蒋家沟5种植被土壤分形特征与养分关系

运用分形模型,对云南东川蒋家沟不同植被类型土壤颗粒的分形特征及其与土壤养分的相关性进行分析,结果表明:1.5种植被类型土壤的分形维数不同,介于2.47~2.59,大小顺序依次为:花生石榴新银合欢草地坡柳,花生和石榴所代表的坡耕地的分形维数显著大于新银合欢、草地和坡柳所代表的植被恢复用地。2.分形维数与粘粒(0.002 mm)、粉粒(0.002~0.05 mm)的含量呈极显著的正相关关系,坡耕地的粘粒、粉粒含量高于植被恢复用地。分形维数与土壤的有机质、全氮、水解氮含量呈显著负相关关系,与有效磷含量呈显著的正相关关系。植被恢复用地的有机质、全氮、水解氮含量均高于坡耕地,新银合欢的有机质、全氮、水解氮含量低于坡柳和草地,花生、新银合欢和石榴的有效磷含量高于坡柳和草地。3.分形维数能够反映土壤的颗粒粒径分布及养分状况,可作为评价蒋家沟土壤结构稳定性与土壤肥力的一个重要指标。因此,蒋家沟应减少耕作,加强植被恢复,植被类型以改善土壤结构、提高土壤肥力效果较佳的草本和灌木为主。     

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地土壤颗粒的分形特征

选择科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地为研究区,利用土壤颗粒的体积分形模型计算了研究区49个采样点土壤颗粒的分形维数,并建立了分形维数与土壤颗粒不同粒级间的相关关系,以探讨半干旱寒冷地区土壤颗粒的分形特征与土壤物理性质以及养分含量之间的关系。结果表明:(1)研究区土壤颗粒的分形维数为1.33~2.50,变幅较大,且呈现出自中部的草甸、农田地带向南、北方向的沙丘地带递减的趋势;土壤颗粒的体积分形维数依照流动沙丘-半流动半固定沙丘-固定沙丘-农田-草甸的顺序而递增。(2)土壤颗粒的分形维数与黏粒、粉粒含量显著正相关,与砂粒含量显著负相关,且表现出明显的对数关系。100 μm是影响土壤颗粒分形维数变化的分界粒径,大于该粒径的颗粒含量越高,土壤颗粒的分形维数越小;反之越大。(3)分形维数与土壤养分含量相关显著,土壤颗粒的分形维数与电导率、pH值及有机质、全氮、全磷含量均显著正相关,但与全钾含量负相关。在分形维数大于2时,基本与土壤饱和含水率正相关、与干容重负相关。     

云南陆良植烟土壤粒径分布及其分形维数空间变异研究

采用GPS定位技术,在陆良烟区采集土壤样品341个。采用经典统计学、地统计学和分形数学相结合的方法研究了土壤粒径分布及其分形特征的总体特征、空间变异特征,同时分析了土壤粒径分形维数与土壤颗粒组成及土壤养分的关系,以及土壤粒径及其分形维数的影响因素。结果表明,土壤颗粒含量及其分形维数在不同质地土壤间存在显著或极显著水平差异;粘粒含量和分形维数表现为轻粘土重壤土中壤土轻壤土,砂粒和粉粒含量则相反;土壤颗粒质量分形维数在2.524~2.928之间,平均为2.823;土壤颗粒分形维数与土壤粘粒含量呈极显著正相关关系,与粉粒及砂粒含量呈极显著负相关关系;土壤颗粒分形维数可直观地反映土壤粒径分布;土壤颗粒含量和土壤粒径分形维数均具有中等的空间相关性,其空间变异是由结构性因素和随机性因素共同决定的结果,变程仅为0.12~0.27 km,表明其空间自相关范围较小,空间分布主要呈东西向变化趋势,高低值区域分异和明显;土壤粒径分形维数D值与全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾呈极显著正相关,与有效磷含量呈极显著负相关,土壤分形维数可用于表征土壤养分状况;海拔高度、有机质、土壤类型、地形、轮作模式均对土壤颗粒含量和土壤粒径分形维数有显著影响。     

