不同土地利用方式下紫色土團(tuán)聚體分形特征和肥力研究.pdf

1、土壤是具有自相似性結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)，具有一定的分形特征，利用十壤顆粒的重量分布可直接計(jì)算十壤團(tuán)聚體分布的分形維數(shù)。土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)狀況是影響土壤性質(zhì)的重要因素之一。具有良好團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的土壤，不僅具有高度的空隙性和持水性，而且有良好的通透性。土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)也是土壤養(yǎng)分肥力的中心調(diào)節(jié)器，其大小分布和穩(wěn)定性影響著土壤的孔隙性、持水性、通透性和抗蝕性，國內(nèi)外特別是國內(nèi)近幾年的研究明確了土壤團(tuán)聚體在土壤肥力中重要作用。如何用量化的團(tuán)聚體特征分析其與土

2、壤肥力的關(guān)系，必須首先對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述，運(yùn)用分形求解模型對土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分形維數(shù)求解就是研究的方法之一。 本研究中，為探討不同土地利用方式對紫色土團(tuán)聚體分形特征和肥力的特性，選定以不同母巖發(fā)育紫色土為研究對象，將研究區(qū)域確定為具有飛仙關(guān)組、沙溪廟組、遂寧組三種紫色土成土母巖的區(qū)域，并在每個(gè)區(qū)域中選取5種具有典型代表性的土地利用方式(林地、灌木、天然草地、農(nóng)地、果園)，分別進(jìn)行了布點(diǎn)采樣，并通過室內(nèi)試驗(yàn)分析其理化性質(zhì)，

3、利用分形維數(shù)計(jì)算公式計(jì)算紫色土團(tuán)聚體分布及分形維數(shù)，對其團(tuán)聚體組成特性和分形特征進(jìn)行研究，期望能探索不同土地利用方式對各母巖形成的紫色土的土壤團(tuán)粒和微團(tuán)粒的影響，并用以尋找對紫色土土壤質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的進(jìn)行定量化描述的途徑，為改善土壤理化性質(zhì)、指導(dǎo)培肥地力提供依據(jù)。 本文的土要研究成果： (1)對不同十地利用方式對紫色土團(tuán)聚體分形特征影響效應(yīng)的研究主要有以下結(jié)論： 在5種土地利用方式中，林地的分形維數(shù)最小，表明其土壤團(tuán)

4、聚體含量較高，這與林地的覆蓋度相對較高、每年有大量枯落物回歸土壤有關(guān)；天然草地、灌木的分形維數(shù)也高，這和天然草地和灌小群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈多層分布，林下有大量的草本和凋落物等因素有關(guān)。 總體來說，林地、灌木和天然草地土壤1-0.01mm微團(tuán)聚體含量偏高，果園偏低，將土壤剖面上下綜合起來看林地、天然草地變化幅度最大，灌木林地次之，說明林地、灌小林地和天然草地對于土壤微結(jié)構(gòu)的形成有促進(jìn)作用。 土地利用方式不同導(dǎo)致土壤微團(tuán)聚體的分

5、形維數(shù)也會(huì)產(chǎn)生較人變化，其中就表層土壤來說，其基本趨勢與團(tuán)聚體相當(dāng)，而表層土壤的改變恰恰可以體現(xiàn)人類對于土壤性質(zhì)的改變，因此土壤微團(tuán)聚體的分形維數(shù)也可以表征土壤結(jié)構(gòu)質(zhì)量的高低。 微團(tuán)聚體的較大粒級的含量可以表明土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的好壞，其結(jié)構(gòu)越好較大粒級微團(tuán)聚體的含量越高，而分形維數(shù)越低；黏粒含量越高土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越差，表現(xiàn)為分形維數(shù)越高。 (2)對紫色土區(qū)不同成土母巖土壤的團(tuán)聚體及微團(tuán)聚體分形特征研究結(jié)論如下： 土

