不同土地利用类型土壤颗粒分形特征与粘粒含量的关系

不同土地利用类型土壤颗粒分形特征与粘粒含量的关系

任婷婷;王瑄;陈雯静;邱野

【摘要】为研究不同土地利用方式对土壤颗粒的影响,解决土壤形态和过程复杂等问题.采用激光粒度分布仪对辽宁省铁岭市泉河流域的坡耕地、果树台田、人工林地和天然次生林4种利用类型土壤粒径含量进行测定,利用分形法对其特征进行分析,并建立坡耕地、果树台田、人工林地和天然次生林4种不同的土地利用方式土壤颗粒分形维数与土壤粘粒含量的曲线关系模型.结果表明:不同土地利用类型中坡耕地主要以粉粒为主,天然次生林和人工林地均主要以细砂粒为主,果树台田主要以极细砂粒为主;土壤颗粒的分形维数主要是由土壤中粘粒含量决定的,分形维数大小依次为:果树台田分形维数＜林地分形维数＜天然次生林分形维数＜坡耕地分形维数.土壤粘粒含量与土壤颗粒分形维数呈显著相关关系.%For studying the effects of different land use ways on soil particle and solving the problems of the complex soil morphology,process,the contents of the soil particle size of slope field,fruit tree table field,artificial forest land and natural secondary forest land in the spring river basin were determined by using the laser article size distribution instrument,and their characteristics were also analyzed by using fractal method.The curve relation mathematical models on the fractal dimension of soil particle and soil clay content were established according to the slope field,fruit tree table field,artificial forest land and natural secondary forest land.The results revealed that silt the main part of the slope land,fine sand was the main part of natural secondary forest land and artificial forest land,and very fine sand was the main part of fruit tree table field.Soil fractal dimension was mainly

composed of the soil clay content decision,land the order of Soil fractal dimension from high to low was fruit tree table field and ＜ forest land ＜natural secondary forest land ＜ slope land.Soil clay content was found to have a significantly positive relationship with the correlation coefficient of fractal dimension of soil particles.

【期刊名称】《沈阳农业大学学报》

【年(卷),期】2013(044)002

【总页数】6页(P202-207)

【关键词】土壤颗粒;分形维数;粘粒含量;相关分析

【作者】任婷婷;王瑄;陈雯静;邱野

【作者单位】沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161

【正文语种】中文

【中图分类】P338.6

自从1967年MANDELBROT BB提出将分形定义为组成部分与整体以某种方式相似的“形”为标志而建立以来，为研究自然界中复杂和不规则几何形体提供了一种有效工具[1]。土壤是一种由不同颗粒组成、具有不规则形状和自相似结构的多孔介质，具有一定的分形特性[2-5]。ARYA等[6]和TURCOTTE[7]研究了土壤颗粒的分形现象及其分形维数的计算方法，提出用土壤粒径分布的体积和数量计算分形

维数，由于常规试验得到的往往是土壤粒径的重量分布数据，实际应用表明这一方法难以直接利用。鉴于此，杨培岭[8]和TYLER[9]分别对粒径分布的计算方法进行了改进，提出用土壤颗粒的重量分布直接计算粒径分布的分形维数，来表征土粒直径的大小和质地组成的均匀程度。用粒径的重量分布描述土壤颗粒组成和团粒大小组成的分形维数等，使得定量描述土壤结构特征成为可能[10-11]。张世熔[12]、廖尔华[13]、邓良基[14]针对某一土壤类型，对土壤颗粒分形特征进行研究并指出分形维数与土壤质地、理化性质等关系密切；刘建立[15]、黄冠华[16]对土壤导水性与分形维数的关系做了些探讨，认为分形模型可以预测土壤水力特性；部分学者[6，17]从土地沙漠化、农田退化等角度对土壤颗粒分形维数的作用进行了讨论，发现分形维数对土地退化具有一定的指示作用。贾晓红等[18]探讨了干旱沙区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征，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。杨爱霞等[19]研究了甘家湖湿地边缘带不同景观变化类型土壤颗粒体积分形维数的特征，表明湿地边缘带土壤荒漠化演变中砂粒含量在逐渐上升，粉粒、粘粒含量逐渐下降。杨慧玲等[20]运用土壤粒径质量分布原理与分形理论，对大黑山生态修复区6种不同植被类型土壤颗粒分形特征进行研究，表明不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤粒径＜0.05mm的粘粒含量和粒径0.05～0.25mm之间的粉粒含量呈明显的线性正相关关系，土壤的颗粒越小，细粒含量越高，分形维数越大。

东北黑土区是世界仅存的“四大黑土区”之一，伴随着粮食总产量与种植面积的持续增长。东北黑土区在大面积开发垦殖过程中，亦发生了严重的水土流失问题，主要表现在黑土层的流失和水土流失中形成的侵蚀沟。目前国内关于土壤的分形特征研究多是针对黄土高原，以及我国东部、东南部地区，因此，本研究以辽宁省铁岭市泉河流域为例，利用分形理论分析了不同土地利用方式下土壤颗粒分形特征，建立分形维数与不同粒级间的回归关系，以期为泉河流域不同土地利用方式下土壤的