高寒草原不同退化阶段土壤颗粒分形特征

土壤分形维数能够很好地反映土壤结构及土壤养分特征。利用杨培岭的土壤分形模型对巴音布鲁克高寒草原4种不同退化阶段(未退化CK、轻度、中度和重度)土壤分形维数变化进行了研究,探讨了土壤分形维数与土壤颗粒含量、土壤理化性质及其与草地退化的关系。结果表明：(1)土壤分形维数随退化程度的加重其值增大,分形维数在2.573~2.635。(2)土壤分形维数与不同粒径土壤颗粒含量之间存在明显的相关关系,其中土壤分形维数与砂粒含量呈极显著负相关(p=0.01),与粉粒含量呈显著正相关(p <0.05),与黏粒含量呈极显著正相关(p <0.0001)。(3)土壤分形维数与有机质含量和全氮含量呈显著负相关,与容重呈显著正相关,与土壤退化指数呈负相关(但不显著)。(4)适度放牧有利于提升土壤质量,但不能超过阈值。     

不同风沙土壤颗粒的分形特征

应用土壤颗粒的重量与粒径分布原理来描述了古尔班通古特沙漠地风沙土壤颗粒的分形特征。通过对10种样品颗粒的机械组成进行分析,分别计算出了它们的分形维数(D=2.3237～2.9347),并分析了其与流动风沙土、半固定风沙土和固定风沙土之间的关系。分析结果表明,风沙土壤结构具有明显的分形特征,其粒径分布分形维数为2～3。土粒表面分形维数与2～0.2mm间的土粒含量存在显著的负相关;而与0.02～0.002mm和<0.002mm的颗粒含量存在显著的正相关,表现为随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其土粒表面的平均分形维数呈依次增高。土粒表面分形维数与三种典型风沙土壤有机质含量为极显著正相关,而与其硬度为显著负相关。     

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究.结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性.不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p＜0.01).土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p＜0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p＜0.01),其中与黏粒含量关系最为密切.耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响.与50 ～ 500年水稻土相比,700 ～ 2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高.     

不同耕作条件下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响因素研究

为了研究耕作措施对双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响, 采用CO₂分析仪、静态箱 气相色谱法在陇中黄土高原半干旱区对传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作+秸秆还田4种耕作措施下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体(CO₂、N₂O和CH₄)的排放及影响因素进行了连续测定和分析。结果表明: 测定期内4种耕作措施下农田土壤均表现为CO₂源、N₂O源和CH₄净吸收汇; 除传统耕作不覆盖措施, 其他3种耕作措施不同程度地减少了2种轮作序列土壤的N₂O排放通量, 并显著增加了土壤对CH4的吸收。CO₂和N₂O的排放通量分别与地表、地下5 cm处、地下10 cm处的土壤温度呈极显著和显著正相关关系, 相关系数分别为0.92^**和0.89^**、0.95^**和0.91^**、0.77^*和0.62^*; 而CH₄吸收通量与不同地层的温度之间无明显的相关关系; CO₂和CH₄的通量与0~5 cm、5~10 cm的土壤含水量均呈显著正相关关系, 相关系数分别为0.69^*和0.72^*、0.77^*和0.64^*, 而与10~30 cm土壤含水量无明显相关关系; N₂O排放通量与各层次的土壤含水量之间均呈不显著负相关关系。对2种轮作序列各处理下土壤中排放的3种温室气体的增温潜势计算综合得出: 4种耕作措施中, 免耕不覆盖处理可相对减少土壤温室气体的排放量, 进而降低温室效应。     

耕层土壤颗粒表面的分形特征研究

通过对31个土壤样品的测定,研究了不同质地耕层土壤颗粒表面的分形维数(D),结果表明D介于2.7060~2.9968之间,并且同一质地类型的土壤分形维数D差异不大,但有随土壤质地由紧砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土到轻粘土,分形维数D呈递增趋势。统计分析结果表明:土壤颗粒表面的分形维数D与10个粒级颗粒含量之间存在极显著的线性回归关系;4个粒级对分形维数D的直接贡献由大到小依次为:粘粒>细粉>粗粉>中粉,无论哪一个粒级的颗粒含量增加,通过其它三个粒级的颗粒含量的间接效应都将使分形维数D增大;土壤有机质、土壤阳离子交换量分别与D有极显著正相关,可以用O M=-229.1113+86.5400D和CEC=-84.6456+32.1086D的直线回归方程来描述它们间的数量关系。     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

