丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的粒径特征及土壤颗粒分形维数

选取丹江鹦鹉沟流域78个不同土壤剖面,应用分形理论研究不同土地利用类型的土壤颗粒分形特征和空间变异性以及与土壤养分的相关关系.结果表明:(1)研究区的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,粉粒含量百分比在45.41％～66.19％之间,粘粒含量和极粗砂粒含量相对较低.(2)小流域土壤颗粒的分形维数不能用半方差模型和Kriging插值来模拟.表层土壤颗粒分形维数受土壤侵蚀影响较大.(3)陡坡以下,土层较厚且质量较好的地块往往被用作农地,致使相同坡度下,土壤颗粒分形维数表现为农地＞林草地.(4)分形维数与不同粒级含量的相关性具有明显差异,其中,分形维数与粉粘粒含量呈显著线性正相关,与细砂粒、中粗砂粒和极粗砂粒含量呈线性负相关.(5)农地和草地0-10 cm土壤颗粒的分形维数随坡度的增加呈降低趋势,但坡度对林地的分形维数影响很小.(6)分形维数在4个土层均与土壤含水量呈显著正相关,在0-10 cm与有机质含量呈显著负相关.     

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...     

成都平原土壤颗粒分形特征及应用

采用分形模型研究了成都平原土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤性状间的关系。结果表明成都平原土壤颗粒分形维数(0￣40cm)介于2.903￣3.005之间。在水平方向上东北方的中江县最大,西南方向的温江区和双流县次之,北方的绵竹市最小。土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好的指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量。分形维数的变化能很好的表征平原区土壤化学、物理性状的变化趋势,可以作为评价土壤结构、土壤肥力诊断的一个综合指标。     

广元市不同土地利用类型土壤的分形特征

以8个植被类型、2个农地和2个退耕地的土壤颗粒组成数据为基础，运用分形模型计算这12个土地利用类型土壤颗粒的分形维数，研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明：（1）12个土地利用类型表层土壤颗粒的分形维数介于2．8185～2．9249之间。与退耕地和玉米地相比，各林地土壤颗粒分形维数小；与1990年的2．8633相比，2006年土壤颗粒分形维数（2．8592）减小；各团聚体分形维数规律不明显。（2）决定土壤颗粒分形维数大小的首先是〈o．002mm的含量，其次是0．05～0．25mm和0．0020．02mm的含量；决定团聚体分形维数大小的粒级含量由大到小的顺序是：2～5mm，0．5～1mm和1～2mm，其余粒级含量对分形维数影响较小。（3）土壤颗粒分形维数与团聚体分形维数可作为侵蚀指标，前者与土壤可蚀性因子相关关系显著，后者也可作为渗透蓄水指标。（4）在坡耕地基础上的退耕地比生态退化后的营林地具有更有利于水土保持的土壤分形特征。     

土壤颗粒的分形特征及其应用

本文应用土壤颗粒的质量分布原理来描述土壤颗粒的分形特征。通过对10种土壤颗粒的机械组成进行分析,分别计算出它们的分形维数（D=2.489～2.896）,并分析了其与土壤质地之间的关系。同时对土壤颗粒分形维数与所对应土壤的幂函数型水分特征曲线的拟合分形维数进行比较分析,建立了二者之间的相关关系。结果表明:分形维数的大小反映了土壤质地中粘粒、粉粒和砂粒含量的变化,随粘粒含量的增多分形维数增大,随砂粒含量的增多分形维数减小;同时土壤颗粒分形维数与所对应的水分特征曲线的拟合分形维数呈现出良好的一致性,因而对所研究的土壤而言,可应用土壤颗粒的质量分形维数结合幂函数模型来估算土壤水分特性曲线。     

