石峡口水库人工林土壤体积分形维数及其与入渗的关系

为研究内蒙古清水河县石峡口水库3种典型人工林表层土壤体积分形维数及其与入渗特征的关系,以研究区油松、落叶松、柠条×沙棘混交林土壤为研究对象,草地土壤为对照,采用环刀进行多点取样并测定土壤理化性质及土壤体积分形维数,单环土柱法观测土壤水分入渗,并将土壤体积分形维数与入渗特征进行线性回归分析。结果表明,研究区不同人工林具有显著改善土壤养分、保留土壤细颗粒、降低土壤体积分形维数、提高水分入渗能力的作用,其中土壤体积分形维数表现为草地(2.30)和柠条×沙棘混交林(2.28)>落叶松(2.24)>油松(2.18);初渗速率、稳渗速率、1 h累计入渗量均表现为油松(11.0 mm·min^(-1),1.2 mm·min^(-1),116 mm)>落叶松(8.5 mm·min^(-1),0.9 mm·min^(-1),80 mm)>柠条×沙棘混交林(6.2 mm·min^(-1),0.8 mm·min^(-1),62 mm)>草地(4.7 mm·min^(-1),0.45 mm·min^(-1),51 mm)。植被通过自身特征减弱地表径流和风蚀等自然侵蚀来保护土壤细颗粒,提高孔隙结构和质地均匀程度,进而改善入渗能力。在该研究区,土壤体积分形维数可以表征土壤入渗能力,油松林对于石峡口水库的水源涵养能力强。

粉煤灰-水泥浆体的孔体积分形维数及其与孔结构和强度的关系

采用压汞法对不同龄期粉煤灰-水泥浆体的孔分形结构进行了实验研究,测定了复合浆体孔体积分形维数,探讨了孔体积分形维数与孔隙率,孔表面积、平均孔径、孔分布及宏观力学性能的关系。实验结果表明:粉煤灰-水泥浆体的孔结构具有明显的分形特征,孔体积分形维数在3.3～3.5之间;孔体积分形维数越大,浆体的孔径越小、孔隙率越低,孔表面积越大,小于20 nm的微孔越多,大于100 nm的大孔越少,而且复合体系的抗压及抗折强度也越高。

土壤颗粒的体积分形维数及其在土地利用中的应用

土壤具有自相似特征或尺度不变特征。许多研究表明,土壤质量(重量)分形维数是土壤内在属性之一。但是,在计算土壤质量分形维数的推导过程中需要做一些假设,而有些假设,如不同粒级的土壤颗粒具有相同的密度等假设,已受到一些学者的批评。此外,用传统的比重法测量土壤颗粒分布不仅工作量大,且操作结果更易受人为因素的影响。鉴此,本文提出了土壤体积分形维数的概念。通过对宜兴不同土地利用方式下178个土壤样品的体积分形维数的测定发现:土壤体积分形维数和土壤质量分形维数一样,都是土壤的固有属性;土壤颗粒体积分形维数与土壤颗粒体积百分含量具有显著的对数相关关系;对茶园、菜地和农田土壤剖面上土壤颗粒体积分形维数的变化分析表明,在茶园和菜地土壤剖面上,随着土壤剖面深度的增加,土壤粘粒体积百分含量增加,土壤颗粒体积分形维数也随之增加;在农田土壤剖面上,随着深度的增加,土壤粘粒体积百分含量和土壤体积分形维数也表现出基本保持一致的变化规律。此外,农业管理措施对土壤颗粒的组成会产生影响,使土壤粘粒体积百分含量发生变化,从而使土壤颗粒体积分形维数也随之变化,如菜地土壤体积分形维数随着种植年限的增加而出现下降趋势。

混凝土孔体积分形维数及其与氯离子渗透性和强度的关系

采用压汞法对含不同掺合料混凝土的孔分形结构进行了试验研究,测定了其孔体积分形维数,探讨了含不同掺合料混凝土的孔体积分形维数与氯离子渗透性能及强度的关系。结果表明:混凝土孔体积分形维数越大氯离子渗透系数越大;含不同掺合料混凝土的孔体积分形维数与氯离子渗透系数相关性由高到低依次为:粉煤灰>矿渣>石灰石>水泥;含不同掺合料的混凝土的孔体积分形维数与强度相关性由高到低依次为:粉煤灰>矿渣>水泥>石灰石。

