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。     

北川震后滑坡体表层土壤颗粒组成及团聚体空间变化特征

滑坡作为西南地区常见的地质灾害,对坡面土壤结构和植被扰动极大。本文以北川擂鼓镇凤凰山震后滑坡体表层土壤为研究对象,选取滑坡区(Ⅰ)、过渡区(Ⅱ)和未破坏区(Ⅲ) 3个样地,结合网格取样和室内分析,运用地统计学和经典统计学方法对其颗粒组成和土壤团聚体特征进行分析。结果表明:(1) 3样地的土壤颗粒组成均以砂粒为主,显著大于黏粒和粉粒。土壤颗粒组成分形维数与砂粒含量呈极显著性负相关,与黏粒和粉粒含量均呈极显著性正相关。(2)Ⅰ样地中5 mm的风干性团聚体含量最低,Ⅲ最高。3样地的土壤水稳性团聚体均以2 mm的粒径为主,总体上呈现出团聚体数量随粒径的减小而减小的趋势。风干和水稳性土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)值均表现为Ⅰ样地Ⅱ样地Ⅲ样地,风干性团聚体分形维数表现为Ⅰ样地≈Ⅱ样地Ⅲ样地,水稳性团聚体分形维数表现为Ⅰ样地Ⅱ样地Ⅲ样地。(3)风干和水稳性团聚体稳定性参数和土壤颗粒组成的半方差函数理论模型拟合程度均较好。除水稳性土壤团聚体MWD表现为中等强度空间自相关外,其他团聚体稳定性参数均表现为强烈空间自相关性;黏粒表现为中等空间自相关性,粉粒和砂粒表现为强烈的空间自相关。(4)风干和水稳性土壤团聚体MWD和GMD值从Ⅰ样地至Ⅲ样地大致呈逐渐增加趋势,而土壤团聚体分形维数则呈相反分布规律;土壤颗粒组成从Ⅰ样地至Ⅲ样地呈砂粒含量逐渐减少而黏粒含量逐渐增加的规律。综上,滑坡体表层黏粒土壤大量流失后,表层土壤沙砾化,土壤团聚体的稳定性降低,表现出较强的结构性空间自相关。     

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.     

开垦对科尔沁沙地土壤团聚体分布及稳定性的影响

选取科尔沁地区不同开垦年限玉米田,以沙质草地为对照,采用湿筛法测定了0—40 cm土壤各粒径团聚体分布状况,以大于0.25 mm水稳性团聚体的含量（W_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）和土壤可蚀性因子（K）为稳定性评价指标,研究随着开垦年限和土层深度变化下土壤水稳性团聚体的含量变化及稳定性差异。结果表明：（1）开垦对土壤水稳性团聚体含量产生了显著的影响,在不同土层呈现出一致性规律,整体上表现为随开垦年限增加大,团聚体含量呈现“N”型态势;（2）开垦15—20 a土壤团聚体的W_0.25、MWD和GMD值均高于其他开垦年限,D、K则相反,且上层团聚体稳定性优于下层;（3）相关分析表明,大于1 mm粒径的土壤团聚体含量与W_0.25、MWD、GMD极显著正相关（P<0.01）,而与0.5—0.25 mm、<0.25 mm粒径团聚体含量、D和K极显著负相关（P<0.01）。开垦活动提高了科尔沁地区土壤团聚体稳定性,开垦15—20 a的土壤抗侵蚀力较强,大于20 a的开垦可能会导致土地退化,应考虑通过采取保护性耕作措施等方式实现该地区土壤可持续健康发展;大于1 mm的水稳性团聚体含量可以作为评价该区域土壤质量的重要参数。     

不同水盐条件下胶州芦苇盐沼土壤水稳性团聚体的室内模拟实验研究

为了探究土壤水分和盐分对山东省胶州市东端芦苇(Phragmites australis)盐沼土壤水稳性团聚体的影响,通过室内模拟实验,选取粒径大于0.25 mm团聚体含量、团聚体平均质量直径、几何平均直径和分形维数4种指标,研究不同水、盐条件下土壤团聚体的水稳性特征。研究结果表明,在16种水、盐条件下,土壤中粒径小于0.25 mm团聚体含量最大,为33.90%～66.61%;随着培养时间的延长,粒径大于0.25 mm团聚体含量总体增加;随着土壤含水率增大,粒径大于0.25 mm团聚体含量、平均质量直径和几何平均直径都呈单峰型变化,当土壤含水率为30%时最大;随着土壤含盐量增大,粒径大于0.25 mm团聚体含量、平均质量直径和几何平均直径都在减小;分形维数与粒径大于0.25 mm团聚体含量的变化规律相反,两者显著负相关。土壤不同水、盐含量对芦苇盐沼土壤中的水稳性团聚体稳定性影响显著,相对于高水、高盐(土壤含水率为60%、土壤含盐量为2.4%)条件,土壤含水率为30%、土壤含盐量为0.9%更有利于土壤水稳性团聚体的形成和土壤结构的稳定。     

