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。     

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。     

科尔沁沙地樟子松人工林土壤粒径分布特征

为揭示科尔沁沙地不同林龄沙地樟子松人工林对风沙土粒径分布特征的影响,以中龄、近熟和成熟沙地樟子松人工林风沙土为研究对象,以裸沙地风沙土为实验对照,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算分析土壤粒度参数特征,绘制土壤粒配曲线。结果显示：（1） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土以砂粒为主,其次是粉粒,黏粒含量最少。随林龄的增长,土壤黏粒、粉粒含量呈增加趋势,砂粒含量呈减少趋势。裸沙地风沙土砂粒含量多高于同层林地土壤。（2） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土质地较粗,分选性较差,偏度值多为正偏度,峰度值多为尖窄,0~10 cm和10~20 cm风沙土分形维数分别为2.18~2.43和1.98~2.17。裸沙地风沙土质地更粗,分选性更好,分形维数更小。（3） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土的粒度频率分布曲线均为双峰型。随林龄的增长,10~20 cm风沙土的土壤颗粒细化滞后于0~10 cm。林地悬移组分的含量高于裸沙地,裸沙地跃移组分的分选性高于林地。科尔沁沙地不同樟子松人工林风沙土粒径分布特征存在显著差异,本研究结果可为科尔沁沙地土地沙漠化防治及生态修复提供理论依据。     

土地覆盖类型对科尔沁沙地南缘土壤有机碳储量的影响

研究了科尔沁沙地南缘土地覆盖由流动沙地向人工林地、农田及固定沙地等转变后,0~60 cm土层有机碳储量的变化。结果表明：农田土壤有机碳含量增加最明显,为流动沙地的3.97倍且相同层间差异均显著;樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林地、新疆杨（Populus alba var. pyramidalis）林地、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）群落土壤有机碳含量较流动沙地分别增加79.78%、138.20%、73.07%,差异主要在0~20 cm土层;围封草地和中度放牧草地分别增加116.85%和133.71%,差异主要在0~40 cm土层;固定沙地比流动沙地增加49.44%,差异主要在0~20 cm土层。土地覆盖类型转变后,由于受到土壤容重的影响,土壤有机碳密度在0~20 cm土层变化较明显。8种土地覆盖类型可分为4组：CL1（农田）、CL2（新疆杨林地、围封草地、中度放牧草地）、CL3（樟子松林地、小叶锦鸡儿群落、固定沙地）和CL4（流动沙地）。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也随着土地覆盖类型的变化而不同。     

中国北方农牧交错带鄂尔多斯高原段土壤表层粒度特征

土壤粒度是描述土壤性质的重要参数，研究农牧交错带土壤表层粒度对土壤质量和沙化程度评价具有科学意义。对不同沉积物类型及土地利用方式土壤表层（0~5 cm深度）粒度进行分析。结果表明：（1）沙黄土、覆沙黄土残积物、风化残积物中粉粒最多，其次为极细砂和细砂，这3个粒级含量之和表现为沙黄土（96.51%） > 覆沙黄土残积物（88.29%） > 风化残积物（77.58%）；风成沙土壤表层以细砂（53.85%）和中砂（26.13%）为主。（2）平均粒径由小到大依次为沙黄土（4.78Φ）、覆沙黄土残积物（4.62Φ）、风化残积物（3.80Φ）、风成沙（2.46Φ）；分选性由差到好依次为风化残积物、覆沙黄土残积物、沙黄土、风成沙；偏度呈现为正偏或极正偏；峰值表明风成沙（2.30）粒径分布最为集中。（3）同一地表沉积物中，砾石和极粗砂等粗颗粒在农田较多，粉粒在草地较多，极细砂在林地较多；风成沙中，粉粒在固定沙丘略多，细砂在半固定沙丘较多，砾石、极粗砂等粗颗粒仅在流动沙丘地中分布。（4）土壤颗粒分形维数表现为沙黄土（2.5242） > 覆沙黄土残积物（2.4373） > 风化残积物（2.3554） > 风成沙（2.2815）；地表沉积物类型不同，表层土壤分形维数与粒级含量相关性有着明显差异。     

