漓江水陆交错带土壤粒径分形维数与水力性质

分析漓江水陆交错带土壤粒径分形维数与水力性质,为漓江流域水陆交错带土壤迁移、沉积和土壤水文循环模拟提供参考依据。以漓江5个典型水陆交错带样地为研究对象,测定土壤基本物理性质和水力参数,计算土壤粒径分形维数,基于相关分析、冗余分析和逐步回归分析探讨分形维数与水力性质的关系。结果表明,漓江水陆交错带土壤粒径主要集中在0～400μm,土壤质地偏细,黏粒含量较高;土壤粒径分布范围中体积分数占比大的颗粒占主导地位,土壤粒径主要分布在密集区域,但粒径分布稀疏区的土壤颗粒对环境因子更敏感;单重分形维数（D）、信息维（D(1)）、关联维（D(2)）、信息维/容量维（D(1)/D(0)）、谱宽（Δα）与饱和含水量、田间持水量、总孔隙度、VG模型和BC模型拟合的饱和含水量参数（VG-θs、BC-θs）呈显著负相关,与土壤容重呈显著正相关;D、D(1)、D(2)、D(1)/D(0)与土壤砂粒含量呈极显著负相关,与土壤颗粒比表面积、黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关;土壤基本物理性质可解释分形维数95.84%的变异,砂粒含量和总孔隙度是影响D值变化的主要因素,砂粒含量是影响D(1)、D(2)、D(1)/D(0)...     

陕西杨凌土壤粒径分布体积分形维数特征分析及预测

基于Mastersizer2000激光粒度仪测定的土壤颗粒体积分布信息,研究了杨凌地区土壤粒径分布体积分形维数与土壤基本物理特性之间的关系,建立了该地区土壤粒径分布体积分形维数的估算函数。结果表明,杨凌地区0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数的平均值分别为2.649 1和2.626 2;0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数都与粘粒质量分数的相关性最为显著,与砂粒质量分数的相关性次之;建立的估算函数预测精度较高,其中0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数预测值的相对误差分别介于-0.298%～0.726%和-0.179%～0.772%之间。     

紫色土小流域三种土地利用类型土壤颗粒特征

在三峡库区忠县虾子岭小流域选择林地、旱地、水田3种土地利用类型采集了63个土样,利用分形维数研究了不同土层深度的土壤颗粒特征。结果表明,紫色土剖面土壤颗粒体积分形维数在2.406~2.551之间,不同土地利用类型分形维数随土壤深度增加变化的趋势不同;土壤颗粒体积分形维数与土粒结构组成存在较强的相关性,受黏粒量影响最为显著,即土壤黏粒量(≤0.002mm)越高,分形维数越大;3种土地利用类型下,土壤颗粒体积分形维数平均值表现为水田林地旱地。3种土地利用类型之间,除0~20cm土层外其余各层土壤颗粒体积分形维数差异不显著。     

基于多重分形的土壤粒径分布与土壤物理特性关系

为阐明粒径分布与土壤物理特性之间的关系,测定了土壤颗粒组成、土壤容积密度和饱和导水率等参数,运用多重分形谱参数描述了土壤粒径分布的非均匀性,探讨了土壤粒径分布多重分形参数与土壤容积密度、饱和导水率等参数之间的关系。结果表明：土壤粒径分布的多重分形谱参数D1/D0和Δα可以反映土壤粒径分布的非均匀程度,参数与土壤粘粒含量密切相关,当土壤非均质性较大时,土壤中粘粒含量较多,表现为土壤容积密度增大,而饱和导水率减小。因此,土壤粒径分布的多重分形参数可以作为反映土壤物理性质的指标。     

田间持水率土壤传输函数研究

基于不同土壤质地、结构、有机质含量条件下的田间持水率测定,分析了影响田间持水率的主导因素。利用多元线性、非线性模型和BP神经网络模型,建立了田间持水率与常规土壤理化性能参数间的不同传输函数。结果表明:土壤干容重、粉粒含量、黏粒含量以及土壤有机质含量等常规土壤理化性能参数对田间持水率都有较大影响;通过这些传输函数预测田间持水率都是可行的,具有较高的预测精度(相对误差小于10%),BP神经网络模型预测效果最好(相对误差3.24%)。     

