杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征

[目的]研究鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征,为该地区杨树低效林的成因分析及改造提供基础依据,并为杨树人工林的科学管理提供参考与决策支持。[方法]使用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪测量土壤粒径,采用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值,并测定土壤养分。[结果]①鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成主要以细砂粒(42.33%)、极细砂粒(15.72%)、中砂粒(19.77%)为主;主要土壤质地类型为砂土;土壤颗粒的分形维数D值在1.222 5～2.204 5范围内,处于较低水平。②土壤颗粒分形维数D值与粉粒、极细砂粒、细砂粒含量呈显著正相关关系,与中砂粒、粗砂粒、极粗砂粒呈显著负相关关系。③随着土层加深,粒径250μm的土壤颗粒含量增加,粒径250μm的土壤颗粒含量减少;土壤颗粒分形维数D值随土层加深而增大,增大幅度不大。④土壤颗粒分形维数D值与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量的关系均未达到显著水平,土壤各养分含量的变化对分形维数D值没有显著影响。[结论]鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成以砂粒为主,土壤分形维数较低,土壤结构极不均匀,这样的土壤结构对杨树的正常生长发育极为不利,不良的土壤结构也在一定程度上导致了低效林的形成,因此在对杨树低效林进行预防和改造时也要改善林下土壤结构。     

机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响

在高潜水位矿区复垦施工现场,运用多重分形理论研究不同碾压次数下复垦土壤粒径分布特征,以阐明机械压实对复垦土壤粒径分布非均匀性和异质性的影响。结果表明:机械碾压在46.8%~99.9%程度上解释0~20和20~40 cm土层土壤粒径分布特征的变化,随着碾压次数增加,复垦土壤颗粒呈细粒化趋势,容量维D(0)随之减小,表征粒径分布范围减小;奇异谱对称性Δf随之增加,表征粒径分布不对称性增加;信息维D(1)、信息维/容量维D(1)/D(0)、关联维D(2)和奇异谱谱宽Δα随之波动变化,表征粒径分布集中程度、局部密集程度和均匀性波动变化。研究发现D(1)和D(1)/D(0),D(2)和Δα相关系数分别0.767(P0.01)和-0.488(P0.05),在表征复垦土壤粒径分布集中程度和均匀性上具有相似作用,多重分形参数可多角度描述机械碾压过程中土壤粒径分布的细微差别,其中D(0)、Δα和Δf能够灵敏反映复垦土壤紧实度变化,这为深入研究复垦土壤压实问题提供一种精确分析方法。     

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。     

江子河小流域不同植被类型土壤粒径的多重分形特征

为探讨植被类型对土壤粒径分布非均匀性和土壤结构异质性的影响,运用激光粒度分析方法和分形理论,研究桐柏大别山区江子河小流域5种植被类型的土壤颗粒组成及其多重分形特征。结果表明:1)土壤颗粒单分形参数D、多重分形参数Δα、Rf、[α(-1)]-f[α(0)]和f[α(1)]/f[α(0)]均与土壤黏粒体积分数显著正相关,即土壤中细颗粒物质体积分数越高,土壤颗粒分布的非均匀性和奇异性越大;2)不同植物群落土壤颗粒分形维数D和多重分形参数表现为杂木林和针阔混交林(马尾松+栓皮栎)>茶园>竹林和水稻田,即森林(防护林)植被可以增加土壤中黏粒和粉粒等细粒物质体积分数、改善土壤质地的均匀性和增强土壤颗粒结构的异质性。     

塔里木盆地南缘绿洲农田土壤粒径分布分形特征及影响因素研究

本文以塔里木盆地南缘策勒绿洲为例,基于农田表层土壤样品的体积粒径分布数据,通过分形理论重点探讨绿洲农田这一主要土地利用类型下土壤粒径分布特征及变异状况,并根据粒径分布分形维数变化对其主要影响因素进行研究。结果表明:绿洲范围内农田土壤分维值存在显著性差异,其值介于2.11～2.27之间,总体偏低;土壤粒径分布分维值与小于50μm粒径土壤颗粒体积含量及土壤有机质含量呈显著正相关;农田利用年限的差异性对土壤粒径分布产生重要影响,而农田分布位置的差异性则对土壤粒径分布未体现出规律性影响。因此,保证农田长期合理的耕作管理方式将有助于土壤粒径分布属性的稳定及提高。     

