干旱沙区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征

统计分析了干旱沙漠地区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征及其与土壤沙粒(>0.05mm)、粉粒(0.05~0.002mm)和粘粒(<0.002mm)含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:土壤颗粒分形维数随恢复时间延长有增大的趋势,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。0.05mm粒径成为土壤各粒径的分界值--即土壤分形维数的临界粒径,大于这一粒径颗粒含量越高,土壤分形维数越小;而小于这一粒径的颗粒含量越高,分形维数越大。土壤各养分状况均与土壤颗粒分形维数有极显著的线性正相关关系(p<0.0001),表明了土壤颗粒分形维数能客观地反映土壤肥力特征。在干旱沙漠地区,伴随着植被恢复和流沙固定,土壤颗粒分形维数可作为一个评价土壤演变程度的综合定量指标。     

杉木拟赤杨混交林土壤肥力表征指标的研究

运用分形理论探讨了杉木拟杨混交林 6种不同模式土壤结构的分形特征 ,计算了土壤团聚体、策团聚体与机械组成的分形维数 ,并建立分形维数与 >0 .2 5mm水稳定性团聚体、土壤结构体破坏率、土壤结构系数、土壤分散系数、>0 .0 1mm水稳定性微团聚体及 >0 .0 1mm土壤机械组成等土壤肥力指标之间的回归模型。结果表明 :>0 .2 5mm土壤水稳定团聚体、>0 .0 1mm土壤水稳定性微团聚体含量越大 ,团粒结构的分形维数越小 ,土壤肥力越高 ;在 6种杉木杨混交林模式中 ,以杉木拟赤杨 3∶1与拟赤杨纯林培肥土壤能力最佳 ,杉木纯林最差 ;所建立的分形维数与各土壤肥力指标之间的模型均存在显著的回归关系 ,因此 ,分形维数可以作为表征土壤肥力的一个新指标 ,从而为山地土壤肥力的科学评价提供了有力的手段。     

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。     

不同起源格式栲林地的土壤分形特征

土壤结构性是影响土壤肥力的一个重要因素.本文运用分形模型对不同起源格氏栲林分表层土壤团粒结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系.研究结果表明格氏栲天然林结构多层,土壤粒径分布的分形维数小,水稳性团聚体即＞0.25nn的团粒含量高,土壤养分除水解性总酸度外,其它含量均较高,土壤团聚体水稳性能良好,土壤具有良好的渗透性、自动调节及抗逆性能,非毛管孔隙发达,土壤肥力较高;格氏栲纯人工林,林分结构单一,其土壤粒径分布的分形维数较低,土壤养分含量、水分状况及土壤通透性低于天然林,土壤肥力下降;分形维数为不同起源格氏栲林分表层土壤肥力特征描述提供新尺度、新方法.     

北京山区土壤粒径分布分形维数特征

分形是许多自然事物和现象的客观特征之一,土壤颗粒具有一定的分形特性.基于抽样调查的方法,应用土壤颗粒的体积分布计算了北京山区195个土壤样品的粒径分布分形维数.统计结果表明,研究区的土壤质地主要是粉砂土、粉砂壤土、砂壤土、壤砂土、砂土,土壤质地偏粗,分形维数介于2.23～2.69之间,总体偏低.结合已有研究成果分析表明,土壤粒径分布分形维数随质地的粗细程度发生明显变化.质地越粗分形维数越小,质地越细分形维数越大.土壤粒径分布分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关,与土壤粉粒含量呈显著正相关,与粘粒含量呈显著对数关系.土壤粒径分布分形维数与土壤容重呈显著负相关.研究结果表明土壤粒径分布分形维数可以作为判断土壤质地差异的重要指标.     