准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带“肥岛”形成过程中土壤颗粒的分形研究

通过野外调查取样和室内分析的方法研究了准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带不同地段的梭梭灌丛土壤不同空间位置（包括灌丛下和灌丛间）的土壤颗粒分形维数的变异特征,以及分形维数与土壤机械组成、土壤养分的关系。结果表明:①土壤颗粒分形维数与土壤沙粒含量呈极显著负相关(P<0.01),与土壤粉粒和粘粒含量呈极显著正相关(P<0.01),并与土壤养分含量中的有机质、全氮、全磷呈极显著的正相关 (P<0.01),与可被植物吸收利用的速效形态养分碱解氮、速效钾、速效磷等的含量有极显著的正相关关系(P<0.01),土壤颗粒分形维数可用以表征土壤结构性状和肥力特征。②沙漠-绿洲过渡带典型空间位置的土壤粒级分布呈梯度性变化,从绿洲到沙漠1~0.25 mm的土壤颗粒体积百分比从0.4%增加到16%,而小于0.05 mm的颗粒体积百分比从76.6%减少到3.5%,土壤的粗粒组分明显增加,细粒组分明显递减,并且土壤颗粒分形维数从2.50降低到2.03。③不同粒径土粒的分布规律表现为灌丛下的粉粒、粘粒含量均大于灌丛间的,其中沙漠腹地灌丛下的表层土壤粉粒增加了1.23%,粘粒增加了0.06%;退耕还林地灌丛下土壤表层的粉粒增加了10.78%,粘粒增加了2.91%,说明梭梭灌丛能有效截获风蚀带来的微细尘埃、粘粒和粉沙,使灌丛下土壤的结构及肥力性状得以改善,形成灌丛“肥岛”。     

塔里木河干流两岸土壤水分特征曲线的分形模拟

应用Van Genuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对塔里木河干流英巴扎断面6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,结果表明随着土壤砂粒含量的减少或粘粒含量的增加,分形维数逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了塔里木河干流两岸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结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,结果表明土壤水分特征曲线的预测值与模拟值比较接近,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土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

太行山油松人工林土壤微团聚体变化特征及其影响因素

土壤微团聚体是土壤水分和养分保储与释供的关键载体。本研究以太行山绿化先锋树种油松人工林为研究对象,基于空间代替时间序列的思想,综合采用分形维数(D)、特征微团聚体组成比例(PCM)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)等指标分析油松人工林恢复过程中土壤微团聚体的变化特征,探讨土壤微团聚体变化特征与土壤养分之间的定量关系。结果表明:随着油松人工林恢复,0.25～0.05 mm粒级土壤微团聚体含量先增加后减少,而0.02 mm粒级土壤微团聚体含量减少后增加。33～49 a油松人工林土壤微团聚体PCM、D分别增加65.57%和3.44%,而MWD与GMD分别减小约26%和33%。不同恢复年限土壤微团聚体D与MWD、GMD及PCM显著相关,而且与碱解氮和全磷相关紧密,说明D在一定程度上能够反映土壤颗粒的粒径分布状况及土壤养分状况,可作为表征土壤结构稳定性及土壤肥力的一个重要指标。     

岷江上游干旱河谷区阳坡土壤性质空间分异特征

通过现场调查取样和室内理化试验,定量分析了岷江上游干旱河谷区阳坡土壤性质的空间变异特征,结合已有植被格局进行了区域土壤植被系统综合分析.研究结果表明:岷江上游干旱河谷区阳坡表层土壤粘粒含量极低,>0.25 mm颗粒占45.2%;土壤微团聚体中表层<0.002 mm的部分存在向下淀积或流失现象;pH值偏高,土壤N、P养分处于缺乏状态,且有效养分含量极低,土壤肥力水平低;土壤性质水平分异图显示:坡上部的疏林地土壤肥力高于其他土地利用地块,相对新植林地而言,靠近阴坡的疏林地植被恢复潜力更大.     