土地利用方式对雅江中游土壤理化性质及 颗粒分形特征的影响

采取野外调查和室内试验相结合方法,分析了雅江中游4种土地利用方式基本理化性质,并运用土壤颗粒体积分形维数模型研究了不同土地利用方式土壤颗粒分形特征及与土壤粒径、性状关系。结果表明:(1)不同土地利用方式0~30 cm土壤理化性质差异显著(P0.05),土壤容重表现为稀疏灌丛农耕地荒草地人工林地,随着土壤层次增加,土壤容重呈增大趋势。总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水率、毛管持水率均与容重规律相反;(2)4种土地利用方式主要以粉粒、砂粒为主,黏粒含量仅占到0.36%~4.27%,土壤质地偏砂性;(3)0~30 cm土壤颗粒体积分形维数平均值的顺序为:农耕地荒草地人工林地稀疏灌丛。人工林地具有较好的土壤结构,相对疏松、通透性好。而稀疏灌丛受到砾石影响,分形维数最小,但在保水保肥能力上最弱;(4)土壤颗粒体积分形维数与砂粒体积百分含量呈极显著负相关(r=–0.873,P0.01);与粉粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.860,P0.01);与黏粒体积百分含量呈极显著正相关(r=0.913,P0.01)。这表明,一定程度上,研究区分形维数可作为评估水土流失的指标;(5)土壤颗粒体积分形维数与各土壤单一物理性质具有不同程度相关性,其中与总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水量、毛管含水量均为正相关关系,而与容重、有机质呈负相关关系。     

三峡库区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

采集三峡库区忠县石宝寨4种不同土地利用类型土壤剖面0-40cm土层3个层次12个土壤样品,通过计算和测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期说明三峡库区中性紫色土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,研究区中性紫色土土壤剖面（0-40cm）土壤颗粒体积分形维数D值介于2.638～2.674之间。随土层深度的增加D值总体呈增加趋势,不同土地利用类型之间的D值存在差异,表现为林地〈果园〈菜地〈水田;D值与土壤粘粒（〈0.002mm）体积百分含量呈极显著正相关关系（P〈0.01）,与土壤粉粒（0.002～0.05mm）体积百分含量的相关性不强,而与砂粒（〉0.05mm）体积百分含量呈极显著负相关关系（P〈0.01）;D值与土壤有机质、全氮、全磷含量不存在显著相关性。     

丹江典型小流域土壤有效铜分布规律

[目的]研究丹江中游典型小流域土壤有效铜在不同土层深度、土地利用类型以及地形地貌因子下的分布规律,以期为该流域土地管理提供科学依据。[方法]应用地统计学和空间分析的方法对流域野外采样数据进行分析。[结果](1)取样区土壤有效铜均值为0.743mg/kg,土壤有效铜含量随土层深度的增加而降低;(2)不同土地利用类型下土壤有效铜含量在0.289~2.043mg/kg之间且土壤有效铜含量总体处于较低范围;(3)不同土壤深度下土壤有效铜含量均与海拔呈负相关,而与坡度无相关性。[结论]结构性因素导致土壤有效铜分布呈现出强的空间依赖性;而施肥状况、耕作措施、种植制度等各类人为活动的影响又使得随机性因素增加,最终使得研究区域内土壤有效铜含量总体上呈带状分布格局。     

土壤薄片中石英颗粒分布的分形特征

土壤中石英颗粒的粒度分布对揭示母质来源和模拟土壤结构等具有重要意义。本文根据石英的光学性质,利用数字图像处理技术提取土壤薄片中的石英颗粒信息,并应用分形维数来表征土壤薄片中石英颗粒的分布特征。采集免耕和翻耕处理下土壤样品并制作成土壤薄片,利用偏光显微镜和数字图像处理技术提取土壤薄片中石英颗粒,应用Sigma ScanPro5软件统计了石英颗粒的数量、大小和形状等信息,研究土壤薄片中石英颗粒的数量分形特征;并分析了其同石英颗粒数量、面积和平均半径等的关系。结果表明石英颗粒的数量分布具有明显的分形特征,分形维数在1.60～2.18之间,分形维数同薄片中石英颗粒的总面积和平均半径呈负相关。免耕处理下表层土壤石英颗粒的数量分形维数高于底层,而翻耕处理下则呈相反的趋势。免耕和翻耕措施下土壤薄片中石英颗粒的数量分形维数在0～5和10～15cm层次之间没有显著差异,但是在20～25cm层次,翻耕处理分形维数高于免耕处理,说明耕作措施会加速土壤矿物质的风化和破碎并改变石英颗粒在土壤剖面中的分布。     

