豫西石质丘陵区不同土地利用方式下土壤颗粒分形特征

运用分形理论,以豫西石质丘陵区土壤为供试材料,分析了天然次生林、荒草地、混交林、杨树林、耕地等5种土地利用方式的土壤颗粒分形特征及其与土壤各粒级含量、理化性质之间的关系。结果表明:1)研究区土壤细粒化较明显,具有一定的水土保持效应;2)5种用地方式分形维数平均值介于2.510～2.629之间,分维值大小依次为天然次生林>耕地>杨树林>混交林>荒草地,可以在一定程度上反映石质丘陵区水土流失的程度;3)土壤颗粒分形维数与土壤颗粒含量存在较强相关性,即土壤中黏粒含量越高,尤其是0.002～0.001 mm粒级含量越高,分形维数越大;4)研究区土壤颗粒分形维数与速效钾含量呈显著正相关,与其它理化性质的相关性均不明显。     

沂蒙山林区不同植物群落下土壤颗粒分形与孔隙结构特征

为探索人为活动干扰下植物群落变化对土壤物理结构特征的影响,运用土壤分形学和水文学原理与方法研究沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成、分形维数、土壤孔隙度及其相关性。结果表明:在长期农业耕作等人为干扰下,玉米作物、板栗经济林和灌草丛群落下的土壤颗粒呈粗粒化特征,分形维数显著降低,土壤总孔隙度和毛管孔隙度下降,非毛管孔隙度增加,土壤物理结构呈现退化状态;而处于长期封禁保护下的森林群落,土壤颗粒分形维数较大,粉黏粒等细粒物质的含量较高,孔隙结构状况较好。研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型的粗骨土结构特征,森林群落能显著增加土壤中粉黏粒等细粒物质的含量和对土壤空隙的填充能力,是其改善土壤物理结构的分形学机制。土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒含量、总孔隙度和毛管孔隙度之间存在明显的线性正相关,而与土壤砂粒含量和非毛管孔隙度具有线性负相关关系,它能较好表征植物群落变化对土壤颗粒组成和孔隙状况的影响,因而可作为评价土壤物理结构质量的一项综合性指标。     

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。     

北京平原地区不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响

选取农田、撂荒草地、人工乔木林、人工灌木林和次生林5种不同土地利用类型土壤颗粒为研究对象,采用Microtrac S3500激光粒度仪测定土壤样品粒径,利用土壤分形学理论和方法,分析不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响。结果表明,土壤粒径在不同土地利用方式下存在显著差异,其中撂荒草地以砂粒为主,农田、人工乔木林、人工灌木林和次生林以粉粒为主;次生林、人工乔木林黏粒体积分数最大,且显著大于其他土地利用类型,撂荒草地最小;次生林、人工乔木林、人工灌木林粉粒体积分数最大,且显著大于农田与撂荒草地;砂粒体积分数则与粉粒相反。土壤分形维数的大小依次为撂荒草地＜农田＜人工灌木林＜次生林＜人工乔木林;土壤分形维数与土壤黏粒含量、粉粒含量均呈显著正相关,与土壤砂粒含量呈显著负相关。     

沂蒙山林区不同植物群落下土壤颗粒分形特征

运用土壤物理学和分形学原理与方法,研究了沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成与分形特征。结果表明:1)研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型粗骨土的结构特征,各种植物群落的土壤中以粗砂粒含量最高,细砂粒含量次之,而石砾含量和粉黏粒含量较低;2)防护林群落具有显著地改善土壤颗粒组成和提高土壤颗粒分形维数的作用,其作用程度为针阔叶(赤松+麻栎)混交林依次高于阔叶林(刺槐纯林、麻栎纯林)和针叶林(赤松纯林);3)土壤颗粒分形维数与土壤中粉黏粒(粉粒及黏粒)含量呈极显著正相关,与细砂粒和粗砂粒含量呈显著的负相关,而与石砾含量的相关性不显著。研究成果可为沂蒙山区水土保持植被类型的合理选择与配置提供参考。     

荆条灌丛下不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征

通过野外调查取样与室内分析相结合的方法,研究了太行山地区荆条灌丛下,不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征。结果表明,试验地土壤以粉砂壤土为主,土壤粘粒含量较少;荆条灌丛冠幅内林木幼苗根周土壤粘粒与粉粒体积百分比高于冠幅外,砂粒体积百分比则低于冠幅外。栓皮栎幼苗根周土壤分形维数值侧柏幼苗根周土壤分形维数值,荆条灌丛冠幅内外不同林木幼苗土壤的分形维数差异显著。土壤颗粒分形维数与砂粒(50~2 000μm)显著负相关,与粘粒(2μm)和粉粒(2~50μm)显著正相关,与土壤有机质、全氮含量为显著的线性正相关关系,与速效磷含量相关性不明显。     