保护性耕作对棕壤粒径分形特征及碳氮比分布的影响

【目的】分析长期不同耕作措施下棕壤土粒径分布的非均匀性和异质性变化特征,可为农田土壤发育过程以及科学合理耕作提供理论支撑。【方法】本试验基于山东农业大学农学试验站长期定位的保护性耕作试验田(始于2002),试验主要耕作措施有翻耕、免耕和深松3种,还田方式为秸秆全量还田和不还田。采用激光粒度分析仪(LS13320),测定小麦.玉米轮作系统中0—40cm土层中的颗粒分布,应用土壤分形理论解析土壤颗粒含量、土壤质地颗粒分布状况及耕作措施和秸秆还田调控土壤颗粒分布的作用。【结果】土壤粒径的基本特征分布中,粘粒体积百分比表现为免耕>深松>初始土样>翻耕,秸秆还田>无秸秆还田,可见长期定位保护性耕作措施下,免耕秸秆还田增加了土壤粘粒含量,降低了土壤中C/N比值,较低的C/N值促进土壤碳氮的分解从而增加土壤的C、N含量;土壤多重分形参数中,D(1)、D(1)/D(0)、D(2)、Δα值都表现为深松和免耕显著高于翻耕处理,说明深松与免耕加剧了土壤颗粒细化,增进了土壤颗粒的异质性;深松秸秆还田加剧了土壤的非均匀程度,增强土壤结构稳定性,对土壤结构有一定的改良作用。土壤粘粒体积百分比与D(1)/D(0)呈显著负相关(P<0.05),土壤粉粒体积百分比与Δf呈显著负相关(P<0.05),土壤砂粒体积百分比与Δf呈正相关(P<0.05)。表明土壤多重分形参数可作为表征土壤颗粒分布、土壤性质的潜在指标。【结论】多重分形参数中D(1)、D(1)/D(0)、D(2)、Δα各处理间表现出差异,深松秸秆还田处理在细微程度上反映了保护性耕作措施的长期影响效果,免耕秸秆还田处理中土壤粘粒与土壤C/N呈极显著负相关,免耕秸秆还田促进粘粒增加,降低了土壤的C/N值,从而增加了土壤有机质及全氮的含量。多重分形参数对表征土壤性质具有重要的指导意义。     

陕北黄土丘陵沟壑区土壤粒径分形特征

应用MS2000激光粒度仪,获取陕北黄土高原米脂县境内10种不同土地利用类型土壤剖面4个层次40个土壤样品的粒径分布（PsD）,利用分形几何学方法分析土壤颗粒体积分形特征。结果表明：由于各土壤样品质地相同,分形维数D变化不大,在2．230～2．521之间;〈0．002mm的土壤粒径体积百分含量与D显著相关,而其余各粒径含量均通过与〈0．002mm的相关性对D产生间接影响,表明PSD的D可以充分代表土壤细化的程度与比例。土壤累积体积分数具有非线性特征,1个D值无法表征整个粒径测量范围内的土壤PSD,因此,以15脚为界,确定了2个分形域,分别计算D1和D2,存在D1〉D2的关系,且用D1和D2计算的分裂概率具有尺度依赖性。     

根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。     

黄河中下游河岸缓冲带土壤粒径分形特征

在人类活动与自然因素的共同作用下,黄河中下游河岸缓冲带土壤结构和植被等受到不同程度的破坏.本研究选择黄河中下游郑州一开封段河岸缓冲带作为研究区,探讨河岸人工林表层0～20 em土壤颗粒组成和分形维数在不同植被类型和河岸缓冲距离的分布特征及其与群落特征的关系.结果表明:1)研究区土壤颗粒质量分数呈非均匀分布,土壤质地空间分布表现为同质性,不同植被类型和河岸缓冲距离对土壤颗粒组成与土壤颗粒分形维数D值的影响差异不显著,D为2.75左右,土壤结构良好;2)D值与黏粒质量分数均与土壤全碳(TC)、总有机碳(TOC)和全氮(TN)的质量分数显著正相关(P＜0.01),砂粒质量分数则与TC、TOC和TN质量分数呈显著的负相关(P＜0.01),粉粒质量分数只与TN质量分数在0.05水平显著正相关;3)草本高度、乔木胸径、高度和郁闭度与D值、粉粒和黏粒质量分数呈正相关,与砂粒质量分数呈负相关.说明河岸人工林覆盖和生物量越大,土壤结构越好.     

