川中丘陵區(qū)土壤顆粒分形維數(shù)特征及影響因素研究.pdf

1、土地是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，具有數(shù)量的有限性，空間位置的固定性，性狀的地域差異性，功能的永久性等特征，是一種不可再生資源。隨著城市化的發(fā)展、工業(yè)化的興起，人類對(duì)地球表層系統(tǒng)的改造愈加廣泛而深刻。不合理的土地利用方式不僅導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，而且無(wú)序化的發(fā)展態(tài)勢(shì)也嚴(yán)重制約著整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)與協(xié)調(diào)發(fā)展。水土流失問(wèn)題是我國(guó)重大的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，位于長(zhǎng)江中上游的四川盆地丘陵區(qū)是我圍水上流失發(fā)生最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，水土流失面積占幅員面積的

2、65％～70％，無(wú)保護(hù)措施的大面積墾殖，過(guò)度采伐，造成了土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤肥力降低，加劇了當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化，水土流失在很大程度上制約了該區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。 從80年代起，分形理論作為描述不規(guī)則幾何形體的有效方法應(yīng)用于土壤學(xué)領(lǐng)域，解決了用傳統(tǒng)方法無(wú)法或很難解決的問(wèn)題。大量研究結(jié)果表明，土壤是具有典型分形特征的自相似系統(tǒng)，在土壤粒徑、顆粒表面、顆粒體積，顆?？紫兜染哂薪y(tǒng)計(jì)意義上的自相似，即局部與整體有相同的統(tǒng)計(jì)分

3、布，可采用分形維數(shù)來(lái)描述。因此，運(yùn)用分形理論對(duì)該地區(qū)的土壤顆粒進(jìn)行研究以便改善土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地狀況進(jìn)而治理水土流失具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本研究以川中丘陵區(qū)內(nèi)江市為例，在野外采樣，室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上得出如下研究成果： (1)川中丘陵區(qū)195個(gè)土壤樣品的分形維數(shù)介于2.794～2.996之間；研究區(qū)域內(nèi)成土母質(zhì)侏羅系自流井組(J2z)、侏羅系遂寧組(J3s)、侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)和侏羅系沙溪廟組(J2s)的平均分形維數(shù)分

4、別為2.9325、2.9170、2.9086、2.9306(A&Z模型)；2.8135、2.7764、2.7550、2.8130(YPL模型)，均表現(xiàn)出自流井組＞沙溪廟組＞遂寧組＞蓬萊鎮(zhèn)組。不同利用方式下，土壤顆粒分形維數(shù)具有明顯分異特征，表現(xiàn)為林地＞耕地＞荒草地。其均值為：2.9341＞2.9261＞2.9019(A&Z模型)；2.8168＞2.7993＞2.7401(YPL模型)。不同坡位上，土壤顆粒分形維數(shù)呈現(xiàn)出隨海拔降低而增大的

5、趨勢(shì)，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知：丘頂最小，丘腰次之，丘腳最大。其值得變化范圍在2.9066～2.9341(A&Z模型)，2.7504～2.8206(YPL模型)。 (2)土壤顆粒分形維數(shù)與砂粒含量成顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒、粘粒含量成顯著正相關(guān)；相關(guān)分析可知，土壤分形維數(shù)主要與粒徑小于0.05mm的細(xì)顆粒物質(zhì)成顯著正相關(guān)，表明土壤顆粒分形維數(shù)是反映土壤質(zhì)地的一個(gè)較好指標(biāo)。 (3)土壤顆粒分形維數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)含量具有顯著相關(guān)關(guān)系，即有機(jī)質(zhì)

6、含量越高，分形維數(shù)越大。林地、荒草地、耕地的有機(jī)質(zhì)含量為16.47Kg.g-1、14.00Kg.g-1，13.48Kg.g-1，其土壤分形維數(shù)分別為2.934(A&Z模型)、2.817(YPL模型)，2.902(A&Z模型)、2.740(YPL模型)，2.926(A&Z模型)、2.799(YPL模型)。 (4)從空間變異性分析看，土壤顆粒分形維數(shù)的空間分布呈現(xiàn)與丘體的等高線走向基本一致的特征，丘體底部和沖溝處為高值區(qū)，低值區(qū)多分

7、布在丘體中上部，其值由低值區(qū)的2.794～2.858增至高值區(qū)的2.966～2.996。 (5)綜合成土母質(zhì)、土地利用、景觀位置因素，可知A&Z模型求得的土壤顆粒表面分形維數(shù)大于楊培嶺模型求得的土壤顆粒粒徑分布分形維數(shù)，因A&Z模型是由土壤孔隙與土粒之間關(guān)系以及分形學(xué)原理，采用積分法推導(dǎo)得出，而楊培嶺模型是以土粒的質(zhì)量密度為一恒量，且不考慮不同土粒形狀差異為基礎(chǔ)的，所以A&Z模型較之楊培嶺模型更具有分形學(xué)意義。 (6)土