分形理论及其在林业中的应用与研究进展

简要介绍了分形的基本概念及其发展史,综述和分析了分形理论在土壤性质、生态学、林火初期蔓延、树木动态过程分析、木材科学及工艺、冠层结构特征描述、林业遥感图像中的纹理分析、植物形态模拟、树木特征数据库的建立等多方面的应用。     

乌兰布和沙漠梭梭—甘草人工治沙植被群落表土粒度特征研究

文章通过对乌兰布和沙漠人工植被区不同建植年份内不同植被覆盖度的梭梭(Haloxylon ammodendron)—甘草(Glycyrrhiza uralensis)植物群落的地表颗粒粒度特征的研究,探讨不同建植年份以及不同植被覆盖度群落地表土壤风蚀粗粒化差异及特征,揭示沙区梭梭—甘草群落配置模式的植被治沙效果,结果表明:①低盖度(20%)梭梭—甘草人工植被群落地表土壤粒度随建植年份增加其组分变化不显著,中高盖度(20%)梭梭—甘草人工植被群落地表土壤粒度随建植年份增加粉沙黏土组分含量显著增加。显然,中高盖度梭梭—甘草群落对沙化地表阻沙固尘能力显著,显著增强地表抗风蚀性。②土壤中细小颗粒(如黏粒、粉粒)的数量与颗粒的分形维数值呈正比关系,细小颗粒数量随分形维数值的增加而增多,同时分形维数值越大,其颗粒的平均粒径、偏度数值就会越小。     

铀尾矿库茅草植物根系发育的分形特征

研究了非线性科学中的分形几何理论,并将其应用到植物根系发育的结构上,对铀尾矿库上采集的茅草（Lemongrass）植物根系分形特征进行了研究。用FractalFox软件计算了植物根系的分形维数,结果发现：这种植物根系分维数都介于1．3305～1．5214之间,说明这种植物根系分形特征明显。实验中还发现生长在水环境旁的根系分维数明显高于在干燥环境下的根系分维数,说明湿润的环境能促进植物根系发育。     

毛乌素沙地油蒿植冠下表层土壤粒径特征分析

为探索毛乌素沙地油蒿植冠下表层土壤结构与土壤稳定性的关系,分析了油蒿植冠微环境下土壤粒径特征及其相关因素。研究表明:油蒿植冠下表层土壤机械组成以砂粒为主,占总质量的81.51%,其次是粉粒,占16.66%,粘粒含量最少,占1.83%,有机质平均含量4.52 g/kg,总氮平均含量0.19 g/kg,受油蒿植株形态结构特征等因素影响,油蒿植冠下表层土壤不同方向、同一方向不同距离处土壤颗粒组成及养分状况存在差异;油蒿植冠下表层土壤颗粒分形维数介于1.694至1.876之间,土壤分形维数与土壤粘粒含量呈显著正相关(p0.05),与砂粒、粉粒的相关性不显著,与土壤有机质、总氮含量呈显著负相关(p0.05)。土壤微团聚体作为土壤结构的颗粒单元,其含量及组成与土壤抗侵蚀性密切相关,在对油蒿群落进行恢复重建过程中,要充分考虑油蒿植冠微环境下表层土壤粒径特征。     

分形理论及其在林业科学中的应用*

概述了分形理论,并综述了该理论在森林土壤、森林气象、森林火灾、植被景观格局、树木结构、木材科学及工艺、林业遥感图像中的纹理分析等方面的应用现状。     

家具的分形研究进展与应用

分形理论经过几十年的发展,现已成为当今世界十分重要的新兴理论.在阐述分形理论的基础上,把分形几何、分形艺术与家具的设计研究联系在一起,进一步探讨他们之间的发展、应用前景及研究的意义.     

