土壤颗粒分布体积分形维数与数量分形维数之间的关系(英文) 被引量：8

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作者 李毅 李敏 +1 位作者 Si Bingcheng 贺缠生 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第23期82-91,共10页

土壤的体积颗粒分布(PSD)可用于同时确定数量分形维数(DN)和体积分形维数(DV)。以往的试验和理论研究均未直接比较DV和DN的关系。为建立DV和DN的关系并分析其参数的敏感程度,在中国各地取了12种不同质地土壤,利用激光粒度仪进行了测定... 土壤的体积颗粒分布(PSD)可用于同时确定数量分形维数(DN)和体积分形维数(DV)。以往的试验和理论研究均未直接比较DV和DN的关系。为建立DV和DN的关系并分析其参数的敏感程度,在中国各地取了12种不同质地土壤,利用激光粒度仪进行了测定。提出了含3个参数Rupper(颗粒半径的上限),Ri(第i个半径)和Rlower(半径下限)的DV-DN理论关系,该关系可说明为什么DN可能大于3。在未调整的幂定律范围内(PLR),DV的幂定律半径为38.6～85.8μm,DN的幂定律半径为53.2～358μm,估算的DV值(2.18～2.69)比DN值(2.38～3.19)小。调整后的PLR比未调整的窄。在调整的PLRs范围内,估算的DV值变化范围为2.11～2.56,而DN变化范围为2.28～3.02。调整和未调整PLRs得出的DV和DN的差异说明,Rupper,Rlower,Ri和Rlower/Rupper均可能影响DV与DN关系,有必要进行参数的敏感性分析。进行敏感性分析可基于敏感系数(C)来鉴别DV-DN关系中各参数改变所引起的DV和DN相对变化,从而找出对该关系影响最大的参数。就不同情况下计算的C值而言,Rupper是影响DN值的最重要参数,小的Rupper值可能导致估算DN的准确度降低。PLR范围越大,DN的估算越准确。根据DV估算DN的相对误差的绝对值在12%范围内,说明得出的DV-DN理论关系是正确的。 展开更多

关键词 分形维数 土壤 土壤颗粒大小分析 激光粒度仪 土壤颗粒分布

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土壤水分特性曲线MV和AP模型应用研究——基于土壤颗粒分布曲线

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作者 胡顺 史良胜 黄绪武 《中国农村水利水电》 北大核心 2014年第6期1-4,8,共5页

土壤水分特性曲线是土壤的基本性质,它的直接方法测量非常冗长耗时,间接方法测量成为重要途径之一。多种基于土壤颗粒分布曲线的预测模型因此得以提出,但各模型的实际应用效果仍缺乏充分检验。针对江苏常州水稻土等3种土样,基于土壤颗... 土壤水分特性曲线是土壤的基本性质,它的直接方法测量非常冗长耗时,间接方法测量成为重要途径之一。多种基于土壤颗粒分布曲线的预测模型因此得以提出,但各模型的实际应用效果仍缺乏充分检验。针对江苏常州水稻土等3种土样,基于土壤颗粒分布曲线,利用MV模型和AP模型预测土壤水分特性曲线;采用van Genuchten-Mualem公式,拟合得到了土壤水分特性曲线的基本参数值;通过对模型预测值和实测值的方差和AIC标准检验,对比了MV模型和AP模型,讨论两个模型在粉、沙壤土中的应用效果。研究表明:AP和MV模型均可以较好地预测粉、沙壤土两种土的土壤水分特性参数;两种模型在低负压时的预测效果优于高负压时;AP模型随着土壤黏粒含量的增加预测效果逐渐变差,MV模型与土壤黏粒含量之间无明显关系;对比两模型,AP模型优于MV模型;MV模型作为一种不含经验参数的简易模型,其预测精度仍有待改进。 展开更多

关键词 土壤颗粒分布曲线 土壤水分特性曲线 MV模型 AP模型

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马尾松人工林地浅沟表层土壤颗粒的空间分布特征 被引量：8

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作者 杨文利 朱平宗 +3 位作者 程洪 闫靖坤 陈宝生 杨俊 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期158-162,共5页

为研究马尾松林地浅沟侵蚀对地表特征的影响,选取南方红壤区马尾松人工林地发育完整的浅沟为研究对象,采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,研究浅沟表层(0—5cm)土壤颗粒分布的空间差异性。结果表明:(1)研究区内表层土壤颗粒中石... 为研究马尾松林地浅沟侵蚀对地表特征的影响,选取南方红壤区马尾松人工林地发育完整的浅沟为研究对象,采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,研究浅沟表层(0—5cm)土壤颗粒分布的空间差异性。结果表明:(1)研究区内表层土壤颗粒中石砾含量较高,约占78.68%,土壤为多砾质沙土,土壤水蚀使得浅沟表层土壤粗化。(2)浅沟不同部位间表层土壤颗粒分布差异明显,其中石砾含量表现为沟底<沟坡<沟缘,沟底的石砾含量极显著小于沟坡和沟缘的含量(P<0.01);极粗砂、中粗砂、细砂粒、粉粒和黏粒含量均表现为沟底>沟坡>沟缘,且沟底的含量均极显著大于沟坡和沟缘的含量(P<0.01);而沟坡和沟缘土壤颗粒含量差异不显著(P>0.05)。(3)沿沟长方向从沟头到沟口,沟底表层土壤中粗颗粒含量呈减小趋势,细颗粒含量呈增大趋势;而沟坡和沟缘趋势正好相反,说明在浅沟沟底中上部主要为侵蚀作用,而在中下部主要为沉积作用。(4)不同粒级土壤颗粒含量最优半方差函数理论模型均为高斯模型,土壤颗粒含量的块金系数最大仅为0.36%,远小于25%,不同粒级土壤颗粒含量表现出强烈的空间自相关性。本研究可为南方红壤区人工林地土壤侵蚀治理提供理论支持。 展开更多