黄土高原土壤粒径分形特征及其对土壤侵蚀的影响

采用单重和多重分形方法分析晋西黄土丘陵沟壑区土壤粒径分布特征、不同土地利用类型对土壤粒径分形参数的影响以及分形参数与土壤粒径分布之间的关系。结果表明:黄土高原不同地区的土壤粒径分布不同,采用激光法测定的土壤粒径分布在粉粒域和砂粒域内,需要通过优化来重新确定粘粒域、粉粒域和砂粒域3个尺度域的界线。通过测定得出研究流域内土壤粒径分布在20~100μm较为狭窄的范围内,呈现明显的非均匀性,需要采用多重分形来表述其分布特征。粉粒域维数Dsilt与粘粒和粉粒的体积分数呈极显著正相关关系(P0.01),而砂粒域维数Dsand与砂粒体积分数呈负相关关系且不显著,可以利用Dsilt预测土壤质地的变化和不同土地利用类型遭受侵蚀的程度。不同土地利用类型对土壤粘粒、粉粒、砂粒的体积分数以及粉粒域维数Dsilt、容量维数D0、信息维数D1和信息维数与容量维数的比值D1/D0有极显著影响(P0.01),对砂粒域维数Dsand有显著影响(P0.05),表明可用多重分形参数作为反映土地利用类型对土壤物理性质影响的指标。     

基于分形理论配沙对粘质盐土饱和导水率的影响研究

为研究配沙量对粘质盐土重量分布分形维数和饱和导水率的影响,明确分形维数与饱和导水率之间的关系.以黄河三角洲引黄渠道内亟须处理的淤积泥沙为改良剂,对粘质盐土进行室内和田间配沙改良.试验采用湿筛-吸管法测定土壤颗粒级配,变水头法测定饱和导水率,分析建立配沙量、分形维数和饱和导水率之间的关系方程,同时通过田间试验对室内试验进...     

岩溶山地不同用地类型表层土壤持水性能研究

采用环刀法研究了岩溶山地不同用地类型表层土壤的持水性能及其影响因素。结果表明,不同用地类型表层土壤(0~30cm)持水性能差异显著。田间持水率依次为灌丛旱地草地果园,分别为41.45%、35.66%、34.20%和34.10%,最大有效水量依次为灌丛草地果园旱地,分别为25.95%、23.23%、20.81%和20.60%。旱地土壤田间持水率稍高于草地和果园,但凋萎系数占田间持水率的比例最高,植物的有效水分和具有防洪意义的有效库容仍最低。持水性能与土壤有机质、孔隙度、毛管孔隙度和水稳性团聚体均极显著正相关。灌丛和草地持水性能较好,开垦后,土壤有机质降低,土壤密度增大,孔隙度和毛管孔隙度下降,结构恶化,从而引起持水性能和有效水分下降。     

辽东地区主要森林类型土壤持水性能研究

对辽东地区10种主要植被类型土壤的持水量、持水率和吸水速率进行研究。结果表明：在不同浸泡时间段,各植被类型土壤持水量和持水率均呈现杂木近熟林〉杂木中龄林〉杂木幼龄林〉柞树中龄林〉柞树幼龄林〉柞树近熟林〉落叶松中龄林〉落叶松幼龄林〉落叶松近熟林〉灌丛林〉荒地的规律,土壤的持水能力由土壤厚度和持水性能共同决定;土壤持水量和土壤持水率与浸泡时间的关系按照对数方程Y=a＋blogt规律变化,土壤吸水速率随浸泡时间的增长按方程Y=a＋b/t规律下降。     

基于分形理论的设施土壤水分特征曲线研究

采用现场调查取样与室内分析相结合的方法,研究了设施栽培条件下原状土壤和扰动土壤分形维数及其与水分特征曲线的关系,结果表明:在相同质地的情况下,分形维数随土壤容重的增大而增大;设施土壤水分特性曲线原状土分形维数与扰动土分形维数具有良好的线性关系;通过原状土与扰动土分形维数的关系来预测的原状土水分特征曲线在整个含水率范围内预测结果与实测值一致性较好,表明根据土壤扰动土分形维数来预测原状土水分特征曲线是可行的。     

山丘区中小河流滩地土壤物理性质及空间分布特征

为探求山丘区中小河流滩地土壤物理性质及空间分布特征,以浙江省龙游县灵山港滩地为试验对象,通过野外取样与室内测定分析,分析研究了山丘区中小河流滩地表层土壤的密度、体积质量、孔隙度、饱和含水率、颗粒组成等滩地土壤物理性质变化与空间分布特征。结果表明,河道沿线滩地土壤物理性质空间差异性显著,主要表现为:(1)从上游至下游,滩地土壤密度沿程降低,中游区段土壤体积质量最小,总孔隙度以及饱和含水率最大。(2)土壤颗粒组成以粗颗粒(粗砂,细砂)为主,在河道纵向上,随着河道坡降变缓,水流能态减小,粗颗粒质量分数降低,细颗粒(粉粒,黏粒)质量分数及土壤粒径分维值(D)增加,滩地土壤颗粒沿程细化。(3)由于水流条件及植被类型的影响,在不同滩位上,高滩处林地土壤细颗粒组质量分数及土壤粒径分维值最高,分别为36.38%和2.66,土壤粒径分维值能够反映出不同沉积环境对土壤颗粒分布的影响。     