汉中荒草地整治后耕作层土壤颗粒分形特征

运用分形模型,结合野外调查和室内试验分析汉中市荒草地整治后耕作层土壤颗粒分形特征,探讨土壤颗粒分形维数与土壤质地、粒径组成以及养分含量的关系,建立整治后耕作层土壤分形维数预测函数。结果表明:(1)整治后土壤颗粒分形维数D介于2.55~2.95之间,均值为2.77,标准差为0.134,土壤颗粒分形维数与土壤质地有一定的关系,表现为土壤质地越细,分形维数越大。(2)土壤颗粒分形维数主要是由黏粒含量决定,分形维数与黏粒含量呈显著线性正相关(R2=0.978 0);利用分形维数与土壤黏粒(≤0.002mm)建立的预测模型精确度高(R2=0.982 7),能够很好的预测土壤颗粒分形维数。(3)土壤分形维数与土壤全氮、有效磷和有机质含量的相关关系分别为0.914,0.580,0.513,分形维数与全氮、有效磷、速效钾含量均呈显著正相关关系,分形维数可作为衡量土壤肥力状况的有效指标。研究结论表明土壤分形维数D能够很好的表征土壤质地、粒径组成以及土壤养分状况,可为土地整治工程开展后土壤质量评价以及土地资源的永续利用提供一定的参考。     

丹江鹦鹉沟小流域土壤侵蚀和养分损失定量分析

小流域土壤侵蚀量和养分损失量的定量研究可为南水北调水源区的生态保护、水土保持和生态补偿提供重要的依据.该文在地理信息技术(geographic information system,GIS)的支持下,应用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)估算了丹江鹦鹉沟流域的土壤侵蚀量和养分损失量,并进行了土壤侵蚀强度分级.结果表明,流域的年均土壤侵蚀模数为3140 t/km2,侵蚀强度为中度.其中强度侵蚀以上的土地面积占流域总面积的24.1%,侵蚀量为4573.0 t,却占年侵蚀总量的84.8%,其主要是坡度较大的坡耕地,是流域需要重点治理的区域.不同土地利用类型的土壤侵蚀量差异较大,林地、草地和农地的年均土壤侵蚀模数分别为509.7、1511.8和4606.5 t/km2.林草地年侵蚀量较小,农地土壤侵蚀量占流域总侵蚀量的95.3%.坡度每增加5°,不同土地利用的土壤侵蚀模数增加量比坡长每增加5 m的增加量要大1~2倍.研究区表土流失造成的全氮、全磷和有机质损失量分别为3.81、3.52和101.45 t,其中农地的养分损失量最为严重.流域泥沙中全氮、全磷和有机质的年均流失模数分别为1.01、0.75和38.43 t/(km2×a).该研究可为水源区水土流失和非点源污染治理以及清洁小流域建设提供科学依据.     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