基于3种不同土壤粒径分级制度的毛乌素沙地樟子松林地土壤体积分形维数差异研究

基于中国制、美国制和国际制3种不同土壤粒级分级方法对沙地樟子松林地土壤体积分形维数进行计算,以揭示不同粒径分级制度对樟子松林下土壤体积分形维数测定的影响,并探讨各粒径分级制度内在的联系。粒径组成及土壤体积分形维数分析、计算采用激光衍射技术方法进行测定。结果表明,1)樟子松林地土壤颗粒组成以砂粒为主,占总体积的75%左右、粉粒其次,占总体积的15%左右、粘粒含量相对较少,占总体积的3%左右;2)土壤体积分形维数排序为中国制(D_(CHN))>国际制(D_(INT))>美国制(D_(US));3)D_(CHN)、D_(INT)和D_(US)与土壤粘粒和砂粒含量呈显著相关(P<0.05),但是与土壤粉粒含量相关性较差(P>0.05);4)D_(CHN)、D_(INT)和D_(US)之间呈极显著正相关关系P<0.01),且线性回归方程可实现三者之间的转化。综合分析3种土壤粒级分级方法均能有效反映土壤颗粒分布信息,且相较于D_(CHN)和D_(INT),D_(US)与土壤颗粒含量的相关性较好,粒径范围较宽阔,D值差异较大,实用性较好,是计算樟子松林地土壤体积分形维数的较优选择。

西双版纳橡胶林土壤颗粒体积分形维数特征

土壤粒径分布影响土壤质地均匀程度和土壤肥力等,是重要的土壤物理特征之一。运用土壤颗粒体积分形维数模型计算了西双版纳不同林龄橡胶林土壤剖面各层(共计105个土壤样品)的分形维数D值。结果表明,分形维数D值介于2.636 2~2.885 0之间,分形维数与<0.002 mm的黏粒体积百分含量呈极显著正相关关系,与0.002~0.05 mm的粉砂和0.05~2.00 mm的砂砾呈极显著负相关关系;不同林型的土壤颗粒体积分形维数随土层深度增加变化不同,10龄和22龄橡胶林土壤粒径分布曲线的波动性较32龄橡胶林的小,各层颗粒之间的差异性较32龄的大;分形维数和土壤黏粒体积百分含量与全钾含量和自然含水率都在p<0.05水平呈显著正相关关系,粉砂体积百分含量除与上述土壤基本性质呈显著负相关关系外,还与土壤有机质、全磷呈显著负相关,而分形维数和土壤黏粒体积百分含量与土壤有机质、全磷、全氮、土壤容重、总孔隙度的相关性未达到显著水平。

陕西杨凌土壤粒径分布体积分形维数特征分析及预测

基于Mastersizer2000激光粒度仪测定的土壤颗粒体积分布信息,研究了杨凌地区土壤粒径分布体积分形维数与土壤基本物理特性之间的关系,建立了该地区土壤粒径分布体积分形维数的估算函数。结果表明,杨凌地区0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数的平均值分别为2.649 1和2.626 2;0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数都与粘粒质量分数的相关性最为显著,与砂粒质量分数的相关性次之;建立的估算函数预测精度较高,其中0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数预测值的相对误差分别介于-0.298%～0.726%和-0.179%～0.772%之间。

孔径分布对多孔镍孔体积分形维数的影响

用压汞法对用粉末冶金法制备的多孔镍试件进行了测试,得到了多孔镍试件的孔隙率及孔径分布曲线,并以Menger海绵体模型为基础,根据压汞实验数据确定了多孔镍试件的孔体积分形维数,发现多孔镍的孔隙结构具有明显的分形特征,分形维数在2.8～3.0之间。孔径分布范围越宽、平均孔径越大,孔体积分形维数越大。多孔镍的孔体积分形维数在一定程度上反映了多孔镍孔隙结构的均匀性及填充能力。