杨凌包气带深层黄土颗粒分形特性的实验研究

通过对包气带深层黄土土壤样品颗粒组成的分析,研究了土壤颗粒体积分形维数与土壤各粒级含量的关系.同时利用实测的土壤水分特征曲线,拟合得到其分形模型中的孔隙大小分形维数,最后对颗粒体积分形维数与拟合的孔隙大小分形维数的关系进行了对比研究.结果表明:体积分形维数介于2.577～2.748之间,且随包气带层深度的增加分形维数呈减小趋势;体积分形维数与0.5～0.25 mIn、0.02～0.002 mm颗粒含量呈显著负相关,与0.25～0.05 mm、＜0.002 mm颗粒含量呈显著正相关,所建立的多元回归方程拟合的体积分形维数相对误差限为0～0.42%,具有较高的精度;同一质地的颗粒体积分形维数与土壤水分特征曲线分形模型中的孔隙大小分形维数呈良好的线性关系.     

Estimating field-measured, plant extractable water from soil properties: beyond statistical models

For effective irrigation management we need to know the water storage capacity of the soil reservoir. Though plant extractable water is best measured in the field, sometimes it is useful to estimate it. Laboratory-derived retention curves do not necessarily reflect field conditions. Statistical models to estimate plant extractable water from other soil properties are restricted by assumptions that are difficult to check, and they can look very complicated. We propose to test a physical-based model that exploits the similarity between the particle size distribution curve and the soil water retention curve. A large data set of soil properties from the USA was used. Detailed particle size fraction data enabled the construction of simulated soil water retention curves for 388 samples. The physical-based model was compared against a statistical model that was derived from a subset of the data base. The statistical model fit the data better than the physical-based model. On the other hand, the statistical model overpredicted the soil water limits of those soils that were not used in the derivation of the statistical model. The strength of the physical model is that it represents a cause and effect relationship between particle size distribution and soil water retention. Also, it is conceptually simple and requires few inputs. The physical model may be improved by considering soil structure and type of clay.     

南北方粘质土壤的水分特征研究

为了研究南北方粘质土壤的水分特征,选择北方塿土和南方红壤典型粘土,测定其持水特征和饱和导水率,采用双环入渗仪进行入渗试验。结果表明:耕作对红壤有较强的压实作用;从持水特征分析,同一吸力下红壤的含水量较高,田间持水量和凋萎系数也高于塿土,而有效水含量略低于塿土,饱和导水率却低于塿土1个数量级;从入渗特征分析,红壤的侧渗能力很强,入渗率比塿土高1个数量级,容易发生大孔隙流。该结果对南北方土壤水分运动的研究具有一定的参考价值。     

生物结皮发育对毛乌素沙地土壤粒度特征的影响

以宁夏盐池荒漠生态系统定位研究站域内藻、地衣、苔藓3种不同发育阶段生物结皮及裸沙地为研究对象,应用激光衍射粒度分析技术测定土壤粒度组成,计算分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态值和分形维数等土壤粒度特征参数,研究结果显示:研究区土壤粒度组成以砂粒为主,约占土壤颗粒体积分数的80%~95%,而粘粒、粉粒含量较少;土壤粒度分布较为集中,分选状况较差,偏度状况为极正偏度,峰态值为很尖窄、尖窄;土壤分形维数分布于2.15~2.30之间,且从大到小依次为苔藓结皮、地衣结皮、藻结皮、裸沙地。在生物结皮发育过程中,土壤粘粒、粉粒等细粒物质不断增加;粒度组成不断优化,整体呈现向均匀和对称分布演化趋势。生物结皮能够有效改良土壤结构,促进土壤发育,但速度十分缓慢。     

黄土丘陵区土壤粒径分布单重分形和多重分形特征

利用单重分形和多重分形方法定量分析黄土丘陵区土壤粒径分布(PSD)特征,同时分析土地利用方式对PSD分形参数的影响。结果表明:研究区PSD呈现出非均匀分布,具有多重分形特征,PSD多重分形谱f(α)-α为不对称的上凸曲线。容量维数D0与土壤质地相关性不明显,信息维数D1、关联维数D2和多重分形谱宽Δα均与粘粒体积分数呈极显著正相关(P<0.01)。土地利用方式对粘粒、粉粒、砂粒体积分数和Dsilt值有显著影响(P<0.01)。多重分形分析为详细描述PSD提供了精确的方法和途径。     

土壤表面不平度分形特性的图像分析方法

研究了分形几何理论和图像处理技术在土壤表面不平度分形维数计算方法中的应用。利用分形几何的相关理论针对图像预处理后的表面形貌的图像数据建立数学模型,得到可以表征土壤表面不平度的分形参数。为此,共选择了3种不同耕作方式的土壤表面作为研究对象,运用自行设计的程序进行了表面分形维数的计算。结果表明:不同类型表面的分形维数相差较大,利用分形维数能够进行土壤表面不平度的有效表征,同时能对不同类型的土壤表面进行准确分类。     

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。