闽南山地不同密度桉树人工林土壤肥力的分形研究

以分形理论对闽南山地造林密度分别为1 125、1 225、1 325、1 625和2 225株/hm2的桉树人工林土壤结构和理化性质进行研究,建立桉树人工林土壤水稳性团聚体含量与其分形维数相关关系式,以及土壤水稳性团聚体的分形维数和对应的土壤理化性质指标的回归模型.研究结果表明,桉树林土壤水稳性团聚体的分形维数与土壤水稳性团聚体含量及理化性质呈显著回归关系,土壤水稳性团聚体含量与分形维数呈负相关.造林密度为1 325株/hm2的桉树林土壤水稳性团聚体的分形维数最小,林地水稳性团聚体含量最高,土壤结构和稳性性最好.分形理论在林地土壤肥力研究上的应用为林地评价提供了新方法.     

喀斯特山原红壤退化过程中土壤表层团聚体变化规律

山原红壤是古气候影响下残存于高原面的古红土,近年来退化严重。为认识山原红壤的退化机理及效应,以滇东喀斯特典型山原红壤发育地带为研究对象,分析了4种不同覆被条件下0~20 cm土壤表层团聚体的特征。结果表明:从草地→灌丛→松林→红裸土,土壤0.25 mm水稳性团聚体含量(WSAC)和平均重量直径(MWD)逐渐减少,分形维数(FD)显著增大;团聚体破坏率(PAD0.25)则表现为松林草地灌丛红裸土。山原红壤从有植被到无植被(红裸土)退化过程中,表层土壤的团聚体稳定性和其他物理性质劣化,抗水蚀能力变弱,有机质含量减少;草地、灌丛、松林之间的土壤团聚体特征变化不明显,尚不能准确反映植被间的退化过程。研究还表明水稳性团聚体的稳定性指标(WSAC、MWD)与容重呈显著负相关,与土壤密度呈极显著负相关,与孔隙度、通气度呈极显著正相关;有机质对水稳性团聚体的稳定性和其他物理性质具有促进作用,植被的保育是改善山原红壤结构状况的关键。     

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。     

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。     

人工草地种植模式对沙化土壤团聚体及有机质含量的影响

通过连续6年定位试验,研究了紫花苜蓿（Medicago sativa）单播、多年生黑麦草（Lolium perenne）单播、紫花苜蓿/多年生黑麦草混播3种种植模式对豫北地区土壤团聚体及其有机碳和土壤有机质的影响,并利用分形维数对土壤团聚体特性进行了量化研究。结果表明：沙化裸地和3种种植模式下土壤机械稳定性团聚体以5~3 mm和3~2 mm粒径为主,土壤水稳性团聚体以<0.25 mm粒径为主;与沙化裸地相比,3种种植模式下5~3 mm和3~2 mm 粒径土壤机械稳定性团聚体含量显著增加,而土壤水稳性团聚体的变化主要表现为<0.25 mm粒径显著减少,3~2 mm和2~0.5 mm粒径显著增加,同时≥2 mm粒径的土壤机械稳定性和水稳性团聚体有机碳含量明显增加;与沙化裸地相比,3种种植模式下土壤有机质含量均不同程度地增加,紫花苜蓿/多年生黑麦草混播 > 紫花苜蓿单播 > 多年生黑麦草单播,且随土层的加深而降低,呈现表聚性特征;无论机械稳定性还是水稳性团聚体,土壤质量分形维数（D_m）沙化裸地 > 多年生黑麦草单播 > 紫花苜蓿单播 > 紫花苜蓿/多年生黑麦草混播;5~3 mm和3~2 mm粒径的土壤机械稳定性和水稳性团聚体与有机碳含量极显著正相关（P<0.01）,与土壤有机质含量极显著相关（P<0.01）。相对于沙化裸地,豫北地区人工草地建植6年后能够有效改善土壤团聚体特性,优化土壤主要理化性状,其中又以紫花苜蓿/多年生黑麦草混播为最佳的种植模式。     