云南宣威市烟田耕作层土壤颗粒分形特征研究

在宣威市烟田耕作层土壤属性数据的基础上,研究了土壤颗粒分形维数与土壤机械组成、土壤质地和土壤养分间的关系,建立了植烟土壤颗粒分形维数的预测函数。结果表明:除了1.0 mm颗粒含量外,土壤颗粒分形维数与低于一定粒径的颗粒含量呈极显著正相关,且测定的粒径越小,直线斜率和相关系数越大,这表明随着土粒直径减小,分形维数增加。土壤颗粒分形维数重点反映黏粒含量,其次是粉粒含量。宣威市植烟土壤质地以壤土为主,适合优质烟的种植,土壤颗粒分形维数介于2.4889~3.8905之间,土壤颗粒分形维数可作为描述土壤质地的综合性定量指标,但土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与土壤颗粒分形维数的单相关性均不显著。建立的植烟土壤颗粒分形维数估算函数预测准确度和精确度高,分别为0.9714和0.9617,且相对误差较低(-0.8236%~0.8208%),能很好地用于模拟植烟土壤分形维数。     

南方红壤丘陵区水土流失现状与综合治理对策

  目的  探究红壤丘陵区不同林分林下土壤颗粒粒级分布特征和土壤养分含量,为该地区林分升级、土壤肥力改善和纯林可持续经营提供理论依据。  方法  以红壤丘陵区3种典型林分林下土壤作为研究对象,运用相关性分析和逐步回归分析探讨不同林分类型土壤颗粒粒级分布特征、分形维数及其与土壤养分含量的相互关系。  结果  ① 3种林分土壤质地类型主要集中在粉壤土、粉土和砂壤土,3种林分分形维数的大小为：桉树 × 红锥混交林 > 桉树纯林 > 红锥纯林。② 除土壤全磷以外,不同林分类型和土层均对土壤养分含量具有显著性影响（P < 0.05）,尤其混交林中更为明显。但两者之间的交互作用仅对有机质、全氮和全钾具有显著性影响（P < 0.05）,而对pH和全磷无显著影响。③ 土壤颗粒分形维数与黏粒含量呈极显著正相关,与土壤粉粒、有机质和全氮的含量呈显著负相关性（P < 0.05）,同时土壤颗粒分形维数与黏粒、粉粒、极细砂、全氮和全钾呈极显著线性相关性（P < 0.001）。  结论  土壤颗粒的分形特征可以在一定程度上反映不同林分类型土壤颗粒粒级分布特征及其养分含量,而混交林较纯林土壤分形维数和养分含量均高于纯林,混交林较纯林具有更优越的保水保土功能和更高的土壤肥力水平。     

黄土高原典型土壤剖面土壤颗粒组成分形特征

采集从北向南依次分布的干润砂质新成土（神木）、黄土正常新成土（延安）和土垫旱耕人为土（杨陵）等典型土壤剖面0～200 cm土层土样,通过测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期阐明黄土高原典型土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,从南到北,土壤颗粒体积分形维数呈下降趋势,而不同土层土壤颗粒体积分形维数差异不显著。土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土表层（0～10 cm）颗粒体积分形维数分别为2.723±0.024、2.609±0.077和2.589±0.025,表层以下（10～200 cm）颗粒平均体积分形维数分别为2.729±0.034、2.584±0.054和2.558±0.034;颗粒体积分形维数与＜0.01 mm的物理性黏粒及＜0.002 mm的黏粒体积百分含量呈极显著正相关关系,与0.002～0.05 mm的粉粒和＞0.05 mm的砂粒体积百分含量呈极显著负相关关系,与粉粒的显著性较小,而土壤中物理性黏粒体积百分含量与土壤全氮、有机碳及矿物固定态铵均达到极显著正相关关系,而砂粒体积百分含量与上述土壤基本性质均呈极显著负相关关系。     

不同灌溉方式下耕作土壤的分形特征研究

通过对西安北郊污灌区耕地土壤与正常耕地土壤粒径分布的分形维数分析,结果表明:土壤颗粒表面分形维数D与粒径<0.002mm颗粒的百分含量呈极显著正相关。污灌土壤的分形维数大于正常土壤,其值2.7448～2.8449之间,平均2.785。而正常土壤在2.7253～2.7746之间,平均2.755。这表明污水灌溉对土壤粒度分布和结构有重要影响,增大了土壤粒径<0.002mm颗粒的百分含量,进而影响到土壤粒径的分形分维。     

