退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明: 草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69～2.62.除在10～20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0～30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50 μm和>50 μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50 μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.     

希拉穆仁草原近自然恢复状态下植被-土壤响应特征

通过对内蒙古阴山北麓围封区域草原近自然状态下植被群落特征及其土壤颗粒物理特性的研究,探讨草地群落与土壤颗粒物理特性在自然风蚀条件下的特征。结果表明:(1)草地全覆盖时以羊草、赖草为优势种,当草地盖度下降为40%以下时以指示草地退化的冷蒿为优势种;且随着植被盖度的降低,草地植物群落生物量呈降低趋势,Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈现出先升高后降低的趋势;(2)草地植被覆盖度对地表土壤颗粒分形维数有显著影响(P0.05),随着盖度的降低,其地表土壤颗粒分形维数呈显著降低趋势,地表土壤颗粒粗化明显;(3)在近自然状态下,草地植被覆盖较低时,地表0—1 cm土壤颗粒粗粒化现象尤为显著,粒度累计差异达到1 mm,垂直结构上表现为由3—5 cm、1—3 cm土层至0—1 cm土层,土壤颗粒粗粒化程度加重,粗颗粒粒度累积差异分别出现在0.1、0.25、1 mm;(4)在近自然状态下,随着草地植被盖度增加,表层土壤受植物遮蔽,得到有效保护,土壤颗粒逐渐细化,容重也缓慢下降。在近自然状态下,草地及土壤环境发生有层次且多样性的变化,草地植被的斑块状变化使得希拉穆仁围封区草原在近原始状态下出现自然风蚀现象成为可能。     

封育对荒漠草原苦豆子群落土壤粒径分形特征的影响

该研究以宁夏盐池荒漠草原区苦豆子(Sophora alopecuroides)群落为研究对象,通过野外采样和实验室分析,研究了围封对苦豆子群落土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)与围栏外相比,围栏处理样地的黏粒(2μm)体积百分比含量增加,在0~10、10~20和20~40cm土层差异显著;粉粒(2~50μm)体积百分比含量在0~10cm土层显著增加;而砂粒(50~250μm)体积百分比含量减少,在0~10和10~20cm土层差异显著,围封可促使土质细粒化。(2)与围栏外相比,围栏内土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效磷含量均有所提高,其中0~10cm土层分别增加了177.70%、155.70%、60.11%、120.42%、179.40%,10~20cm土层土壤有机碳、全N、全P、速效磷含量增加比例分别为202.80%、36.50%、27.78%和s37.30%,20~40cm土层土壤养分变化不显著,说明围栏封育使土壤养分主要富集在0~20cm土层,其中0~10cm土层富集达到显著水平。(3)苦豆子群落围栏内的土壤粒径分形维数在2.64~2.69之间,围栏外的分形维数在2.59~2.64之间;与围栏外相比,围栏内土壤粒径分形维数在0~10和10~20cm土层增加显著。(4)土壤粒径分形维数与土壤粒径分布、土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效P含量均呈显著的线性关系,说明分形维数可以作为一个衡量土壤肥力、土壤结构以及退化土壤恢复程度的综合性指标。     

江河源区高寒草甸退化序列土壤粒径分布及其分形维数

江河源区高寒草甸退化日益严重,恢复治理已进行了大量工作,但收效甚微,主要是对退化机理认识不清.为阐明退化草地的形成机制,
本文以江河源区高寒草甸为对象,分析退化序列土壤粒径的分布特征、分形维数,以及分形维数与土壤侵蚀模数的关系.结果表明: 随着高寒草甸退化加剧,土壤的黏粒百分含量呈增加趋势,粉砂和极细砂呈减小趋势;退化序列土壤粒径分形维数与黏粒百分含量呈显著正相关,与极细砂和粉砂呈显著负相关;各粒级土壤侵蚀模数与分形维数呈二次函数关系,分形维数2.81为土壤侵蚀发生的阈值.以土壤粒径分形维数2.81作为草地恢复指标,选择使分形维数小于2.81的相应措施,是恢复退化草地的有力保证.     