6、壤分形維數(shù)是反映土壤結(jié)構(gòu)幾何形狀的參數(shù)，在維數(shù)上表現(xiàn)出粘粒含量越高、分形維數(shù)越高。土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)粒徑分布的分形維數(shù)反映了土壤微團(tuán)聚體及微團(tuán)聚體含量對土壤結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的影響趨勢，即團(tuán)粒結(jié)構(gòu)粒徑分布的分形維數(shù)越小，則土壤越具有良好的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。 從三種紫色母質(zhì)發(fā)育的紫色土微團(tuán)聚體分形維數(shù)排列來看，紅棕紫泥<暗紫泥<灰棕紫泥，遂寧組母質(zhì)發(fā)育的紅棕紫泥始終表現(xiàn)出最好的土壤結(jié)構(gòu)，分析其原因，除了土壤本身的物理化學(xué)行之外，最土要的原因是遂寧

7、組紅棕紫泥地區(qū)所在的謝家灣小流域有進(jìn)行綜合治理，對其土壤尤其是表層土壤的結(jié)構(gòu)改善比較人，對十壤性質(zhì)的改善也比較明顯。 三種紫色母質(zhì)發(fā)育的紫色土無論是表層還是亞表層，沙溪廟組灰棕紫泥灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分形維數(shù)基本上都呈現(xiàn)出最小，這與沙溪廟組紫色泥巖沉積相為比較濕潤下的河流環(huán)境環(huán)境有關(guān)，飛仙關(guān)組暗紫色泥灰?guī)r沉積相為干燥炎熱高氣壓下的陸緣淺海，遂寧組紅棕色泥巖沉積相為比較干旱條什和河漫湖泊的洪水泛濫至正常河流環(huán)境，三種母質(zhì)沉積

8、相不同，由沉積相差異引起的母質(zhì)礦物成分、化學(xué)物理成分和氧化物活動(dòng)性不同，因此三種紫色母質(zhì)發(fā)育的紫色土表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。因此，在開發(fā)土地、水土保持的過程中不僅要重視土壤本身的性狀，而且還要研究成十母質(zhì)的差異對水土保持的影響。 (3)對不同母巖紫色土在不同土地利用方式下的肥力研究結(jié)論如下： 不同母質(zhì)類型紫色土比較土壤容重和總孔隙度，土壤容重越大，總孔隙度越小，土壤越緊實(shí)，其抗沖性能越強(qiáng)。在徑流短歷時(shí)的沖刷過程中，土壤容重越大

9、，土壤緊實(shí)程度越高，土壤顆粒相對松散土壤不易被沖蝕、搬運(yùn)，遂寧紐表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗沖性能，其團(tuán)聚體性能最好。遂寧組土樣的容重最大，總孔隙度最小，表現(xiàn)為最顯著；不同母質(zhì)類型紫色土其土壤理化性狀，無論是表層土壤還是深層土壤，其土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮、磷、鉀含量的趨勢基本相同，各土壤肥力指標(biāo)均以遂寧組土壤數(shù)值最顯著。 不同土地利用類型比較起土壤容重和總孔隙度，無論是表土層還是深層土壤，其容重跟總孔隙度大小所表現(xiàn)出來的規(guī)律是一致的，林地的各土

10、層容重均為最大，總孔隙度均為最小，農(nóng)地的各土層容重均為最小，其總孔隙度均為最大。即容重越大，總孔隙度越小。在徑流短歷時(shí)的沖刷過程中，土壤容重越大，土壤緊實(shí)程度越高，土壤顆粒相對松散土壤不易被沖蝕、搬運(yùn)，遂寧組表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗沖性能，其團(tuán)聚體性能最好；不同土地利用類型下的土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮、磷、鉀的含量在垂直方向上不斷下降的。各土地利用類型內(nèi)的各土層的土壤除全鉀外，有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀的含量以林地和天然草地表現(xiàn)得最顯著，林地和天然草地的有機(jī)

11、質(zhì)、全氮和全磷的含量較高，是由于植物根系的故土作用，從而減少由于大量降雨而造成的土壤養(yǎng)分流欠，而且土壤總孔隙度較小也是減少土壤肥力流失的一個(gè)原因。農(nóng)地則由于人為擾動(dòng)大、土壤疏松，從而造成了土壤肥力的大量流失。 (4)對團(tuán)聚體分形維數(shù)與土壤肥力之間的關(guān)系的研究結(jié)論有： 分形維數(shù)可以較好地作為土壤肥力特性的定量化指標(biāo)。在一定范同內(nèi)，分形維數(shù)越高，則土壤中的粘粒含量越豐富，土壤的化學(xué)性質(zhì)越活潑。土壤的吸收性能、氮元素含量及有機(jī)質(zhì)含量都