川中丘陵区土壤颗粒分形特征

分析了27个紫色土丘陵区土壤样品的机械组成，运用分形模型计算出土壤颗粒分形维数D（D=2．817—3．030），探讨了分形维数D与土壤粒度组成、土壤抗蚀性之间的关系，并分析了不同土地利用方式下土壤颗粒分形维数D与土壤有机质含量（O．M）、土壤容重（B.D）的相关关系。研究表明：土壤颗粒分形维数D能够很好的表征土壤质地，重点反映〈0．05mm的细颗粒物质，尤其是粘粒，其次是粉粒；与土壤有机质含量（O．M）、土壤容重（B．D）均达到极显著水平；其次分形维数D还能作为评价土壤水土流失和土壤生态恢复的指标。     

藏北高寒草原土壤粒径分布分形维数特征

基于样带采样方法,应用土壤颗粒的体积分布计算了藏北高寒草原44个土壤样品的粒径分布分形。结果显示,研究区的土壤质地主要是砂土、壤质砂土和砂质壤土,其所占比例分别为29.55%、38.64%和27.27%。分形维数介于1.979~2.743,均值为2.492。随着土壤质地向壤土、粉壤土、砂质壤土、壤质砂土、砂土的变化,分形维数逐渐增小;研究区土壤中砂粒、粉粒和粘粒的平均含量为77.65%,18.2%和4.15%,粉粒和粘粒变异程度高。土壤粒径分形维数与土壤颗粒含量之间的关系显著,其与砂粒含量呈负相关,而与粉粒和粘粒含量呈正相关。研究结果表明:土壤粒径分布分形维数可以作为判断藏北高寒草原土壤质地差异的重要指标。     

腾格里沙漠东南缘固沙灌丛林土壤理化性质及分形维数

以腾格里沙漠固沙灌丛林为研究对象,选择大、中、小沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡为研究样地,调查不同沙丘微地形土壤理化性质和土壤粒径分布的分形特征,阐明沙丘大小和微地形差异对固沙灌丛林土壤理化性质和土壤分形维数分布的影响规律。结果表明：（1）土壤含水率和全碳含量均表现为背风坡中部显著高于丘顶;土壤容重表现为迎风坡中部、丘顶和背风坡底部显著高于背风坡中部,而迎风坡底部居中;沙丘微地形对土壤pH和电导率均无显著影响。土壤容重表现为大、中沙丘显著高于小沙丘;土壤电导率表现为中、小沙丘显著高于大沙丘;沙丘大小对土壤含水率、pH和全碳分布均无显著影响。（2）土壤粉粒（2—50 μm）含量表现为迎风坡底部>背风坡底部>迎风坡中部>丘顶,而土壤极细砂（50—100 μm）含量表现为背风坡底部显著低于迎风坡中部和丘顶,土壤细砂（100—250 μm）含量表现为丘顶显著高于迎风坡底部和中部。大、中沙丘土壤颗粒组成以土壤粉粒和极细砂为主,而小沙丘则以土壤细砂为主。（3）土壤分形维数介于2.59—2.78,表现为迎风坡底部显著高于背风坡底部,其他3个微地形生境居中,而且大沙丘显著高于中沙丘,而小沙丘居中。（4）粉粒含量越高,土壤电导率和全碳含量越高;极细砂含量越高,土壤电导率越低;砂粒含量越高,全碳含量越低;土壤细砂含量越多,分形维数越大。沙丘大小、微地形对土壤理化性质及分形维数的作用效果存在较大的差异性,需要根据沙丘大小和微地形来开展人工林建设和生态效应评价。     

毛乌素沙地沙障环境下的沙丘迎风坡植被及土壤养分变化

沙障在固定流沙、促进植被恢复和改良土壤等生态建设方面起着重要作用。对毛乌素沙地设置沙柳（Salix psammophila）沙障6、8、10、11、12年的沙丘迎风坡（裸露沙丘地作为对照）开展了植被调查和土壤养分测试分析。结果显示：设障8年后的沙丘迎风坡0—30 cm深度内的土壤有机质、全氮含量显著（P<0.05）高于流动沙丘,且设障10—11年沙丘迎风坡植被盖度、0—80 cm深度内土壤有机质和全氮含量达到最大,但全磷和全钾含量无明显的变化,所有样地间和3个深度层间的全磷、全钾含量均无显著性差异;植被总盖度、0—80 cm深度内土壤有机质含量及全氮含量相互之间存在极显著线性正相关关系（P<0.01）,而且土壤pH值随有机质含量增加而线性降低。沙柳沙障固沙地的植被盖度、土壤有机质和全氮相互之间存在趋同性,且布设10年的沙障土壤改良和植被恢复成效达到最大,之后表现出下降趋势。据此建议活体沙柳沙障在维持其固沙功效的前提下以10年为限需进行平茬处理。     