漂珠低密度水泥石的孔体积分形维数及其与孔结构和力学性能的关系

运用压汞法测试漂珠低密度水泥石孔结构参数、Menger海绵模型计算其孔体积分形维数，分析评价了漂珠低密度水泥石的孔结构分形特征，探讨了孔体积分形维数与孔隙率、孔比表面积、中值孔径及力学性能的关系。研究表明，低密度水泥石孔结构具有明显的分形特性，孔体积分形维数在3．25-3．69；孔体积分形维数越大，其孔隙度、孔比表面积、中值孔径越大，而抗压强度、抗拉强度越小。孔体积分形维数不仅在描述孔隙空间结构时更加具体，同时在一定程度上反映了材料宏观性能的相对优劣。

湖北郧县黄坪村黄土-古土壤序列体积分形维数特征及其环境意义

本研究运用体积分形维数模型计算了湖北郧县黄坪村(HPC)剖面土壤体积分形维数,剖面分形维值介于2.52~2.78,古土壤S_0的分形维数值最大,马兰黄土L_1最小,剖面整体分形维数值的大小关系为D_(S0)>D_(Lt)>D_(L0)>D_(L1)。研究发现,分形维数值与粘粒含量呈正相关,与粗粉砂含量呈负相关,与磁化率和CIA值成正比,说明分形维数也可以指示成壤环境的演变,即分形维数值的高值,指示气候较为暖湿,反之指示的是气候较为干冷。HPC剖面的分形特征揭示了汉江地区的气候变化历史:晚更新世时期,L_1的分形维数仅为2.61,说明气候较为冷干,成壤作用微弱;全新世早期,L_t的分形维数相对L_1增至2.71,说明气候条件改善,气温回暖;全新世中期,S_0的分形维数相对于L_t增至2.75,表明气候暖湿,成壤作用强烈;全新世晚期,L_0的分形维数相对于S_0降至2.70,说明汉江地区气候转凉。

四种粒径分级制度对土壤体积分形维数测定的影响

为揭示粒径分级对土壤体积分形维数测定的影响,采用激光衍射技术测定毛乌素沙地风沙土粒径组成,基于中国制、前苏联制、美国制和国际制4种不同粒径分级方法计算土壤体积分形维数.研究结果显示,(1)研究区土壤质地较粗,土壤颗粒组成以砂粒为主,占总体积的90%以上,而黏粒、粉粒含量相对较少;土壤体积分形维数大小排序为前苏联制(DSU)>中国制(DCHN)>国际制(DINT)>美国制(DUS);(2)DCHN、DUS和DINT与土壤粘粒、粉粒和砂粒含量线性回归拟合效果良好,且相关性极显著(P<0.01);DSU与土壤粉粒和砂粒含量相关性显著(P<0.05),但线性回归拟合效果较差;(3)DCHN、DUS和DINT之间呈极显著正相关关系(P<0.01),DSU与DCHN、DUS和DINT相关性较差,线性回归方程可实现DCHN、DUS和DINT之间的转化.综合考虑土壤颗粒组成信息、数值差异和相关性,美国制土壤粒径分级方法是计算土壤体积分形维数的较优选择.

岷江上游干旱河谷土壤粒径分布分形维数特征

具有分形特征是土壤的客观属性之一,为了探讨分形维数与土壤性质之间的关系与影响因素。运用土壤体积粒径分布分维模型计算了岷江上游干旱河谷不同土地利用方式下土壤表层(0～20cm)161个样品的分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、有机质和土壤养分之间的相关性。土壤粒径分布分形维数可以作为表征土壤结构和性质的重要指标。结果表明:不同土地利用方式下土壤的粒径分布具有不同的分形特征,分形维数在2.5011～2.7825之间,粉壤土>壤土>砂壤土,耕地大于灌林地。土壤颗粒体积分形维数与黏粒(<0.002mm)和粉粒(0.002～0.05mm)的体积百分含量以及土壤全钾含量呈极显著正相关关系,与砂粒(>0.05mm)的体积百分含量呈极显著负相关关系,而与土壤有机质,全氮,全磷,速效磷和速效钾含量的相关性未达到显著水平。研究结果可以为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的依据。