林地针叶化对土壤微生物特征影响研究

通过野外调查和典型剖面试验分析，对比研究了不同人工林地土壤微生物分布特征，揭示了人工阔叶林地、混交林地和针叶林地土壤剖面微生物区系的分布规律，以及林地大面积针叶化对生物多样性的影响，提出了生态恢复和重建的途径与措施。     

不同管理模式下干旱草地粒度特征

土壤粒径分布及空间变化对土壤溶质和水盐运移、土壤肥力状况等有重要意义,是土壤重要物理特性之一。基于新疆准噶尔北部、阿勒泰山南麓不同管理模式下的草地(荒漠草地、天然草地、弃耕草地、季节草地和禁牧草地),运用质地分类和分形理论探讨草地粒度特征。结果发现:研究区土壤颗粒中黏粒含量最低,最小值仅有0.17g/kg,砂粒含量最高,最大值可达900.37 g/kg,粒径分布呈现单峰特征,表明土壤发育较差;砂粒和粉粒含量之间呈极显著负相关关系,相关系数为0.999 8(P0.01),推测成土母质和地域差异导致土壤中砂粒和粉粒几乎占了全部;荒漠草地、天然草地和弃耕草地黏粒含量的平均值随着土层深度增加而减小,呈现出负相关特征,而季节草地和禁牧草地并无此特征;荒漠草地的分形维数D值最大,可能是因为灌木作为该生态系统中的优势植物,能有效地减缓荒漠草地逆向演替和消亡的进程,对土壤颗粒具有一定的细化作用;所有土壤样品分形维数D与黏粒含量均具有较强相关性,天然草地、荒漠草地和弃耕草地的分形维数D分别与粉粒和砂粒含量的相关性较强,与禁牧和季节草地的相关性较差,说明春、秋轮牧对土壤的干扰可能超过了土壤本身承载能力,对土壤颗粒组成破坏比较大,影响了土壤发育,放牧向禁牧转化时期的长短可能决定了土壤的发育是否良好。     

科尔沁沙地不同草地利用方式下土壤粒度和有机碳分布特征

[目的]探讨不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性,揭示草地退化过程当中土壤有机碳的损失速率,为科尔沁沙地生态环境恢复治理提供科学依据。[方法]以科尔沁沙地乌力吉木伦河流域流动和半固定风沙土为研究对象,对流域内围封草地、不同退化程度的盐碱化样地和人工种植牧草样地等不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性进行了探索研究。[结果]围封措施在控制土壤侵蚀和提高土壤有机碳含量方面均起到显著的作用;流域内0—20 cm土层各样地粒度组成以粉粒和砂粒为主,由于翻耕的因素,燕麦和苜蓿样地表层土壤粗粒化明显且比其他样地具有更高的峰值和中值粒径;研究区内100μm粒径左右颗粒为易受侵蚀颗粒;土壤中小于100μm颗粒组分每被吹蚀1%,其有机碳含量将损失0.120 4 g/kg。[结论]在丘间平地分布的盐碱化草甸土地,根据实际情况结合围封措施和种植牧草能防止土壤侵蚀且有效提高有机碳含量。     

重庆四面山几种林地土壤颗粒分形特征及其影响因素

运用分形模型研究了重庆四面山几种林地土壤颗粒的分形特征,并探讨了分形维数与粒级分布的关系及其影响因素。结果表明:①0-60cm土壤分形维数平均值的顺序为:针叶林>针阔混交林>楠竹林>阔叶林,阔叶林和楠竹林土壤具有相对疏松、通透性好的结构,而针叶林和混交林地土壤质地较细,具有较好的持水保肥性能。②随着土层深度的增加,阔叶林地土壤的分形维数减小最为显著,楠竹林地呈增大的趋势,而针叶林和针阔混交林地减小不显著。这种变化与4个剖面上粘粒含量的变化规律完全一致。③分形维数能够表征土壤颗粒的大小和数量,但对不同粒级颗粒含量的反映程度不同,主要由粘粒含量决定(R=0.964),与砂粒含量显著负相关(R=-0.873),与粉粒含量相关关系不显著(R=-0.004)。④多元回归分析表明,分形维数与有机质含量、全氮、有效磷、速效钾、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量、毛管持水量和田间持水量具有一定的相关性。     

不同管理措施对铝矿废弃地复垦区土壤有机碳的影响

试验设置于山西省孝义铝矿废弃地复垦区,采用施肥及轮作双因素完全随机区组设计,研究铝矿废弃地复垦过程中不同管理措施对玉米田土壤有机碳的影响。结果表明,不同管理措施下,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而降低,土壤δ13C值随着土层深度的增加而增加;施肥能显著提高土壤有机碳含量,其中以有机＋无机肥为最佳施肥方式,与对照相比,在前茬种植晋豆28和晋豆25条件下,土层0～20cm的有机碳含量分别提高了1.85、1.35g.kg-1,土层20～40cm的有机碳含量分别提高了1.50、1.45g.kg-1;与前茬种植晋豆25的轮作方式相比,前茬种植晋豆28处理的土壤δ13C值普遍偏低;玉米籽粒δ13C值显著高于秸秆,说明玉米籽粒比秸秆更容易富集13C,但玉米籽粒和秸秆的δ13C值之间无显著相关性;豆科作物-玉米轮作的土壤有机碳主要来源于豆科作物,前茬晋豆28和晋豆25对土壤有机碳的贡献率分别为64.82%、60.64%。以上结果表明,在铝矿废弃地的复垦过程中,采取施肥配合轮作的管理措施有利于土壤有机碳的积累。     