阿拉善主要草地类型土壤有机碳特征及其影响因素

以阿拉善左旗境内贺兰山中段 (西坡 )及其山前地带主要草地类型为研究对象 ,分析了不同草地类型土壤有机碳 (SOC)的分布特征及其与气候因子、植被特征和土壤特性的关系。结果表明 :土壤有机碳含量随海拔高度的降低而逐渐降低 ,其垂直分异规律是 :山地荒漠草原沿土壤剖面依次降低 ,高山草甸、草原化荒漠和沙砾质草原化荒漠 0～ 2 0 cm与 2 0～ 40 cm土层差异不显著 ,但高于 40～ 60 cm土层。 0～ 2 0 cm和 2 0～ 40 cm土层土壤有机碳含量与年降水量、植被盖度、草地生产力、土壤含水量和<0 .0 5mm颗粒含量呈极显著正相关 ,与年均温、土壤 p H值呈极显著负相关 (P<0 .0 0 1)。偏相关分析显示 ,影响 0～ 2 0 cm土层有机碳含量最主要的因素是植被盖度、草地生产力和年降水量 ,而影响 2 0～ 40 cm土层有机碳含量的最主要因素是草地生产力和植被盖度。放牧与围封对荒漠草地土壤有机碳含量有显著影响 ,在重度放牧下 0～ 2 0 cm土壤有机碳含量明显低于轻、中度放牧处理 (P<0 .0 5) ;重度退化草地围封 3 a后土壤有机碳含量比自由放牧草地显著增加。研究区沙砾质草原化荒漠区 0～ 2 0 cm土层土壤有机碳含量在 15a持续过度放牧后下降了 2 5.2 %。     

黑土表层土壤颗粒的分形特征

基于第二次全国土壤普查结果,应用土壤颗粒的质量分布计算了36个典型剖面表层土壤颗粒的分形维数值.结果表明:土壤颗粒分形维数值D在2.5831～2.8230,其变异性极弱,且分形维数值随质地变细而增大;土壤机械组成中,砂粒(2～0.02mm)含量、粉粒(0.02～0.002mm)含量与分形维数值均呈显著负相关(P<0.05);粘粒(<0.002mm)含量与土壤分形维数值呈极显著正相关(P<0.01);分形维数值D与土壤中的有机质、全N、全P、全K含量及pH值相关性均不显著.土壤分布的分形维数可以作为反映黑土退化程度的一个综合性定量指标.     

模拟氮沉降对土壤酶活性和微生物组成的影响

氮沉降改变了草地生态系统的氮(N)素循环过程,由此带来的生态学效应已成为当前研究的热点。以乌鲁木齐周边短期围封草地为研究对象,通过模拟氮沉降实验,分析了自由放牧地和围封草地土壤酶活性和微生物组成,结合土壤养分及化学计量特征,探讨了氮沉降对短期围封草地土壤微生物组成及酶活性的影响,为该地区放牧草地的保护、恢复及管理提供理论依据。结果表明:(1)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量随围封年限的增加总体呈升高趋势,表明围封有利于提高土壤养分含量。与中国草地平均值相比,该草地土壤碳氮比(C/N)相对较高,碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)相对较低,表明该草地土壤有机质分解良好,有利于土壤碳(C)、磷(P)的释放,而土壤N素较为缺乏。(2)就不同围封年限而言,围封3年草地5-20cm层土壤真菌数量高于其它样地;围封3年草地表层土壤蔗糖酶与过氧化氢酶活性最高;围封7年草地放线菌数量最多,说明围封能够促进土壤微生物生长及酶活性的提高。(3)氮素添加对土壤真菌具有抑制作用,N5(4.6gN m^-2 a^-1)、N10(9.8gN m^-2 a^-1)处理显著增加了各样地土壤细菌数量,氮素添加对围封7年草地0-10cm层土壤放线菌无显著影响,而氮沉降显著增加了其它样地5-20cm层土壤放线菌数量,其中N5、N10处理下促进作用最明显;氮素添加对该草地土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶均具有促进作用,N5、N10处理促进作用最明显。综合分析表明,氮沉降可直接或间接影响土壤微生物及酶活性,短期围封作为一种草地管理手段,对退化草地生态系统的修复具有一定作用,并可通过改善土壤理化性质、调节养分含量及其化学计量比来加速退化草地的恢复。     