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。     

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。     

红壤丘陵区耕层土壤颗粒的分形特征

以土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型分析了红壤丘陵区耕层土壤颗粒的分形维数。结果表明,13个耕层土壤颗粒的分形维数D为2.772~2.897,其中紧砂土2.788,砂壤土2.807,中壤土2.814,轻壤土2.817。分形维数随土壤质地的变细而增大;由北向南,逐渐增加;成土母质对土壤颗粒的分形维数影响较大;D与全氮含量达极显著正相关,与有机质含量、全磷含量达显著正相关,D与有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量的复相关达极显著水平。     

高寒地区生态修复草地和林地土壤颗粒有机碳分解特征

为探讨高寒地区生态修复用地土壤颗粒有机碳（POC）分解特征,以祁连山南坡的修复草地和修复林地为研究对象,使用离心法将土壤分为砂粒（2 000—50 μm）、粉粒（2—50 μm）和黏粒（<2 μm）,对土壤颗粒有机碳含量、土壤颗粒有机碳分配及颗粒有机碳稳定同位素组成特征进行了研究。结果表明：（1）两种修复用地均能提高颗粒有机碳的含量,新增的颗粒有机碳在修复草地中以砂粒有机碳为主体,在修复林地以粉粒和黏粒有机碳为主体。（2）3种土壤颗粒δ¹³C值均随粒径变小而增大,δ¹³C值与颗粒有机碳含量对数的回归斜率随着粒径变小而降低,修复林地叶片与表土有机碳的δ¹³C值分馏幅度高于修复草地,根系与表土有机碳的δ¹³C值分馏幅度小于修复草地。（3）修复草地砂粒、粉粒、黏粒有机碳平均周转时间分为9、20、34 a,修复林地分别为20、29、94 a,且两种修复用地的3种颗粒有机碳周转时间均有随修复年限增加而变长趋势。两种生态修复用地土壤颗粒有机碳的分解程度和周转速率均随着粒径减小而增大,从叶片转换为黏粒有机碳的过程中,修复林地周转速率较大,从根系转换成黏粒有机碳的过程中,修复草地更快。     

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。     

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。     

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”。     

内蒙古典型草原区土壤硬度与土壤水分的空间变化分析——以锡林浩特为例

近些年来,内蒙古草原及其变化已经受到有关方面的关注,通过研究调查内蒙古草原区的几个典型植被类型,共49个样地的土壤硬度与土壤水分。土壤硬度测量深度为0~20 cm,土壤水分测量深度为0~40 cm(10 cm取一个土样),并分析了两者的空间分布规律。分析结果显示,典型草原三种植被类型的土壤硬度随其深度增加而增加,而就全部样地来说,土壤水分随其土壤深度增加没有明显的变化。土壤硬度与土壤水分的相关性不强。通过49个样地的四层硬度进行PCA分析,显示出四层硬度对测量点第一主成分的作用差不多,这样,可以求取四层硬度的平均值作为该测量点的硬度,利用Arcinfo软件形成硬度分布图,看出本研究区的土壤硬度大致可以分成3区域:北部硬度较大,中部其次,南部沙地硬度较小。     

The effect of environmental factors on spatial variability in land use change in the high-sediment region of China’s Loess Plateau

In areas with topographic heterogeneity, land use change is spatially variable and influenced by climate, soil properties, and topography. To better understand this variability in the high-sediment region of the Loess Plateau in which soil loss is most severe and sediment diameter is larger than in other regions of the plateau, this study builds some indicators to identify the characteristics of land use change and then analyze the spatial variability as it is affected by climate, soil property, and topography. We build two indicators, a land use change intensity index and a vegetation change index, to characterize the intensity of land use change, and the degree of vegetation restoration, respectively. Based on a subsection mean method, the two indicators are then used to assess the spatial variability of land use change affected by climatic, edaphic, and topographic elements. The results indicate that: 1) Land use changed significantly in the period 1998-2010. The total area experiencing land use change was 42,302 km2, accounting for 22.57% of the study area. High-coverage grassland, other woodland, and forest increased significantly, while low-coverage grassland and farmland decreased in 2010 compared with 1998. 2) Land use change occurred primarily west of the Yellow River, between 35 and 38 degrees north latitude. The four transformation types, including (a) low-coverage grassland to medium-coverage grassland, (b) medium-coverage grassland to high-coverage grassland, (c) farmland to other woodland, and (d) farmland to medium-coverage grassland, were the primary types of land use change, together constituting 60% of the area experiencing land use change. 3) The spatial variability of land use change was significantly affected by properties of dryness/wetness, soil conditions and slope gradient. In general, land use changed dramatically in semi-arid regions, remained relatively stable in arid regions, changed significantly in clay-rich soil, remained relatively stable in clay-poor soil, changed dramatically in steeper slopes, and remained relatively stable in tablelands and low-lying regions. The increase in vegetation coincided with increasing changes in land use for each physical element. These findings allow for an evaluation of the effect of the Grain to Green Program, and are applicable to the design of soil and water conservation projects on the Loess Plateau of China.     

