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。     

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.     

生态修复区植物群落土壤粒径的分维特征

土壤粒径分布及其分维特征是反映土壤质地与肥力的重要指标。本文采用土壤分形学理论与方法,研究了多伦县防风固沙区生态修复植物群落下土壤颗粒的分形维数及其在土壤剖面上的变化规律。结果表明:(1)生态修复区不同植物群落下的土壤粒径分布特征不同,其分形维数在1.962~2.260,依次为:荒草地柠条林白桦林杨树林樟子松林黄柳和旱柳混交林榆树林山杏林。(2)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0.002、0.002~0.1 mm粒径含量呈显著正相关,与0.25~0.5 mm粒径含量呈显著负相关,与0.1~0.25、0.5~2 mm的粒径含量相关性不明显。(3)研究区0~20 cm土壤的分形维数较大,浅层土壤得到较好的改善,20 cm以下深层土壤改良的效果并不明显。本研究说明,多伦县防风固沙区经过十几年的生态修复,不同生态修复植物群落下土壤粒径分布具有不同特点,与未修复的荒草地相比分形维数偏大,土壤质地有所改善。     

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.     

不同林型树倒林隙内微立地类型的土壤微团聚体组成及其分形特征

采用野外调查和室内分析相结合的方法,分析小兴安岭地区阔叶红松林和云冷杉红松林两种林型下树倒林隙内丘坑微立地类型(丘顶和坑底)土壤微团聚体组成及其分形特征。结果表明: 两种林型的土壤微团聚体0.25～2 mm和0.05～0.25 mm粒级含量较高,分别为25.7%～50.7%和27.0%～42.8%,<0.002 mm粒级含量最小,为4.4%～8.9%。在两种林型的树倒林隙内,坑底和丘顶的土壤容重较大,且丘顶土壤养分含量均高于坑底。阔叶红松林树倒林隙内丘顶和坑底的土壤养分含量均高于云冷杉红松林。<0.002 mm土壤微团聚体与土壤物理和化学性质均无相关性,0.25～2 mm和0.002～0.02 mm土壤微团聚体分别与土壤非毛管孔隙度、总孔隙度、通气度、有机质、全磷、全氮和有机碳之间呈极显著正相关和极显著负相关。整体来看,阔叶红松林的土壤分形维数(D)和土壤特征微团聚体组成比例(PCM)大于云冷杉红松林。两种林型下,丘顶和坑底的土壤特征微团聚体粒级比值(RMD)均增高。土壤D和PCM与各土壤理化性质均无显著相关性,土壤RMD与土壤毛管孔隙度、总孔隙度、土壤容重和通气度呈显著负相关。丘顶和坑底微立地的形成会导致土壤较大粒级微团聚体减少,土壤微团聚体稳定性降低,土壤D和PCM增加,RMD显著增加;土壤RMD可作为定量化描述不同林型下丘坑微立地内土壤理化性质的指标。     

荒漠草原不同植被微斑块土壤粒径分布分形特征与养分的关系

采集宁夏中部干旱带荒漠草原4种植被(猪毛蒿、甘草、苦豆子、草木樨状黄芪)微斑块土壤剖面3个层次土壤,测定了各微斑块土壤颗粒粒级分布、有机质、pH值、土壤电导率(EC)、全氮、全磷和全钾等理化性质,探讨了不同植被微斑块土壤粒径分布的分形维数(D)特征及其与土壤理化性质的关系.结果表明:斑块化植被分布可影响土壤粒径分布,其影响作用以草木樨状黄芪微斑块最大(D=2.51),甘草微斑块最低(D=2.46);分形维数与黏粒、粉粒含量呈显著正相关,而与砂粒含量呈显著负相关;土壤粒径分布分形维数与pH和EC呈显著正相关,与有机质和全氮含量呈显著负相关,与全磷和全钾含量无显著相关关系.斑块化植被分布有潜在土地盐碱化和土地退化的趋势.     