杉木-观光木混交林不同经营模式土壤团粒结构的分形特征

利用分形理论、弹性分析及边际分析方法对四种不同经营模式的杉木人工林进行了研究。探讨了四种杉木人工林的土壤团粒结构分形维数对林地土壤性质变化影响的效应。结果表明:土壤>0 25nm的团聚体及水稳性团聚含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,在四种经营模式中以杉木同观光木行间混交的土壤壮况最好;土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体、水稳性团聚体之间存在显著回归关系。分形理论为林地土壤科学管理提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

基于分形理论的鄱阳湖地区土地利用空间行为特征分析

土地景观形态能够反映土地利用空间行为特征。在对鄱阳湖地区1995年、2000年、2015年和2018年4个时间点的土地利用现状进行描述的基础上,通过分形维数、分形稳定性、斑块密度、斑块形状破碎度和景观隔离指数分析区域景观格局变化,并运用分形理论对土地利用空间行为进行分析。研究结果显示在1995年到2018年的20多年间,建设用地一直是分形维数最高的土地类型;但从时间尺度上,建设用地的分形维数呈下降趋势,表明建设用地空间形态在土地利用空间行为的作用下逐渐向有序方向发展。水田、旱地和有林地一直是分形维数最低的土地利用类型,且处于景观分形不稳定状态。斑块密度、斑块形状破碎化指数以及景观分离度指数的计算结果支持了分形维数分析的结论。从实现区域土地合理布局的角度,建议通过科学合理的规划,降低区域建设用地的分形维数,引导建设用地有序发展。对于诸如有林地、灌木林地、高覆盖度草地和水域等自然景观,应增加其分形维数以减少人为干扰,维护其稳定性。同时建议在国土空间规划中引入分形维数,将分形维数作为评价区域土地利用格局合理性的一项指标。     

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”。     

黄土高原植被破坏前后土壤团粒结构分形特征

应用分形理论的相关模型对黄土高原子午岭地区林地及不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形特征进行了研究。结果表明 :林地和不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形维在 2 .32～ 2 .91之间 ,表现为 >0 .2 5mm的团聚体含量越低 ,其结构的分形维越高。分形维与水稳性团聚体含量之间呈显著线性关系。林地和不同开垦年限农地表层土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维变化而变化 ,即分形维越小 ,>0 .2 5mm的团粒含量越高 ,土壤容重也越小 ,土壤疏松 ,土壤通气度大 ,土壤涵蓄水分与供应作物生长所需水分的能力越好 ;分形维越大 ,>0 .2 5mm的团粒含量低 ,土壤容重也越大 ,土壤紧实 ,土壤通气度小 ,则土壤涵蓄水分与供应作物所需水分的能力越差。上述结果在一定程度上表明 ,植被遭到破坏、不合理的人为开垦 ,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因 ;恢复和重建植被 ,增加地面覆盖 ,应为加速黄土高原综合治理的基本内容。     

辽河干流上游流域土地利用对土壤颗粒分形维数影响

分析了辽河干流典型风沙区林地、草地和农田土壤颗粒的分形维数空间分布特征。结果表明：土壤颗粒分形维数总体表现为农田高于林地和草地,且在农田土壤30~50 cm深度时达到最大值（2.58）,在草地土壤0~10 cm出现最小值（2.26）;在林地土壤中随深度增加而减小,在草地和农田土壤中随深度增加而增加。土壤分形维数均与粉粒含量极显著正相关（P<0.01）。农田更有利于土壤细小颗粒的形成,改良土壤质地,土壤结构相对较好,其次是林地,草地相对较差。     

矢量和栅格数据土地利用结构分维值比较——以苏州为例

分形理论对处理土地利用结构之类的非线性对象具有较强实用价值, 分维值作为该理论的重要测度指标, 其计算常基于栅格数据, 由此导致了土地结构边界信息的损失, 也减弱了分维值对土地利用空间结构特性的揭示作用。本文以苏州市1:10 万土地利用数据为例, 对研究区的土地利用空间格局进行分形分析, 通过分析不同栅格大小的土地利用分维值, 建立分维值与栅格粒度之间的定量关系, 并通过栅格数据推算矢量分维值, 分析推算误差及其原因。结果表明, 苏州市土地利用格局符合分形理论的一般规律;苏州市整体土地利用程度较高, 耕地、建设用地结构较为简单, 而未利用地、林草地结构较复杂, 水域斑块结构复杂性较低;随着栅格粒度的增加, 土地利用分维值呈现增加趋势, 且粒度与分维值之间存在二次函数的定量关系, 可以通过此关系式在一定误差范围内推求矢量数据的土地结构分维值, 斑块数量与整体规模是影响推求精度的重要原因。     