不同配比下复配土的土壤颗粒组成、分形维数与质地变化特征

为探讨砒砂岩与沙复配成土后土壤颗粒及质地变化,采用不同比例的砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配成土进行了小区试验。对种植N年的砒砂岩与沙混合后的复配土颗粒特征及质地变化进行了分析。结果表明:(1)1∶1复配土中粉粒(0.002~0.05 mm)含量较高,占49.37%,1∶2,1∶5复配土主要是砂粒(0.05~2 mm),含量分别为52.74%,75.55%。(2)复配土颗粒体积分形维数表现为1∶1>1∶2>1∶5>0∶1;(3)土壤体积分形维数和黏粒体积含量呈显著的正相关关系,而与粉粒和砂粒的体积含量相关性较小;(4)在风沙土中添加不同比例的砒砂岩后,砂土(0∶1)质地逐步发生从砂土—壤砂土(1∶2,1∶5)—砂壤土(1∶1)—粉砂壤(1∶1)的转变。结论表明:土壤颗粒越细粒,土壤颗粒体积分形维数越高,可很好地表征沙地质地结构变化;随着种植年限的增加,1∶1复配土地质地变化最为显著。砒砂岩中的黏粉粒改善了风沙土结构,表明砒砂岩可作为改良风沙土的材料。

细骨料分形维数对砂浆抗氯离子侵蚀性能影响的试验研究

研究细骨料体积分形维数对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。设计7组不同级配细骨料,计算其体积分形维数;采用7组不同级配细骨料制作砂浆试件并进行60 d氯离子干湿循环侵蚀试验,研究细骨料体积分形维数与砂浆试件氯离子表观扩散系数相关关系;采用电镜扫描试验观测各试件细观孔隙结构及孔隙分布情况,研究细骨料不同级配参数对水泥石细观结构发育及其抗氯盐侵蚀性能的影响。通过本文研究,建立了细骨料分形维数与砂浆抗氯离子侵蚀性能相关关系经验公式,得到细骨料级配参数不同对砂浆抗氯盐侵蚀性能的影响机理及规律。

基于分形维数的黄土丘陵沟壑区不同人工林对土壤结构和养分的影响

研究黄土丘陵沟壑区不同人工林土壤颗粒的分形特征及其与土壤结构和养分的关系,以土壤体积分形维数来比较清水河县不同人工林对土壤结构和养分的影响,以期了解不同人工林土壤的结构和养分状况,为人工林的林种选取和合理化经营提供参考。以研究区9种人工林为研究对象,以无林地地作为对照,利用激光粒度仪测定土壤粒径分布并计算分形维数,用单项指标评价养分状况,将土壤分形维数与养分进行相关分析。研究区人工林土壤体积分形维数值介于2.1785~2.3192之间,土壤体积分形维数表现为油松×落叶松>落叶松、油松×山杏(P>0.5)>沙棘×柠条、山杏×柠条、沙棘(P>0.5)>油松、柠条、山杏(P>0.5)>裸地。土壤体积分形维数与黏粒、碱解氮、速效钾、速效磷呈显著正相关(P<0.5),与砂粒呈显著负相关(P<0.5),与粉粒、有机质无明显相关性。不同人工林养分评价结果与分形维数差异不显著。研究区人工林对土壤结构和养分改良效果显著,油松×落叶松、油松×山杏混交林及落叶松纯林对于土壤结构和养分影响较大,改良效果最佳。