下辽河平原潮棕壤不同粒级碳和氮分布研究

采用具有不同开垦年限的0～20和20～40 cm耕层土壤,对其不同粒级的有机碳和全N分布进行了研究.结果表明,在0～20和20～40 cm耕层,＜0.002 mm粒级的有机碳含量最高,＜0.02 mm粒级含量次之,＜0.2 mm粒级含量最少.土壤全N的粒级分布规律与有机碳基本相同.在同一粒级中,有机碳和全N的各粒级分布与开垦年限没有明显的相关性.各粒级的有机碳与全N相关性极显著,在＜0.2 mm粒级的相关系数为0.74,在＜0.02 mm和＜0.002 mm分别达到了0.94和0.91.     

稻鸭共作生态系统稻田土壤固定态铵含量及有效性

通过田间试验研究了稻鸭共作生态系统土壤固定态铵的动态及有效性和温度、土壤pH、土壤交换性铵及土壤质地对土壤固定态铵的影响.研究结果表明:(1)在水稻生育期间,土壤固定态铵含量处于不断变化之中,施肥促进土壤对铵的固定,水稻的吸收促进土壤固定态铵的释放;其中在固定态铵释放过程之中,新固定的肥料铵几乎完全释放,而原有固定态铵没有释放.(2)较之常规稻作,稻鸭共作显著地提高了土壤固定态铵含量,其平均含量高出常规稻作的7%.(3)土壤交换性NH 4含量和pH与土壤固定态铵含量呈显著正相关(p<0.01);土壤温度(5cm土层)与土壤固定态铵含量间不相关;土壤固定态铵含量与>0.2mm的砂粒含量和<0.002mm的粘粒含量呈显著或极显著相关,而与0.02～0.2mm和0.002～0.02mm粘粒含量不相关.     

南亚热带不同林分土壤颗粒分形与水分物理特征

以广西国有高峰林场的6种不同林分(马尾松林Pinus massoniana、杉木林Cunninghamia lanceolata、尾巨桉林Eucalyptus urophylla×E. grandis、米老排林Mytilaria laosensis、红锥林Castanopsis hystrix和天然次生林)为对象,运用分形学和森林水文学的理论和方法,研究了不同林分类型土壤的颗粒组成以及水分物理特征。结果表明:研究区不同林分类型的土壤颗粒组成以黏粒为主,其次为粉粒和细砂粒,粗砂粒的含量相对较低,土壤颗粒分形维数从大到小依次表现为天然次生林、杉木林、米老排林、红锥林、马尾松林和尾巨桉林;不同林分类型土壤的水分物理特征存在差异,蓄水性能大小依次表现为天然次生林、米老排林、杉木林、红锥林、马尾松林和尾巨桉林,且土壤表层(0～10 cm)的蓄水能力要好于下层(20～50 cm);土壤颗粒分形维数主要受黏粒含量的影响,分形维数与黏粒含量呈极显著正相关,与总孔隙度、饱和蓄水量显著正相关,与土壤密度显著负相关,而与非毛管孔隙度、非毛管蓄水量和有机质含量相关性不显著。土壤颗粒分布的分形维数可作为反映南亚...     

山丘区土壤环境因子对钉螺(Oncomelania Snail)分布的影响

土壤是自然界钉螺孳生繁殖的重要场所,钉螺的分布与土壤环境因子密切相关。对山丘区9种不同土地利用类型土壤环境对钉螺分布影响的研究结果表明：耕地、荒草地、河滩地及灌溉沟渠存在钉螺分布,活螺框出现率的高低顺序为耕地＞河滩地＞灌溉沟渠＞荒草地,活螺密度的大小顺序为河滩地＞灌溉沟渠＞耕地＞荒草地;有螺土壤环境与无螺土壤环境的方差分析结果不显著,土壤全K含量与0.02~0.002mm的土壤颗粒含量存在显著差异;土壤环境因子对钉螺分布影响的灰色关联分析表明,0.02~0.002mm的土壤颗粒、土壤全P含量和土壤水分是影响钉螺的最重要的3个因子,且土壤环境因子对钉螺活螺框出现率及活螺密度影响的大小规律基本一致,不同之处在于土壤全K含量对活螺密度的影响更显著。研究结果可为我国山丘区改造钉螺孳生环境、控制血吸虫病流行及发展区域经济提供依据     

