>烟富6号>丽嘎啦。【结论】分形维数能客观地反映果树干枝的空间分布及空间利用程度,可作为评价苹果幼树树体结构的定量化指标,用于指导苹果幼树的整形修剪。     

秦巴山区不同地貌类型土地利用分形研究

以陕西省汉阴县为例,运用分形理论计算不同地貌类型下土地利用类型图斑的分维数和稳定性指数,结果表明:该县的土地利用结构具有明显的分形特征,通过对比不同地貌类型上不同土地利用类型的分维数和稳定性指数,得出在不同地貌类型上各种土地利用类型的分布复杂状况,为进一步改善当地的土地利用结构提供一定的科学依据与参考。     

民勤白刺灌丛沙堆演替过程中土壤粒径分形特征

通过野外采样与室内分析相结合,研究白刺灌丛沙堆在演替过程中土壤粒度与分形维数特征,分形维数与土壤粒级及土壤理化性质的关系。结果表明:1）民勤不同演替阶段白刺灌丛沙堆土壤均以细砂（46.71%～64.06%）为主;土壤分形维数变化为1.665～2.242,在白刺灌丛沙堆演替过程中分形维数呈现先升高后降低的趋势,衰退阶段达到最大值。2）分形维数与黏粒、粉粒、极细砂呈极显著正相关（P＜0.01）,与中砂呈极显著负相关（P＜0.01）,说明黏粉粒、极细砂含量越多,土壤分形维数越高。3）分形维数与有机质、全氮含量呈极显著正相关（P＜0.01）,与速效磷含量呈显著正相关（P＜0.05）,土壤分形维数可以用来评价土壤的养分状况。研究结果可为荒漠灌丛发挥防风固沙和土壤保育功能的定量化评价提供科学依据。     

路面不平度的分形几何特征的图像分析方法

本文介绍了计盒维数的算法,提出了3维分形值的近似算法,运用Matlab软件设计了图像的处理和基于图像的计盒维数的计算程序。本文共选择了3种不同类型的路面作为研究对像,运用自行设计的程序进行了路面分形维数的计算。结果表明不同类型路面的分形维数相差较大,利用分形维数能够进行路面类型的准确分类。     

木材密度曲线的分形分析

对银杏（Ｇｉｎｋｇｏ ｂｉｌｏｂａ）Ｘ射线木材密度曲线分形分析,结果表明,银杏木材密度的分形维数约在１．４４３０。分形维数直观地反映了木材密度年轮内和年轮间的变化规律。与年轮宽度有一定的联系,与木材密度本身关系不大,木材密度的分形维数一般由遗传因素控制,不同树种木材分形维数是相对固定的。木质材料的分形研究,是揭示其内在规律的有效方法。     

基于分形理论的安徽省旱、洪涝灾害时序特征分析

基于安徽省1949-2003年的旱、洪涝灾害统计资料,运用分形理论重构了其嵌入相空间序列,探讨了其时序的分形特征,计算出了分维数.结果表明,安徽省旱、洪涝灾害受灾面积的时序分布具有分形特征,相应的饱和分维数分别为d=2.56和d=3.55.饱和关联维数对应的嵌入空间的最小维数为8.R/S分析结果显示,20世纪80年代以来,安徽省旱、洪涝灾害受灾面积呈扩大态势.