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。     

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。     

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。     

流沙地恢复过程中土壤特性演变研究

以毛乌素沙地西南缘的盐池县沙边子及位于腾格里沙漠东南缘的沙坡头地区为例,研究了该地区不同程度沙漠化土地恢复过程中土壤机械组成及土壤养分的动态变化。结果表明:不同地区或同一地区不同区域的沙漠化土地中,随着植被盖度的增加及恢复程度的增强,土壤中的粉粒、粘粒含量都有显著增加（P<0.05）,土壤质地向着壤质化和细粒化方向发展;土壤的有机质、全氮、全磷含量也有显著增加（P<0.05）;速效氮、速效磷含量也有相应的增加。土壤有机质、全氮和全磷的含量与土壤粉粒、粘粒含量呈显著正相关,且前三者之间也呈极显著正相关;但是土壤粉粒和粘粒含量与速效氮、速效磷和速效钾之间的关系则因区域和土地利用的不同表现出明显的差异。     

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。     

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。     

阿拉善荒漠草地恢复初期植被与土壤环境的变化

对阿拉善荒漠草地恢复初期(1998-2001)植被特征和土壤养分的变化进行了研究。结果表明:草地恢复过程中,植被的盖度和生物量比封育前分别增加272%~536%和44.39%~305.3%。植被的恢复使土壤理化性质发生了变化,与封育前相比土壤中有机质、全N、速效K以及细砂、特别细砂和粘粒含量显著增加;速效N、速效P降低。土壤有机质、全N和全P的含量与土壤中<0.05 mm颗粒和速效K含量呈极显著正相关,并且前三者之间也呈极显著正相关(P<0.01)。     

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。     

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。     

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.     

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。     

民勤绿洲不同演化阶段白刺灌丛沙堆表面土壤理化性质研究

以民勤绿洲作为研究区域,对不同演化阶段灌丛沙堆表面土壤样品进行了采集和分析。结果表明,随着灌丛沙堆的不断演化,土壤性质发生了显著的变化。不同演化阶段灌丛沙堆表面颗粒组成仍以砂粒为主,从雏形阶段到稳定阶段,砂粒含量逐渐减少,在稳定阶段达到最小,pH值和砂粒的变化趋势一致,粉砂、粘粒、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量增加,在稳定阶段均达到最大;灌丛沙堆活化后,其砂粒含量和pH值重新出现增加趋势,而粉砂和粘粒的含量开始减少,有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量也迅速下降;除稳定阶段迎风坡和背风坡有机质、全氮和全磷含量差异比较显著外,其他演化阶段不同坡向粒度和养分差异均不显著;有机质、全氮、速效氮的含量在灌丛沙堆演化过程中变幅最大,全磷和速效磷次之,全钾和速效钾的变幅最小。     

干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

准噶尔中南部沙尘暴源区地表沉积物粒度特征

对准噶尔中南部沙尘暴源区——艾比湖地区、克拉玛依农业开发区和古尔班通古特沙漠地表沉积物粒度组成、传统粒度参数及分维值进行了分析计算,结果表明:艾比湖流域及克拉玛依开发区广泛分布的沙质、粘土质、盐土荒漠区,特别是春季翻耕的大面积裸露农田地表物质含有大量小于0.063mm的粉砂和粘土,且粒度分维值较高,是沙尘暴的丰富物源。古尔班通古特沙漠风成沙粒径较粗,分维值较低,加之较好的植被状况,沙尘暴发生频数相对较低。粒度参数C-M图、M_z-S₀散点图和粒度分维值可以有效地表征地表松散物质的搬运-沉积特征,是描述沙尘暴发生地表条件的重要指标。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

黑河绿洲区耕作影响下的土壤粒径分布及其与有机碳的关系

选取黑河绿洲区典型土壤类型为研究对象,分析耕作对土壤粒径分布及其与土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳关系的影响。结果显示:非耕地(灰钙土、灰褐土、栗钙土)转变为耕地后,改变了10～50μm粗粉粒、50～250μm细砂粒、250～1000μm粗砂粒的含量,对<5μm的粘粒含量影响小。而风沙土变为耕地土壤后,土壤颗粒出现了细化现象。土壤粒径分布的变化也波及到了土壤颗粒与有机碳的关系,耕地与非耕地中存在异同点。相同之处在于,以50μm作为分界点,土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳与<50μm的粉粒、粘粒土壤颗粒含量呈正相关,与>50μm的砂粒呈负相关。不同之处为:耕地中土壤有机碳仅与5～10μm、10～50μm、50～250μm有关;非耕地中土壤有机碳与<1μm、1～5μm、5～10μm、10～50μm、50～250μm、250～1000μm的含量有关。分析表明,耕作是引起土壤活性有机碳增加及土壤有机碳与土壤粒径之间的关系发生变化的内在原因。