分形理论在木材科学与工艺学中的应用

分莆是一种新兴的基础理论,将在成为木材科学研究的有效手段之一,本文阐述了分形理论的基本概念、原理和应用,着重介绍分形在木材解剖学、木材物理力学和加工过程中的应用前景。     

木材密度曲线的分形分析

本文对银杏（Ｇｉｎｋｇｏ ｂｉｌｏｂａ Ｌ．）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。     

关于植物根系形态分布研究进展与新方法探讨

根系是影响植物生长的重要组成部分,同时根系对浅层边坡加固具有重要作用。根系结构是一个具有自相似特征的非规整复杂形体,欧氏几何中难以定量测量,将分形理论应用于根系结构中,能很好的定量描述根系结构形态。本文分析植物根系护坡和分形理论在植物根系中应用这两个领域国内外研究成果。在此基础上提出,基于L-系统理论构建植物根系形态模型,利用有限元软件数值模拟根系模型与土共同作用对边坡稳定性影响的思路。     

A Study of Science and Technology Support System for Multifunctional Forestry

Based on the analysis on existing problems in China's forestry science & technology support system and in view of the requirements of multifunctional forestry development for science & technology support, the paper constructed a science & technology support framework for multifunctional forestry, comprising technology innovation, achievements transfer, extension and application, and policy guarantee. Major countermeasures were proposed to consolidate the science & technology support to multifunctional fores...     

Soil fractal features of typical forest stands in Jinyun Mountain, Chongqing City, Southwest China

In order to explore the forest soil physical property in the Three Gorges Reservoir areas, the fractal theory was adopted to study the soil fractal features of the four typical forest stands (mixed Pinus massoniana-broadleaf forests, evergreen broadleaved forests, Phyllostachys pubescens forests and evergreen broadleaved shrub forests) in Jinyun Mountain, Chongqing City, and they were compared with arable land. It has been proposed that the model can be used for the analysis of the relationship between the fractal dimensions and the properties of forest soil. The impacts of fractal dimensions on the soil properties were analyzed with the elasticity analysis and marginal yield analysis. Results showed that the fractal dimension of particle size distribution (PSD), the micro-aggregate size distribution (ASD) and the soil pore size distribution (SPD) can be used as the indices to evaluate the soil structure. In the typical stands of Jinyun Mountain, the fractal dimension of PSD is 2.7–2.9, the ASD is 2.5–2.8, and the SPD is 2.3–2.8. The soil structure of evergreen broadleaved shrub forests performed best in PSD, ASD and SPD, and the soil of P. pubescens forests is the worst. There were some relationships among the PSD, ASD, SPD and some soil properties in the different forests and farmland. The related coefficients are over 0.5. Based on the elasticity analysis and marginal yield analysis, the effect of PSD was more than those of ASD and SPD. Obviously, the further study on the fractal theory application in soil structure and soil properties has important significance. __________ Translated from Science of Soil and Water Conservation, 2006, 4(4): 39–46 [译自: 中国水土保持科学]     

Application of fractal theory in assessing soil aggregates in Indian tropical ecosystems

Soil aggregation varies according to climatic and management factors, and is difficult to measure because of irregular shapes and sizes of soil aggregates. We applied fractal theory to assess soil aggregation as affected by (1) land use change from forest to savanna, (2) nutrient additions in forest, ecotone, and savanna ecosystems, and (3) tillage practice and residue treatments in an agro-ecosystem. We used fractal dimensions nonlinear (Dnon-lin) and linear (Dlin) based on number of aggregates (N) and mass of aggregates (M) (the range of values were 2.6 2.89 and 2.69 3.41, respectively) to capture the variations in the sizesof soil aggregates due to land use and treatments/management in these ecosystems. The variation in the values of nonlinear fractal dimension based on mass (DMnon-lin) was smaller in forest and savanna ecosystems with and without nutrient additions, while the variation was wider inagro-ecosystems with different management practices. Linear fractal dimensions based on number (DNlin) and mass (DMlin) of aggregates varied marginally in these ecosystems and did not capture the variations insoil aggregates well. The variations in nonlinear fractal dimension indicate that continued nitrogen loading in forest accelerates the formation of macroaggregates, whereas in savanna the situation was reversed. The values of nonlinear fractal dimensions did not show significant change after 6 years of nutrient additions in the ecotone; reflecting a buffering mechanism of this system in soil aggregate formation. On the basis of non-linear fractal dimension values, we conclude that residue retention and minimum tillage are appropriate for proper maintenance of soil aggregate stability for sustained crop production in the Indian dry land agro-ecosystems.     

杉木马褂木不同混交比例土壤团粒结构的分形特征研究

应用分形理论、弹性分析及边际分析法,建立了土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体含量、土壤结构体破坏率之间的回归模型,研究不同杉木、马褂木造林模式的土壤团粒结构分形维数对林地土壤结构性质变化影响的效应。结果表明:土壤>0.25 mm的团聚体及水稳性团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤结构越好,在不同杉木、马褂木造林模式中,以杉木和马褂木混交比例(3∶1)的土壤结构性最好;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。土壤团粒结构分形维数对土体性质的变化产生较大的效应,为林地土壤科学管理提供了理论依据。