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。     

北江干流河岸带不同植被类型土壤粒径分形特征

结合野外调查与室内试验,以北江干流河岸带竹林、桉树林、混交林和草地土壤为对象,对比分析了不同植被类型土壤的颗粒组成与分形维数(D)特征及其与其他土壤理化性质的相关性。结果表明:北江干流河岸带土壤结构良好(D=2.79),质地均一,粒径分布均匀(粉粒、砂粒、黏粒百分比分别为40.66%,36.59%,22.75%),但随粒级增大,空间变异增强;D值与土壤颗粒组成显著相关,随黏粒和粉粒含量升高、砂粒含量降低,D值升高;不同植被类型土壤分形与颗粒组成差异明显,其中砂粒含量表现为竹林混交林草地桉树林,D值、粉粒和黏粒含量均表现为桉树林草地混交林竹林,竹林和桉树林对土壤结构的影响差异有显著(p0.05),其他植被类型影响差异不显著;D值、黏粒含量均与硝态氮(NO-3-N)和全磷(TP)含量分别呈显著负相关和显著正相关(p0.05)关系,土壤砂粒含量与含水量(SM)呈显著负相关(p0.05),土壤粉粒含量只与SM呈显著正相关,另外,D值、砂粒、粉粒和黏粒含量与总有机碳(TOC)和全氮(TN)的相关性均不显著。河岸带土壤受多种因素影响,其土壤理化性质间的相互关系与其他景观差异明显。     

伏牛山区迎河小流域不同土地利用类型的土壤粒径分布特征

为探讨伏牛山区坡耕地土壤物理性能的退化特征,在河南省鲁山县迎河小流域,利用激光粒度仪和土壤分形模型,比较分析了4种土地利用类型的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征.研究结果表明:1)土壤PSD简单分维(Dv)以乔木林地最高(2.658),坡耕地最低(2.489),多重分维(容量维D0、信息维D1、关联维D2)以乔木林地最高(0.941、0.926、0.91),坡耕地最低(0.927、0.899、0.849).不同分形参数均表现为:坡耕地＜灌草坡地和水平梯田＜乔木林地;2)土壤PSD的Dv、D0、D1和D2,与黏粒和粉粒体积分数显著正相关,与砂粒体积分数显著负相关.因此,利用土壤PSD简单分形和多重分形维数,可量化表征土壤质地的粗细程度和非均匀性质的差别;坡耕地土壤质地的粗粒化程度和非均匀性明显大于其他土地利用类型;土壤细粒(黏粒和粉粒)物质流失是坡耕地土壤质地粗粒化和非均匀程度增大的重要原因.     

华北冲积平原壤质潮土的土壤粒径分形空间尺度分析

土壤在一定空间尺度范围内具备分形特征已经为大多数研究所认同,然而这种空间自相似性的存在区间却容易被忽视。该文利用激光衍射法测定了华北冲积平原黄河沿岸43组壤质潮土的土壤粒径分布数据(共93个粒级),并以此为基础分析了该类土壤颗粒分形特征的存在区间及其影响因素。结果表明,该类土壤大多只是在中小粒径级别均呈现严格的分形特征,在较粗砂粒尺度上不存在空间自相似性。分形特征存在区间会随黏粒含量增加呈现变小的趋势,而级配良好的土壤的自相似性空间范围也相对较宽。土壤颗粒的分形维数会受到土壤级配的不均匀系数、部分粒径较小颗粒的含量(50μm但不包含5～20μm的颗粒)和有效粒径等的明显影响;但该分形维数与土壤容重和饱和导水率的关系却并不明显,这可能与该土壤在与结构和水力学性质关系密切的大颗粒尺度上并不具备分形特征有关。因此,研究土壤颗粒分形与土壤结构和水力学性质的关系时,应特别注意分形特征存在的空间尺度。     

鲁中山区采取不同生态修复措施时的土壤粒径分形与孔隙结构特征

 为探索水土保持生态修复工程对土壤物理性质的改良效应,运用分形学理论与方法,研究鲁中山区4种生态修复措施对土壤颗粒组成和孔隙结构的影响。结果表明:1)各种修复措施对土壤水文物理性状都有明显改善作用。具体表现在,土壤中细粒物质含量提高,砂粒含量降低,而土壤分形维数增加,孔隙数量(尤其是毛管孔隙数量明显)增多,土壤密度减小。2)4种修复措施对土壤物理性状的改善程度不同,改良作用最大的是荒坡造林,其次是疏林补植和梯田封育,最小的是荒坡封禁。3)土壤分形维数与细粒物质含量、孔隙数量、土壤密度之间都存在一定的相关性,在作为综合指标定量描述土壤水文物理性状方面具有较大研究价值。     

