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。     

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。     

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.     

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。     

利用分形理论解决不同土粒分级标准间土壤质地资料的转换问题

基于分形理论,选取黄土高原南部厢寺川林场地区20个典型样点,每个样点取3个剖面,共60个土样的实测土壤颗粒粒径分布数据,分别应用分形模型、对数正态模型、逻辑生长模型、WEIBULL模型预测土壤颗粒累积百分含量,提出一种预测土壤颗粒粒径分布的分形模型。结果表明,在0.002～0.1mm粒级范围内,分形模型对已知土壤资料的粒级个数和预测粒级的大小等因素并不敏感,具有较高的预测精度和稳定性;与对数正态模型、逻辑生长模型和WEIBULL模型相比,分形模型的总体预测误差最小且未出现大误差数据,可以有效对不同土粒分级标准间土壤质地资料进行转换。     

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.     

沙粒级配和沙丘分布的分形分析

研究了沙粒级配和沙丘分布的分形特征,并对其分形维数作了定量计算。结果表明:沙粒级配的粒径分布的分形维数在2.43~2.69之间,沙丘分布的盒分形维数为1.28,这对用数学模型进行风沙动力学的定量研究有重要的参考价值。     

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。     

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。     

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。     

塔里木沙漠公路防护林土壤水分特征曲线模型分析与比较

应用压力膜仪对塔里木沙漠公路防护林地0~150 cm范围的土层进行土壤水分特征曲线的脱水试验,并选取Gardner模型和VG模型对实测数据进行了拟合分析与比较。结果表明:(1)实测的土壤水分特征曲线可准确地反映土壤结构的差异性,各土层的曲线特征与其基本物理性质一一对应,即容重较小、粉粘粒含量较多的土层其持水性较强,饱和含水率和凋萎含水率也较高;物理性差异小的土层间,其土壤水力性质接近。(2)由VG模型得到的土壤饱和含水率均值为0.429 cm³· cm^-3,凋萎含水率均值为0.040 cm³· cm^-3。由Gardner模型得到的各土层由于各层的物理性状差异造成持水性由强到弱,依次为0~5 cm, 40~60 cm, 100~150 cm, 60~100 cm, 5~40 cm;土壤易效水与难效水的平均临界点水势值为1.5×10⁵ Pa,均值凋萎含水率对应的水势值为15.0×10⁵ Pa。以上结果均较符合砂质土地的实际情况。(3)两种模型均可用于拟合防护林沙质土的土壤水分特征曲线,但VG模型在低吸力段的拟合精度较高, Gardner模型在中吸力段的拟合精度稍高,整体上, VG模型的模拟效果优于Gardner模型。旨在揭示高矿化度咸水滴灌条件下塔里木沙漠公路防护林不同土层的土壤水分曲线特征及其最优拟合模型,为之后开展区域水盐运移数值模拟等研究提供理论依据。     

塔里木河中游主要植物种群的生态特征分析

根据新疆塔里木河中游植物样地的监测数据,计算了19种主要植物在土壤含水率与土壤盐分资源维上的生态位宽度及生态位重叠值,作出了反映它们相似程度的最小生成树图;探讨了19种植物的生态位特征及各物种在二维环境因子上的相似关系。结果表明:建群种对环境变化的生态适应性较强,在二维生态因子上的生态位宽度值较大,乔灌植物普遍具有较大的生态位宽度(个别物种除外),草本植物除建群种外生态位宽度相应较小,并对个别物种生态位的变化进行了分析。由于环境条件的影响和胁迫,塔里木河中游物种间的生态位重叠值普遍较低。根据最小生成树图分析了19种植物在二维环境因子上的生态相似关系     

塔里木河干流植被遥感监测时空多尺度协同分析方法

利用遥感植被指数、典型植被样方和地面观测信息进行塔里木河干流植被监测是目前的主要方法。由于塔里木河干流具有流域下垫面均匀性差,自然植被随机分布的特点,使得现有研究方法局限在特定的时间和空间尺度,很难使用地面的观测数据和不同尺度的遥感数据进行植被生长状态的协同分析。针对这些问题,本文提出了利用不同分辨率遥感数据和地面观测数据进行多尺度协同分析的方法MSSA(Multiple Scale Synergy Analysis)。该方法包括以下几个步骤:①通过低空间分辨率的遥感数据构建时间序列的塔里木河干流植被指数分布图像,在分析图像特征的基础上划分塔里木河遥感监测单元;②对监测单元内部不同组分的时间和空间状态参数进行量化与率定;③根据几何光学模型原理和植被随机分布特性,采用线性混合模型模拟单元植被指数;④根据模拟结果和遥感数据的对比分析,获得地面植被参量的可靠估计。该方法将地面组分的状态参量和遥感数据通过模拟模型相关联,实现了不同时空尺度遥感数据以及地面样方或者点观测数据的协同分析,为塔里木河干流植被监测进行长期、细致的研究建立了海量数据综合分析的方法体系。     

艾比湖地区南北典型断面的土壤粒度特征

通过对艾比湖典型断面土壤粒度特征分析,发现研究区粒径组成以中粉沙为主,质地以砂质壤土为主,土壤垂向粗骨化明显。土壤分选性较差,粒度分布多为正偏,峰态多为窄峰态,表明该区土壤母质来源丰富,搬运-沉积环境异质性显著,但流水作用突出。北断面的分维值高于南断面,这与南断面分选性好于北断面相吻合。不同地区的概率累计曲线类型各异,但都富含悬移组分,并且对环境敏感的粒度组分大都在60 μm上下,说明研究区土壤母质以水成沉积环境为主的基础上,叠加有风成碎屑。     

基于PTFs的干旱地区土壤饱和导水率的尺度扩展

土壤饱和导水率的空间分布是流域水文模拟及溶质运移研究的先决条件.基于塔里木河干流108个剖面的土壤质地、有机质及容重等测试数据,运用4种土壤传递函数(PTFs)进行土壤饱和导水率预测与检验,分析土壤饱和导水率的空间变异性并计算合理采样数量,并通过尺度上推的方法预测流域尺度土壤水力参数的空间分布特征.结果表明:Campbell模型为4种PTFs模型中最适合本研究区的土壤传递函数.从空间分布的预测结果来看,不同层土壤饱和导水率的分布特征具有相似性,而深层土壤饱和导水率大于浅层.     

塔里木河的水资源利用与生态保护

分析塔里木河1956~2000年间水资源开发利用过程中的生态与环境问题时发现,进入90年代,塔里木河源流区的山区来水量增加了约10.9 %,但是,源流区补给塔里木河干流的水量却减少了18.83 %。三源流灌区用水量的增加导致塔里木河干流区的来水量不断减少,而塔里木河下游来水量的大幅度减少,则是因塔里木河干流上中游耗水量的增加引起。塔里木河干流自身沿程水量变化对下游水量减少的影响,远大于塔里木河上游三源流来水变化对下游造成的影响;塔里木河下游来水量的锐减,造成下游河道断流321 km,尾闾湖泊干涸,地下水位下降,天然植被衰败,沙漠化过程加剧。     

塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。