腾格里沙漠沙丘固定后土壤的斥水性特征研究

土壤斥水性是重要的土壤物理属性,对土壤水文过程和地貌过程有重要的影响。利用毛细上升法研究了腾格里沙漠东南缘沙丘固定后土壤的斥水性特征,分析了不同小地形、不同土壤深度和不同土壤粒径土壤的斥水性差异。结果表明,固沙植被建立后显著地改变了沙丘的土壤斥水性,且随沙丘固定时间增加而呈增强的趋势。丘间地和迎风坡的土壤斥水性大于丘顶和背风坡的斥水性。0~3 cm土层的土壤斥水性显著大于3~6 cm。随着粒径的不断增大,土壤斥水性呈减小趋势,不同粒径段土壤斥水性差异显著;且土壤斥水性与粒径分别为0~0.05 mm、0.05~0.01 mm、0.01~0.15 mm的土壤呈极显著正相关线性关系,与粒径大于0.15 mm的土壤呈显著负相关线性关系。植被区土壤斥水性的增加可能与大气降尘在固定沙丘表面不断沉积、生物土壤结皮形成,尤其是藻类和地衣的形成有关,斥水性的增强将影响到植物种在沙丘上的有效水分利用。     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

西藏高原干旱半干旱区土壤分形特征及其应用

通过对西藏高原干旱半干旱区4种土地利用类型的土壤全样和层样采集与测定,运用土壤粒径的质量分布原理,计算出它们的分形维数。并分析其与土地利用方式、土壤肥力的关系。同时还探讨了土壤分形维数在剖面不同深度的纵向变化。结果表明:i.土壤分形维数不仅可以反映土壤质地的均一程度,而且可以间接反映自然环境变化和人类活动对土壤理化性质的影响。ii.土壤肥力与土壤分形维数有显著的相关性。当土壤颗粒组成分形维数Dp<2.65和微团聚体组成分形维数Da<2.44时,土壤肥力最佳。iii.Dp值和Da值随深度呈波状变化,峰值出现的深度与土地利用方式和人类活动密切相关。     

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤性状的特征

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤颗粒组成中仍以细沙粒(0.25～0.05 mm)含量占主要成分(80%～99%),除固定沙堆土0～5 cm土壤粉沙粒含量高于堆间低地外,沙堆土不同深度粉沙粒含量(0.05～0.002 mm)均低于堆间低地;沙堆不同部位的土壤含水量有一致的变化趋势且差异不大,沙堆0～60 cm土层含水量低于堆间低地,60 cm以下的土壤含水量不仅高于0～60 cm,并且高于堆间低地。发育于草甸盐土上的堆间低地20 cm以下水分含量变化基本保持在较高的水平,发育于盐化半固定风沙土上的堆间低地水分含量在20 cm以下呈急剧降低趋势。白刺沙堆上土壤剖面土壤水分含量的这种变化和堆间低地20 cm处较高的含水层,将会为灌丛植物在年内气候干旱期的生命维持提供着重要水源保证。土壤容重白刺沙堆大于堆间低地,土壤剖面堆间低地的容重基本无变异,而沙堆上因为植物发育土壤容重有不同程度的差异。表征土壤肥力和保肥能力的阳离子代换量均是堆间低地大于沙堆上。堆间低地和沙堆上土壤全氮、有机质、电导率含量和pH值差异因白刺沙堆发育的生境不同而不同,处于半固定沙地生境的白刺沙堆并未形成灌丛的"沃岛效应",处于固定沙地生境的白刺沙堆有弱"沃岛效应"。因此,白刺沙堆地表物质的固定是该植物种生长的生境产生"沃岛效应"的前提。