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。     

黄土粒度分维在公路自然区划中的应用探讨

针对当前黄土地区公路自然区划宏观程度高、实际难应用等问题,研究新的区划方案、寻找理想的区划指标意义重大。以分形理论为基础,分析了甘肃黄土粒度分布的分形结构特征。结果显示,黄土具有良好的统计自相似性,其分维值介于2.15~2.705之间;黄土的粒度分维值可定量表征黄土的物理、力学和水理性质及差异,即黄土的粒度分维值越大,其干密度、比表面积、粘聚力、内摩擦角越大,微、小孔隙含量越高,但其平均孔径、孔隙比、湿陷系数和渗透系数越小,其工程地质性质愈稳定;在空间上,黄土粒度分维值存在显著的区域性变化规律,反映了甘肃黄土地区二级公路自然区划的5个二级区的差异。认为黄土粒度分维值可作为公路自然区划的主要指标之一,参与三级区的划分,为公路工程的设计、施工提供科学依据。     

土地利用方式对土壤有机碳和团聚体组分特征的影响

以广东省内第四纪红色黏土、玄武岩和花岗岩母质发育的土壤为研究对象,采集不同土地利用方式（水田、旱地、林地、果园/草地）下表层（0~15 cm）和亚表层（15~30 cm）土壤,研究土壤有机碳及其组分（腐殖质碳、易氧化有机碳）、土壤团聚体及其稳定性,分析土壤有机碳及其组分与土壤团聚体及其稳定性之间的相互关系。结果表明：土地利用类型、成土母质等影响土壤有机碳及其组分。3种母质发育的土壤中,各腐殖质组分占有机碳的比例是胡敏酸碳（HAC）＜富里酸碳（FAC）＜胡敏素碳（HMC）,第四纪红色黏土母质发育土壤腐殖酸碳（HAC＋FAC）以草地最高、水田最低;玄武岩、花岗岩母质发育土壤腐殖酸碳以果园最高。土壤中易氧化有机碳所占比例均高于惰性态,第四纪红色黏土母质发育土壤易氧化有机碳占有机碳比例以草地最高、旱地最低;玄武岩、花岗岩为果园最高、林地最低。3种母质发育土壤团聚体（湿筛）主要以＜0.25 mm微团聚体为主,表层土壤＞0.25 mm团聚体所占比例、团聚体平均重量直径（MWD）、团聚体破坏率（PAD）大于亚表层。土壤有机碳各组分均随着有机碳质量分数的增加而增加,＞0.25 mm团聚体质量分数和团聚体MWD随着土壤有机碳及其组分质量分数的增加而增大;PAD随着土壤易氧化碳组分质量分数增加而降低,易氧化有机碳组分有利于土壤中形成较大的团聚体,并增加团聚体水稳性。     

苏宏图戈壁沉积物分形空间变异性及其成因

戈壁沉积物组分结构具有分形特征,能否利用分形特征及其变异性指示戈壁地表沉积物形成过程中的风沙作用目前认识不足。通过计算内蒙古苏宏图戈壁地表表层沉积物的分形维数值并分析了其空间变异性。结果表明:沉积物分形维数值随0.050~0.179 mm跃移组分含量的增大而增大,随0.179~20.919 mm蠕移及风蚀残余组分含量的增大而减小。风为塑造戈壁地貌的主导因素,戈壁沉积物分形值小于冲积、洪积作用下的泥石流沉积物(2.630~2.738),大于风力作用为主的沙漠、黄土沉积物(2.122、1.930)。风力使戈壁形成“均质面”,空间变异程度为中等空间相关性(32.8%):主导上风向裸露戈壁地表,沉积物以蠕移及风蚀残余组分为主(平均含量59.88%),分形维数均值为2.39;下风向半荒漠戈壁地表,沉积物以跃移组分为主(平均含量46.96%),分形维数均值分别为2.45、2.48,受主导风影响较弱的山间砂砾质地表,蠕移及风蚀残余组分含量较多(平均含量58.22%),分形维数均值为2.46。分形及其变异性指标可反映戈壁沉积物组分变化中的风沙作用过程。     

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。     

The fractal geometry of the surface ruptures of the 1999 Chi-Chi earthquake, Taiwan

The 1999 September 20 Chi-Chi earthquake is the largest seismic event which occurred in the island during the twentieth century. Available seismic data relative to this earthquake are of high quality, and surface ruptures identified as features associated to the Chelungpu fault can be clearly observed at the surface and precisely mapped. We calculated the fractal dimension ( D ) and b value of Gutenberg–Richter law for 6-month aftershocks of the Chi-Chi earthquake for the fault area, and find that the surface ruptures exhibit self-similar geometry only within specific ruler intervals. The D values of the surface ruptures reflect the fault slip and geometry at depth. More importantly, the small-size aftershocks seem more likely to occur within high D value and high b value areas, whereas small D value and small b value areas have a high potential for medium- and large-size aftershocks.