陕西省退耕还林对土壤粒径分布体积分形特征的影响

退耕还林可引起土壤粒径分布的变化,通过测定陕西省吴起县和礼泉县两个样区不同土地利用类型下表层土壤各粒级百分含量,分析退耕还林对土壤粒径分布体积分形特征的影响。应用马尔文2000激光粒度分析仪测量各粒级体积百分含量,用双对数模型计算体积分形维数(D)。结果表明,吴起县和礼泉县两个样区土壤PSD的D值分别在2.490~2.526和2.638~2.699之间,顺序均为荒地】人工林地】农地。D值与黏粒和粉粒含量极显著正相关,相关系数分别为0.991和0.968,与极细砂和细砂含量极显著负相关,相关系数分别为-0.986和-0.851,与有机质含量显著正相关,相关系数为0.608。多元统计分析表明对土壤黏粒、粉粒和砂粒及D值影响较大的环境因子为区域,海拔,土地利用类型和退耕年限,其中土地利用类型和区域各自独立、互不相关地影响土壤粒径分布。

陕西合阳黄河湿地土壤颗粒体积分形特征研究

本研究通过粒径分析,采用分形理论,研究了陕西合阳黄河湿地4种不同类型土壤的分形特征。结果表明:(1)体积分形维数反映出从荒地、耕地到湿地,直至退化到盐碱化荒地,土壤质地具有变粗的趋势,可以更精细地反映出土壤质地的变化。(2)体积分形维数与粘粒、粉粒和砂粒含量表现出不同的相关性。(3)分形维数在不同类型土壤剖面上随深度的变化复杂多变。

渝东南岩溶山区耕地利用变化下土壤颗粒体积分形特征研究

通过对重庆东南部喀斯特山区的野外调查采样和室内粒度分析,利用土壤颗粒体积分维模型,分析了该区域耕地土壤与撂荒地土壤颗粒体积分形维数特征,探讨了颗粒体积分形特征与颗粒体积含量的关系。研究结果表明:土壤颗粒体积分形维数与土壤中粘粒(<0.002mm)含量呈明显的线性相关,表现为粘粒含量越高的土壤,其分形维数也越高。土壤粘粒含量与土壤颗粒体积分形维数在不同土地利用方式的土壤剖面上表现出相同的变化规律。土壤分形维数不仅受粘粒含量的支配,还与土壤质地的均一程度有关,分形维数与土壤质地均匀指数表现出一定的相关性,但相关性较弱。耕地土壤分形维数值(平均值为2.506 5)大于撂荒地分形维数值(平均值为2.483 5),说明岩溶区人类农耕活动对土壤质地尤其是粘粒含量影响明显。土壤体积分形维数可以作为区域耕地土壤质量评价指标之一。

黄土高原典型土壤剖面土壤颗粒组成分形特征

采集从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤剖面0～200cm土层土样,通过测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期阐明黄土高原典型土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,从南到北,土壤颗粒体积分形维数呈下降趋势,而不同土层土壤颗粒体积分形维数差异不显著。土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土表层(0～10cm)颗粒体积分形维数分别为2.723±0.024、2.609±0.077和2.589±0.025,表层以下(10～200cm)颗粒平均体积分形维数分别为2.729±0.034、2.584±0.054和2.558±0.034;颗粒体积分形维数与<0.01mm的物理性黏粒及<0.002mm的黏粒体积百分含量呈极显著正相关关系,与0.002～0.05mm的粉粒和>0.05mm的砂粒体积百分含量呈极显著负相关关系,与粉粒的显著性较小,而土壤中物理性黏粒体积百分含量与土壤全氮、有机碳及矿物固定态铵均达到极显著正相关关系,而砂粒体积百分含量与上述土壤基本性质均呈极显著负相关关系。

三峡库区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

采集三峡库区忠县石宝寨4种不同土地利用类型土壤剖面0-40cm土层3个层次12个土壤样品,通过计算和测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期说明三峡库区中性紫色土土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,研究区中性紫色土土壤剖面(0-40cm)土壤颗粒体积分形维数D值介于2.638～2.674之间。随土层深度的增加D值总体呈增加趋势,不同土地利用类型之间的D值存在差异,表现为林地<果园<菜地<水田;D值与土壤粘粒(<0.002mm)体积百分含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤粉粒(0.002～0.05mm)体积百分含量的相关性不强,而与砂粒(>0.05mm)体积百分含量呈极显著负相关关系(P<0.01);D值与土壤有机质、全氮、全磷含量不存在显著相关性。