黄土高原丘陵区典型植物群落土壤粒径分布特征

为探究黄土高原丘陵区不同植物群落的土壤粒径分布特征。选取草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤为研究对象,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算土壤粒度参数与分形维数,绘制粒度频率曲线。结果表明：（1） 研究区土壤属粉壤土,粉粒含量约占总体的56.58%~71.67%,砂粒约占21.37%~38.71%,黏粒约占3.55%~6.96%。（2） 各植物群落内土壤粒度组成随土层深度增加分布较为均一,粒径分布整体分选性均较差,呈极正偏度,峰态尖窄,粒度频率曲线为双峰型,曲线波峰一致。不同植物群落土壤粒径分布差异主要集中在土壤表层0~20 cm（P<0.05）。（3） 草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤平均分形维数分别为2.63、2.60、2.61、2.58。分形维数与黏粒含量具有极显著正相关关系（P<0.05）,其中,草地土壤分形维数与黏粒的相关性最强。总体来看,黄土高原丘陵区草地土壤粒径分布特征显著优于人工林,本研究结果可为黄土高原的生态重建工作提供理论依据。     

长江源多年冻土区热融湖塘的形成对土壤沙化过程的影响

选择长江源区五道梁为研究区域,以典型发育的热融湖塘为研究对象,运用激光粒度仪测得土壤粒径分布,并结合分形模型对高寒草甸土壤颗粒分布与水文过程进行研究。结果表明：热融湖塘的形成加快了长江源区高寒草甸土壤沙质化的进程,随着其影响程度的加剧,黏粒、粉粒含量逐渐减小,砂粒含量逐渐增大,同时土壤颗粒体积分形维数也逐渐减小,并与黏粒、粉粒呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关,土壤颗粒体积分形维数可代替土壤不同粒径颗粒组成表征土壤沙质化的进程。此外,在热融湖塘影响下的土壤水文过程的改变,是加快土壤沙质化的重要因素之一。     

艾比湖干涸湖底6种景观类型不同深度富盐沉积物粒径的分形特征

干旱区干涸湖底在强烈的风蚀作用下成为盐碱尘暴的重要来源之一。为研究干涸湖底不同景观类型的抗风蚀效应,选择新疆准噶尔盆地西部艾比湖干涸湖底6种不同景观类型下的富盐沉积物为研究对象,基于沉积物样品的体积粒径分布数据,运用单重、多重分形理论和典范对应分析(CCA)排序方法,重点探讨艾比湖干涸湖底不同景观类型下富盐沉积物粒径分布分维值的分异特征。结果显示:胡杨林带 (L1)、乔本结合带 (L2)、草本结合带 (L3)、芦苇荒漠带 (L4)、梭梭荒漠带 (L5)、无植被覆盖 (L6)6种景观类型0～30 cm和30～60 cm的富盐沉积物分维值分别存在显著性差异。各景观0～30 cm分维值介于1.94～2.40,30～60 cm分维值介于1.92～2.53,总体均处于低位水平。0～30 cm平均分维值依次为L5>L1>L6>L4>L2>L3,30～60 cm平均分维值为L5=L1>L4>L6>L2>L3。富盐沉积物粒径分布分维值与粒径小于73.63 μm的体积含量呈显著正相关。研究表明多重分形维数和CCA排序方法可以有效的揭示干涸湖底自然植被条件下不同深度富盐沉积物粒径分布的均匀性特征。指出干涸湖底风蚀控制研究方向应集中在根据湖区的富盐沉积物-植物特征,对富盐沉积物性状进行改良,提高原生物种幼苗存活率,通过生态修复防治盐尘暴。