黄土丘陵不同土地利用方式下土壤颗粒组成及其分形维数特征

采用野外采样与室内分析方法,运用颗粒体积分形理论,研究了黄土丘陵区4种土地利用方式下的土壤颗粒组成及其剖面特征。结果表明,4种土地利用方式下的土壤理化性质差异显著,表层土壤除全磷外化学性质总体表现为天然林人工林草地坡耕地,容重坡耕地草地人工林天然林,50—100cm土壤性质差异减小。土壤以粗粉粒为主,除粗砂粒外,土地利用对其余各粒级含量影响显著,层次性不明显,坡耕地和草地小粒级含量高于天然林和人工林。黏粒和粉粒含量与有机质、全氮极显著负相关,与容重极显著正相关;砂粒与有机质和容重极显著正相关,与容重呈极显著负相关。土壤颗粒组成分形维数为2.52~2.74,各层次坡耕地和草地之间没有显著差异,但显著高于人工林和天然林,随着土层加深坡耕地呈缓慢降低趋势,草地、人工林和天然林呈缓慢增加趋势。土壤分形维数与黏粒和粉粒和容重显著正相关,与砂粒、有机质、全氮显著负相关,与全磷无显著相关性。综上所述,黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤颗粒组成差异较大,草地和林地相对于坡耕地大颗粒含量明显增多,小颗粒明显减少。     

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。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响

  目的  掌握榆林沙区典型林地土壤微生物特征,明确地上植被对土壤微生物群落结构的影响。  方法  采集榆林沙区四种林分类型土壤,分析其土壤微生物群落结构。  结果  测序共产生有效操作分类单元（OTU）15,509个,各林分间OTU及各类多样性指数没有显著性差异。优势菌种及其丰度土层间变化较大,但林分间优势细菌种一致,丰度排名前五的分别是变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和绿弯菌门（Chloroflexi）;樟子松、油松林下土壤中,酸杆菌门所占比例最大、分别达到22.32%和29.02%,而在沙柳和小叶锦鸡儿林下土壤中,变形菌门又成为优势菌,比例占到27.64%和28.51%。变形菌门和放线菌门在灌木林土壤中所占比例要高于乔木。  结论  虽然各优势种丰度在林分间略有差别,但差异不显著（P < 0.05）。说明在一定区域内微生物群落结构复杂程度是受土壤本底的影响,不同季节或者土壤温度、湿度的变化对微生物群落结构的影响在一段时间后消除,群落结构归于稳定。     

禁牧对黄土高原半干旱草地土壤粒径多重分形特征的影响

研究半干旱地区草地禁牧后土壤粒径分布非均匀性和异质性的变化特征,揭示禁牧对草地土壤粒径分布的影响,为退化草地的恢复治理及科学合理利用提供理论支撑。以宁夏云雾山不同禁牧草地（0,10,15,27,35年）为研究对象,运用多重分形理论,探讨禁牧对草地不同土层（0—10,10—20,20—40,40—60 cm）土壤颗粒分布的影响,明确粒径分布变化的主要影响因素。结果表明：草地禁牧降低土壤容重,增加地下生物量、土壤养分（包括土壤有机碳及全氮）及土壤含水量,在禁牧27年达到峰值。多重分形谱函数Δf > 0,表明土壤结构特征由占比偏大的粒级主导,禁牧后期（35年）砂粒含量达到69.29%,显著高于禁牧前期（10年）;容量维数D₀变化幅度为0.866~0.891,并随禁牧年限递增;信息熵维数D₁和关联维数D₂随禁牧年限均呈先增加后减小的趋势,且在禁牧10年和15年时随土层深度递增,但在35年时随土层深度递减;D₁/D₀范围为1.012~0.904,随土层深度递减。土壤粒径分布与土壤有机碳呈显著正相关,表明土壤有机碳是影响颗粒分布的主要因素。结果表明,禁牧可以改善土壤养分及结构,但长期禁牧不利于半干旱区退化草地的恢复。