土壤颗粒分布体积分形维数与数量分形维数之间的关系

土壤的体积颗粒分布(PSD)可用于同时确定数量分形维数(DN)和体积分形维数(DV)。以往的试验和理论研究均未直接比较DV和DN的关系。为建立DV和DN的关系并分析其参数的敏感程度,在中国各地取了12种不同质地土壤,利用激光粒度仪进行了测定。提出了含3个参数Rupper(颗粒半径的上限),Ri(第i个半径)和Rlower(半径下限)的DV-DN理论关系,该关系可说明为什么DN可能大于3。在未调整的幂定律范围内(PLR),DV的幂定律半径为38.6～85.8μm,DN的幂定律半径为53.2～358μm,估算的DV值(2.18～2.69)比DN值(2.38～3.19)小。调整后的PLR比未调整的窄。在调整的PLRs范围内,估算的DV值变化范围为2.11～2.56,而DN变化范围为2.28～3.02。调整和未调整PLRs得出的DV和DN的差异说明,Rupper,Rlower,Ri和Rlower/Rupper均可能影响DV与DN关系,有必要进行参数的敏感性分析。进行敏感性分析可基于敏感系数(C)来鉴别DV-DN关系中各参数改变所引起的DV和DN相对变化,从而找出对该关系影响最大的参数。就不同情况下计算的C值而言,Rupper是影响DN值的最重要参数,小的Rupper值可能导致估算DN的准确度降低。PLR范围越大,DN的估算越准确。根据DV估算DN的相对误差的绝对值在12%范围内,说明得出的DV-DN理论关系是正确的。     

石羊河尾闾水面形成区土壤颗粒的分形特征

青土湖是石羊河的尾闾湖,观测分析了距青土湖水面边缘0-500m范围内的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤颗粒含量的关系。结果表明,0-20cm和20-40cm土层土壤颗粒的分形维数范围分别在2.3708~2.8796和2.3590~2.7509。在0~150m范围内,0-20cm土层土壤粒径分形维数与水面间距呈缓慢增加趋势,在150m处达到最大(2.8796),随后逐渐降低而20-40cm土层在0~100m范围内呈缓慢增加趋势,在100m处分形维数达到最大(2.7509)土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势,且与大于0.05mm粒径含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。小于0.05mm粒径物质含量的增加和>0.05mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在水面形成150m范围内的增大,说明水面形成对土壤粒径的影响范围在0~150m。     

红壤丘陵区不同植被类型土壤颗粒分形与水分物理特征

为探明红壤丘陵区不同植被对土壤分形结构及水分物理特征的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文物理学原理与方法,以南方红壤丘陵区福建省长汀县为例,研究经济林、针阔混交林、乔灌混交林及针叶林4种植被类型土壤颗粒组成、分形维数、水分物理参数及其相关性。结果表明:1)红壤丘陵区不同植被类型土壤中以粗砂粒质量含量最高,细砂粒和石砾质量含量次之,粉黏粒质量含量较低,与裸地相比,不同植被类型具有显著提高土壤细砂砾和粉黏粒质量含量的作用,并且混交林作用程度高于纯林;2)红壤丘陵区不同植被类型具有降低土壤密度、增加土壤孔隙度的功能,针阔混交林、乔灌混交林、针叶林、经济林土壤的饱和蓄水量分别是裸地的1.20、1.16、1.14和1.10倍,表土层(0～20 cm)贮水能力好于表下土层(20～40 cm);3)土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒、总孔隙度、饱和蓄水量、孔隙比呈极显著正相关,与石砾质量含量、土壤密度呈极显著负相关,红壤丘陵区4种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以混交林土壤粒径分布结构较好,尤其是以针阔混交林的最好,其次是纯林的,针叶林好于经济林,表土层(0～20 cm)大于20～40 cm土层。