夏季不同土壤湿度和天气背景条件下绿洲土壤温湿特征的个例分析

 利用在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲沙漠能量和水分循环观测试验(JTEX)”获得的2005年5—7月的补充观测资料,分析了在不同土壤湿度和天气背景条件下的夏季绿洲农田土壤温、湿场特征。结果表明：一般来说,对于5—40 cm深度的土壤,随着深度的增加其湿度也随之增加。5 cm、10 cm的土壤湿度具有明显的日变化,且在中午时最为湿润;20 cm土壤湿度的日变化幅度小于上两层,变化趋势却与5 cm的相反;40 cm土壤湿度的日变化不明显。晴天浅层的土壤湿度日变化大于阴天。晴天个例中,土壤湿度较大时,5 cm土壤在白天比10 cm的湿润;当土壤较为干燥时,全天浅层土壤湿度都小于较深层的。各层土壤温度在一个中心值周围分布, 40 cm深度以上土壤温度均具有明显的日变化;土壤温度的极值出现时间滞后于地表温度,离地面的距离越大,峰值出现的时间比地表温度滞后的越长,且变化幅度越小。晴天的土壤湿度越小,浅层土壤湿度日变化幅度就越大,各层土壤温度也就越高。土壤深层基本不受天气情况的影响,但受灌溉的影响较大。     

The effect of environmental factors on spatial variability in land use change in the high-sediment region of China’s Loess Plateau

In areas with topographic heterogeneity, land use change is spatially variable and influenced by climate, soil properties, and topography. To better understand this variability in the high-sediment region of the Loess Plateau in which soil loss is most severe and sediment diameter is larger than in other regions of the plateau, this study builds some indicators to identify the characteristics of land use change and then analyze the spatial variability as it is affected by climate, soil property, and topography. We build two indicators, a land use change intensity index and a vegetation change index, to characterize the intensity of land use change, and the degree of vegetation restoration, respectively. Based on a subsection mean method, the two indicators are then used to assess the spatial variability of land use change affected by climatic, edaphic, and topographic elements. The results indicate that： 1） Land use changed significantly in the period 1998-2010. The total area experiencing land use change was 42,302 km2, accounting for 22.57%of the study area. High-coverage grassland, other woodland, and forest increased significantly, while low-coverage grassland and farmland decreased in 2010 compared with 1998.2） Land use change occurred primarily west of the Yellow River, between 35 and 38 degrees north latitude. The four transformation types, including （a） low-coverage grassland to medium-coverage grassland, （b） medium-coverage grassland to high-coverage grassland, （c） farmland to other woodland, and （d） farmland to medium-coverage grassland, were the primary types of land use change, together constituting 60% of the area experiencing land use change. 3） The spatial variability of land use change was significantly affected by properties of dryness/wetness, soil conditions and slope gradient. In general, land use changed dramatically in semi-arid regions, remained relatively stable in arid regions, changed significantly in clay-rich soil, remained relatively stable in clay-poor soil, changed dramatically in steeper slopes, and remained relatively stable in tablelands and low-lying regions. The increase in vegetation coincided with increasing changes in land use for each physical element. These findings allow for an evaluation of the effect of the Grain to Green Program, and are applicable to the design of soil and water conservation projects on the Loess Plateau of China.