高寒草地不同径级根形态对围封年限的响应

以根径级表征根系形态结构，可以反映植物资源利用和生物量分配状况。研究高寒草地不同径级根形态，对了解地下碳分配、水分和养分吸收及生产力具有重要意义。围封被认为是防治草地退化的最有效措施之一，但目前有关围封年限对不同径级根形态影响的研究还极度缺乏，以致无法确定有利于根生态效益，即资源吸收利用能力最大化的围封年限。以位于青海省海北台站围封5、13、22、39 a的高寒草地为研究对象，季节性放牧草地为对照，探讨围封年限对不同径级根形态(包括根长、根表面积和根尖数)的影响。结果表明：在0—15 cm土层中，径级小于0.5 mm时，围封13 a的根尖数显著高于围封5 a的草地，其对应的生物量也最大；径级小于0.6 mm时，围封13 a的根长和根表面积均显著高于围封5 a和放牧草地，且其对应的生物量也达最大；径级大于0.5 mm时，各草地之间的根尖数均无差异；径级大于0.6 mm时，围封39 a的根长和根表面积均显著高于放牧草地，且其对应的生物量最大。在15—30 cm土层中，各径级下，围封5 a的根长、根表面积和根尖数均显著大于围封39 a和放牧草地，但其对应的生物量在围封13 a时达最大。土壤硝...     

贝壳堤岛3种植被类型的土壤颗粒分形及水分生态特征

运用土壤粒径质量分布原理与分形学理论,以黄河三角洲贝壳堤岛的3种植被类型为研究对象,以裸地为对照,测定分析土壤颗粒分形维数、粒径组成和水分物理参数,探讨不同植被类型的土壤颗粒分形特征及其影响因素。结果表明：贝壳砂土壤中粗砂粒含量最高;其次是细砂粒,而石砾和粉粘粒含量较低。灌木林地和草地具有降低石砾、粗砂粒,增加细砂粒和粉粘粒含量的作用。不同植被类型土壤颗粒分形维数均值在1.5845－1.9157之间,大小依次为酸枣林、杠柳林和草地,表层高于20－40cm土层。酸枣林、杠柳林及草地0－40cm土壤容重均值分别比裸地低23.87%,14.51%和10.47%;总孔隙度均值分别比裸地增加16.96%,16.71%和1.31%。植被恢复措施对贝壳砂表层的孔隙结构、疏松程度改善较好,草地及灌木林地的蓄水性能均表现为0－20cm高于20－40cm。土壤颗粒分形维数与粉粘粒含量、毛管孔隙度、总孔隙度、饱和蓄水量、吸持蓄水量等呈极显著正相关,与细砂粒含量呈显著正相关,与粗砂粒含量和容重呈极显著负相关,与石砾含量、非毛管孔隙度、滞留蓄水量的相关性不大。从土壤分形维数及其水分生态特征来看,贝壳堤岛3种植被类型的改良土壤物理性质及蓄水保土功能表现为灌木林好于草地,其中酸枣林好于杠柳林,0－20cm好于20－40cm土层。     

科尔沁沙地农田沙漠化演变中土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁沙地农田沙漠化过程中土壤的粗粒化和养分的贫瘠化特征 ,土壤颗粒分形维数的变化特征 ,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明 :土壤沙粒含量越高 ,土壤分形维数越低 ,表征农田沙漠化程度越高 ;土壤颗粒分形维数与土壤有机 C、全 N、粘粉粒含量之间存在显著的线性关系。说明分形维数能很好地表征农田沙漠化演变中土壤结构和养分状况以及沙漠化的程度 ,可作为评价土壤沙漠化演变的一项综合性定量指标。     

长江源区高寒草原和高寒草甸土壤粒径分布特征

为探究长江源区主要下垫面土壤空间异质性与粒径分布(PSD)非均匀性,运用分形理论描述高寒草原和高寒草甸2种下垫面土壤粒径分布特征,分析了2种下垫面土壤的分形维数特征差异及其与土壤颗粒组成的关系。结果表明: 研究区土壤颗粒粒径主要分布于100～800 μm,高寒草原土壤单重分形维数(D_V)为2.429～2.508,高寒草甸土壤D_V为2.697～2.743,高寒草原土壤质地偏粗,高寒草甸土壤质地偏细。土壤在20～30 cm深度质地最细,在0～10 cm层质地最粗糙;多重分形维数(容量维数D₀、信息熵维数D₁、关联维数D₂)均以高寒草原(0.896～0.961、0.828～0.887、0.725～0.819)高于高寒草甸(0.890～0.914、0.693～0.744、0.540～0.603),与高寒草甸相比,高寒草原土壤粒径分布范围更宽,土壤整体构造更复杂,土壤整体非均匀性更高。D_V与土壤黏粒、粉粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关;D₁、D₂与黏粒、粉粒含量呈显著负相关,与砂粒含量呈显著正相关。土壤砂粒含量是土壤PSD非均匀分布及分形维数大小变化的主要因素。     

祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征

祁连山草地生态系统在维护我国西部生态安全方面起着举足轻重的作用。为了解祁连山不同类型草地土壤水分、养分等理化性质与植被分布特征,及土壤理化性质与植被特征的相关关系,于祁连山选取7种类型的草地,测定土壤水分含量、养分含量、容重、颗粒组成和植被特征,计算土壤颗粒的分形维数、0～40 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷储量、植物多样性指数。结果表明: 祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征差异显著,高寒草甸相比于其他类型草地具有较高的土壤水分、养分和黏粒含量,及较低的容重和砂粒含量;0～40 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷储量变化范围分别为3084～45247、164～2358、100～319 g·m^-2,整体表现为有机碳和全氮含量高、全磷含量低;土壤全磷储量与植物多样性指数呈显著正相关关系,表明土壤全磷含量是祁连山草地植物多样性的关键影响因素。相比其他草地类型,高寒草甸具有较好的植被状况和土壤水分、养分条件。     

腾格里沙漠草方格固沙林土壤颗粒组成、分形维数及其对土壤性质的影响

为了明确草方格人工固沙造林植被恢复过程中土壤颗粒组成、分形维数及对土壤理化性质的影响,以腾格里沙漠东南缘2016年(1 a)、2013年(4 a)和1987年(30 a)草方格固沙林为研究样地,以周围流动沙地为对照(CK),研究了草方格固沙造林后植被恢复过程中土壤颗粒组成、分形维数及与土壤理化性质的作用关系.结果表明: 100～250、250～500 μm土壤颗粒含量较高,分别为42.5%～80.1%、12.5%～42.2%;50～100 μm土壤颗粒含量居中,为0.2%～20.8%;<2和2～50 μm的土壤颗粒含量次之,分别在0～1.3%和0～22.7%;而500～1000 μm的土壤颗粒含量较低,在0.3%以下.<2和2～50 μm土壤颗粒仅在30 a固沙林有分布;50～100 μm土壤颗粒分布为30 a最高,4 a和1 a居中,而CK最低;100～250 μm土壤颗粒分布依次为4 a>1 a>CK>30 a;250～500 μm土壤颗粒分布为CK>1 a>4 a>30 a;但500～1000 μm土壤颗粒在各样地分布均较少,且不同样地之间无显著差异.研究区土壤颗粒分形维数为0.54～2.59,并且不同样地间存在显著差异,表现为30 a最高,4 a与1 a居中,而CK最低.土壤颗粒分形维数与土壤黏粒、粉粒、极细砂粒含量呈极显著正相关,而与土壤中砂粒呈极显著负相关.土壤颗粒分形维数与土壤电导率、有机碳、全氮和碳氮比均呈极显著正相关,而与土壤pH和含水量无相关性.土壤中<2、2～50、50～100 μm颗粒与土壤电导率、有机碳、全氮和碳氮比均呈极显著正相关,而250～500 μm土壤颗粒与上述4个土壤指标和土壤含水量呈显著负相关.500～1000 μm土壤颗粒与土壤含水量亦呈极显著负相关.在腾格里沙漠东南缘地区利用草方格进行人工固沙植被建设,可有效促进土壤颗粒细粒化,长期演变导致土壤黏粒和粉粒及土壤分形维数显著增加,促使土壤有机碳和全氮含量提高,有利于土壤理化性质改善和促进沙漠化治理.     

川西亚高山针叶林土壤颗粒的分形特征

分形理论为土壤等复杂体系的定量化研究提供了一种有效工具。本文以12个川西亚高山针叶林土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型研究了亚高山针叶林土壤颗粒的分形维数。结果表明,12个川西亚高山针叶林表层土壤颗粒的分形维数D为2.5209~2.7978。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.001 mm颗粒含量的相关系数达极显著。土壤颗粒分形维数与土壤有机质含量、全氮含量和pH相关性不显著,然而土壤有机质含量与全氮含量呈极显著正相关。本研究探讨了利用土壤颗粒粒径分布的分形维数来定量表征川西亚高山针叶林土壤的特征。