川中丘陵區(qū)土壤顆粒分形維數特征及影響因素研究.pdf

1、土地是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，具有數量的有限性，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致生態(tài)環(huán)境惡化，而且無序化的發(fā)展態(tài)勢也嚴重制約著整個社會經濟的持續(xù)與協(xié)調發(fā)展。水土流失問題是我國重大的生態(tài)環(huán)境問題，位于長江中上游的四川盆地丘陵區(qū)是我圍水上流失發(fā)生最為嚴重的地區(qū)之一，水土流失面積占幅員面積的

2、65％～70％，無保護措施的大面積墾殖，過度采伐，造成了土壤結構破壞，土壤肥力降低，加劇了當地及周邊地區(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)域的社會經濟的健康發(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用于土壤學領域，解決了用傳統(tǒng)方法無法或很難解決的問題。大量研究結果表明，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)計意義上的自相似，即局部與整體有相同的統(tǒng)計分

3、布，可采用分形維數來描述。因此，運用分形理論對該地區(qū)的土壤顆粒進行研究以便改善土壤結構、土壤質地狀況進而治理水土流失具有重要的理論價值和現實意義。本研究以川中丘陵區(qū)內江市為例，在野外采樣，室內分析的基礎上得出如下研究成果： (1)川中丘陵區(qū)195個土壤樣品的分形維數介于2.794～2.996之間；研究區(qū)域內成土母質侏羅系自流井組(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，土壤顆粒分形維數具有明顯分異特征，表現為林地＞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，土壤顆粒分形維數呈現出隨海拔降低而增大的

5、趨勢，從試驗數據得知：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)土壤顆粒分形維數與砂粒含量成顯著負相關，與粉粒、粘粒含量成顯著正相關；相關分析可知，土壤分形維數主要與粒徑小于0.05mm的細顆粒物質成顯著正相關，表明土壤顆粒分形維數是反映土壤質地的一個較好指標。 (3)土壤顆粒分形維數與土壤有機質含量具有顯著相關關系，即有機質

6、含量越高，分形維數越大。林地、荒草地、耕地的有機質含量為16.47Kg.g-1、14.00Kg.g-1，13.48Kg.g-1，其土壤分形維數分別為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，土壤顆粒分形維數的空間分布呈現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、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大于楊培嶺模型求得的土壤顆粒粒徑分布分形維數，因A&Z模型是由土壤孔隙與土粒之間關系以及分形學原理，采用積分法推導得出，而楊培嶺模型是以土粒的質量密度為一恒量，且不考慮不同土粒形狀差異為基礎的，所以A&Z模型較之楊培嶺模型更具有分形學意義。 (6)土