巖溶山區(qū)耕地利用變化下土壤分形特征研究.pdf

1、土壤是一種由大小不同的顆粒組成的具有不規(guī)則性和具有自相似性結構的多孔介質,具有一定的分形特征,作為描述土壤分形結構的分形維數(shù)能集中反映土壤的結構和性質。因此,本文主要選取渝東南巖溶區(qū)域耕地及撂荒地土壤剖面為研究對象,采用馬爾文激光粒度分析儀獲得土壤粒徑分布數(shù)據(jù),通過分形模型計算了土壤顆粒體積分形維數(shù),探討了分形維數(shù)和土壤粒級的關系,同時以二者表層土樣為例進行了多重分形分析。通過定量化描述農(nóng)耕活動對土壤結構和質地狀況的影響,以期為更深入研

2、究喀斯特典型生態(tài)脆弱區(qū)土壤退化機制,生態(tài)環(huán)境恢復等方面提供科學的理論和技術支持。主要研究結論有:
　　 (1)耕地土壤粘粒體積百分含量大于撂荒地,而計算結果表明耕地土壤顆粒體積分形維數(shù)D值大于撂荒地。通過對兩剖面土壤顆粒體積分形維數(shù)與土壤粒級百分含量的相關分析表明:土壤顆粒體積分形維數(shù)D值與土壤粘粒(<0.002mm)百分含量呈極顯著的正相關關系,粘粒的體積百分含量越高,也即土壤質地越細,土壤顆粒體積分形維數(shù)D值也就越大;土壤顆

3、粒體積分形維數(shù)D值也與土壤粘粒體積百分含量與在兩剖面呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。這表明了土壤顆粒體積分形維數(shù)D值主要受粘粒體積百分含量的影響,同時它也可以成為一個定量評估土壤質地差異的指標。
　　 (2)根據(jù)計算反映土壤質地均一程度的均勻指數(shù)Iu,結果表明,耕地剖面均勻指數(shù)Iu大于撂荒地剖面,也即表明撂荒地剖面土壤質地較耕地剖面更均一。同時根據(jù)相關分析結果表明,撂荒地土壤分形維數(shù)D值與均勻指數(shù)Iu的關系呈現(xiàn)出極顯著的線性關系,這表明土

4、壤顆粒體積分形維數(shù)D值除了受粘粒體積百分含量的影響之外,土壤質地均一程度對土壤分形特征也有影響。土壤顆粒體積分形維數(shù)D值能夠反映土壤質地的均一程度。
　　 (3)通過對兩剖面表層土壤顆粒分布數(shù)據(jù)采用多重分形計算結果表明,耕地土壤廣義維數(shù)譜參數(shù)的D(q)值在整個q區(qū)間上的變化大于撂荒地,表明表層耕地土壤顆粒的分布不規(guī)則程度大于撂荒地。多重分形譜函數(shù)f[α(q)]-α(q)為一不對稱上凸曲線,耕地的多重分形結構比撂荒地土壤更明顯,其

5、不對稱程度大于撂荒地。
　　 (4)通過對兩剖面土壤顆粒組成變化分析結果表明,人類農(nóng)耕活動可以增加土壤中粘粒體積百分含量,尤其是對上層耕作土壤影響明顯,對上層土壤的耕作活動可使其土壤顆粒均質化,也即土壤分形維數(shù)D值變化較小。深層土壤因其人類活動影響較小,更多的受土壤粘化作用和粘粒淀積作用而產(chǎn)生較多的粘粒細粒物質,且變化不均勻,作為主要反映土壤粘粒變化的分形維數(shù)D值自然也會隨之增大且變化幅度較大。土壤分形維數(shù)可以作為區(qū)域耕地土壤質