长江下游江心洲土壤颗粒特征及分形规律

研究了长江下游马鞍山段成长型江心洲洲头、洲中央和洲尾3个部位100cm深度范围内的土壤颗粒特征及分形规律。结果表明:江心洲土壤颗粒总体偏砂性,主要由粉粒、极细砂和细砂组成,颗粒最大粒径为350μm;在剖面上,3类颗粒的比例洲中央部位变化较小,洲头和洲尾变化较大;颗粒随深度的增加逐渐变粗;粉粒平均含量表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为75.42%、43.58%和22.13%;土壤颗粒分形维数表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为2.28、2.17和2.05,小于安徽省耕作表层土壤的分形维数平均值,与单位体积比表面积呈极显著正相关,与粘粒、粉粒含量极显著正相关,与极细砂、细砂极显著负相关。江心洲不同部位的土壤颗粒特征与江心洲的发育演变之间存在对应关系。     

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。     

青藏高原不同草地利用方式对土壤粒径分形特征的影响

研究青藏高原草地土壤粒径结构分形特征,为该地区土壤质量评价和生态恢复提供科学依据。以青藏高原4种高寒草地(放牧、围栏禁牧、围栏禁牧+补植、未干扰)为对象,采用分形理论,研究不同利用方式对高寒草地土壤颗粒组成及分形特征的影响,明确土壤粒径分形特征的影响因素。结果表明：与放牧和围栏禁牧+补植相比,围栏禁牧草地中黏粒和粉粒体积分数分别增加了60%—91.1%、43.5%—80.1%,禁牧能够促进土壤砂粒向黏粒和粉粒转变。不同草地利用方式对分形维数有显著影响,单重分形维数D值依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<未干扰草地=围栏禁牧草地,多重分形维数,包括信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁/D₀和关联维数D₂依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<围栏禁牧草地<未干扰草地。单重分形维数D与土壤黏粒、粉粒呈极显著正相关(P<0.01);砂粒、黏粒、粉粒、有机碳和全氮是多重分形维数的限制因素。信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁...     

重金属污染可能改变稻田土壤团聚体组成及其重金属分配

采集了太湖地区污染与非污染稻田表土,采用原状土低能量分离-分散技术提取土壤团聚体粒组,分析土壤中不同粒径团聚体颗粒组质量组成和Pb、Cd、Hg、As等重金属元素的含量, 讨论重金属污染下土壤团聚体组成和重金属团聚体分配的变化.结果表明：在重金属污染下,供试水稻土砂粒级团聚体减少,而较细粒径团聚体相对增多;4种重金属元素在不同粒径团聚体颗粒组中的含量存在差异,但随粒径的变化趋势基本一致,即在<0.002 mm粒径的颗粒组中最高, 其次是0.2～2 mm粒径的颗粒组,而在0.02～0.2 mm和0.002～0.02 mm粒径的团聚体中呈现亏缺现象（富集系数为0.56～0.96）.表明重金属污染可能减弱了较大土壤团聚体的形成,导致细粒径团聚体相对增多,从而明显提高了重金属元素在粉砂和粘粒组团聚体中的分配,这可能进一步提高了污染农田重金属的水迁移和大气颗粒物迁移的风险.对于重金属污染对稻田土壤生物物理和生物化学过程的影响及其机制还需要进一步研究.     

不同栽培管理模式对农田土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响

在两种肥力条件下设置超高产栽培模式(SH)、高产高效栽培模式(HH)、农民习惯处理(FP)和不施肥对照处理(CK)4种栽培管理模式的定位试验,研究了以肥料投入为主要影响因素的不同栽培管理模式对黄淮海区域不同肥力农田耕层土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响,为通过培肥土壤实现小麦-玉米周年可持续增产增效提供技术支持.结果表明: 与低肥力田块(LSF)相比,高肥力田块(HSF)耕层土壤团聚体的平均质量直径和几何平均直径高、分形维数低,有利于大团聚体的形成与稳定,各级团聚体的有机碳和全氮含量较高.优化施用氮磷钾肥、配施有机肥可增加耕层土壤团聚体的粒径、降低其分形维数,促进大团聚体的形成与稳定,对高肥力田块的影响大于低肥力田块;二者亦可提高有机碳和全氮在大团聚体中的含量与分布,其中,对＞5 mm团聚体的贡献率的影响在低肥力田块大于高肥力田块,对5～0.5 mm的各粒级团聚体的贡献率的影响在高肥力田块优于低肥力田块.