喀斯特植被恢复过程中的土壤分形特征

基于粒径的重量分布表征分形维数的计算方法,对喀斯特山区植被恢复过程中的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布的分形维数进行研究,并分析其与土壤理化性质的关系。结果表明,随着植被的不断恢复,>0.25mm水稳性团聚体不断增多,土壤结构不断改善;土壤颗粒分形维数除与土壤水解氮呈显著正相关外(P<0.05),与其他因子的相关性较小,均未达显著性水平;土壤微团聚体和水稳性团聚体分形维数与有机质和全氮、水解氮呈显著负相关,与结构体破坏率呈显著正相关。土壤微团聚体及水稳性团聚体分形维数能较好地反映植被恢复过程中土壤理化性质的演变,可以作为定量评价喀斯特植被恢复过程中土壤结构演变的指标;坡耕地的土壤结构最差,退耕还林有利于喀斯特山区水土保持。     

农田土壤颗粒尺寸分布分维及颗粒体积分数的空间变异性

盐渍土膜下滴灌过程中的土壤理化性质存在空间变异性,对灌溉管理有一定影响。该文根据3个不同尺度下土壤采样及颗粒尺寸分布（PSD）测定结果,探讨了土壤PSD分维和颗粒体积分数之间的定量关系,分析了各尺度和综合尺度下土壤PSD分维和颗粒体积分数的经典统计特征和地质统计特征,根据颗粒体积分数的半方差函数计算了不同尺度颗粒体积分数的分形维,并做出了等值线图。研究表明,土壤PSD分维与黏粒的体积分数呈正相关关系,黏粒体积分数增大引起PSD分维增加的原因在于细颗粒的比表面积比粗颗粒的大;各尺度土壤PSD分维及颗粒体积分数均无强变异特征;不同尺度下土壤PSD分形维的半方差函数中块金和基台值均非常低;50 m尺度土壤PSD分维和黏粒体积分数的等值线图具有类似的集中度和走势,而砂粒体积分数和粉粒体积分数则具有相反的集中度和走势。该研究说明土壤PSD分维和颗粒体积分数都有一定的尺度依赖性。     

土壤分形特征与土壤肥力关系研究——以皖南地区水稻土为例

在安徽土壤普查数据的基础上，对皖南地区水稻土的分形特征进行了研究，结果表明：（1）该地区水稻土的分形维数D介于2．6717～2．9117之间，D分别与国际制粗砂粒和细砂粒含量呈明显的负相关，与粉砂粒和粘粒含量呈显著的正相关，其中与粘粒的相关关系达到极显著水平。（2）用分形维数代替土壤颗粒组成来研究土壤肥力特性，结果表明它可以较好地作为水稻土肥力特性的定量化指标。     

金沙江干热河谷区退化土壤结构的分形特征研究

分形理论是近年来兴起的一种新的研究工具。分析结果表明 :土壤粒径分布的分形维数能客观地反映退化土壤的结构状况和退化程度 ,可作为退化土壤结构评价的一项综合性定量指标。退化土壤的分形维数与土壤颗粒组成和微团聚体组成之间存在着明显的相关性。土壤中 <0 .0 0 1mm粘粒含量越高 ,>0 .2 5 mm团粒含量越低 ,则分形维数越高 ,结构性越差。对于同一土壤退化系列 ,分形维数越高 ,土壤退化越严重。     

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。     

Comparison of fractal dimensions of soils estimated from adsorption isotherms,mercury intrusion,and particle size distribution

The values of the surface fractal dimensions were determined for several samples of Cambisols and Luvisols from analysis of nitrogen and water vapor adsorption isotherms and from mercury intrusion data. Moreover, the values of fractal dimension characterizing the particle size distributions of soil samples were calculated by using a number‐based method. For almost all investigated soils the values of the surface fractal dimension, obtained from water vapor isotherms were lower than those obtained from nitrogen isotherms. Largest were the surface fractal dimensions evaluated form mercury intrusion data. No significant correlations between different kinds of surface fractal dimensions were found, and the reasons of this finding are discussed. However, the values of the surface fractal dimensions calculated from mercury intrusion data correlate with those characterizing the texture of soils. The paper also reports on correlations between of the values of surface area, fractal dimensions and some selected physico‐chemical characteristics of soils.     

树儿梁小流域坝地土壤颗粒的分形特征

土壤颗粒的分形维数是重要的土壤物理特性,为研究坝地土壤颗粒分形维数的内涵和利用土壤颗粒的分形维数来描述与土壤性质的关系,本研究计算了树儿梁小流域坝地土壤颗粒的分形维数,并分析了分形维数与各粒级组成及其土壤养分的关系.结果表明:树儿梁坝地土壤颗粒的分形维数随土壤黏粒的增加而增大,坝前、坝中、坝尾土壤颗粒的分形维数分别为2...     

沙漠非饱和风沙土壤水分特征曲线预测的分形模型

应用VanGenuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了沙漠风沙非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对古尔班通古特沙漠地9种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其分形维数呈逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了古尔班通古特沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。