关键词 红壤区 浅沟侵蚀 马尾松林地 土壤颗粒分布 空间异质性

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土壤颗粒数量分布的局部分形及多重分形特性 被引量：11

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作者 李敏 李毅 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2011年第11期216-222,共7页

【目的】采用定量方法全面判断土壤颗粒分布(PSD)的内在结构,以提高利用土壤PSD函数估测土壤水动力参数的精度。【方法】利用激光粒度仪测定红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种黄土体积PSD,计算得出土壤颗粒数量PSD,然后基于分形理论研... 【目的】采用定量方法全面判断土壤颗粒分布(PSD)的内在结构,以提高利用土壤PSD函数估测土壤水动力参数的精度。【方法】利用激光粒度仪测定红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种黄土体积PSD,计算得出土壤颗粒数量PSD,然后基于分形理论研究了粒度的幂定律适用范围及相应的分形维数;在符合幂定律的粒度范围内进行多重分形计算,获得了土壤数量PSD的多重分形参数。【结果】分形分析结果表明,红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种土壤符合幂定律的颗粒半径的下限均接近0.5μm,而上限依不同土壤差别很大,相应的分形维数为2.17～3.43;多重分形分析表明,红胶土广义分形维数Dq值在整个q区间上变化最明显,显示出比其他土壤更强的颗粒分布不均匀性;4种土壤的τ(q)-q曲线均明显异于直线,表明4种土壤均具有多重分形分布特征。红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土的f(α)谱宽分别为4.30,1.96,1.74和1.25,谱的不对称系数分别为-0.924,0.516,0.141和0.490,表明红胶土的多重分形结构较其他3种土壤更明显,其不对称程度最大。【结论】多重分形理论能更细致地刻画土壤颗粒的数量分布特征;将分形和多重分形理论相结合可以更加全面地了解土壤颗粒分布的内在结构。 展开更多

关键词 土壤颗粒数量分布 多重分形 黄土 幂定律

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践踏和降水对环县典型草原土壤颗粒分维特征的影响 被引量：18

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作者 林慧龙 任继周 《草业学报》 CSCD 北大核心 2009年第4期202-209,共8页

采用试验践踏与模拟降水控制试验，对16个不同试验组合样区表土（0～15cm）质地的机械组成进行分析，结果表明，随着践踏强度增加，土壤颗粒表现出不伺程度的粗化趋势，降水具有双向调节的作用。利用分形模型计算了土壤粒径分形维数，... 采用试验践踏与模拟降水控制试验，对16个不同试验组合样区表土（0～15cm）质地的机械组成进行分析，结果表明，随着践踏强度增加，土壤颗粒表现出不伺程度的粗化趋势，降水具有双向调节的作用。利用分形模型计算了土壤粒径分形维数，计算结果表明，分形维数指标与践踏强度呈负相关关系。但分形维数递减幅度与模拟降水处理水平相关，在模拟降水处理水平依次为干旱、自然降水、平水、丰水时，粒径分形维数递减幅度依次为4．33％，2．61％，1．34％和1．23％。降水与践踏的匹配关系，对形成确定的分形维数具有决定性作用。由于具有较高分形维数的土壤更易发生放牧侵蚀，若管理不善则会发展为荒漠化。因此，在此种意义上来说，土壤分形维数的测算对进一步研究放牧侵蚀机理和荒漠化形成过程可能具有推动作用。 展开更多

关键词 土壤颗粒分布 分维 试验践踏 模拟降水 放牧侵蚀

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伏牛山区迎河小流域不同土地利用类型的土壤粒径分布特征 被引量：16

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作者 方肖晨 王春红 +4 位作者 张荣华 张光灿 邢先双 杨锐 赵洁 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2017年第3期9-16,共8页

为探讨伏牛山区坡耕地土壤物理性能的退化特征,在河南省鲁山县迎河小流域,利用激光粒度仪和土壤分形模型,比较分析了4种土地利用类型的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征。研究结果表明:1)土壤PSD简单分维(D_v)以乔木林地最高(2.658),坡耕... 为探讨伏牛山区坡耕地土壤物理性能的退化特征,在河南省鲁山县迎河小流域,利用激光粒度仪和土壤分形模型,比较分析了4种土地利用类型的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征。研究结果表明:1)土壤PSD简单分维(D_v)以乔木林地最高(2.658),坡耕地最低(2.489),多重分维(容量维D_0、信息维D_1、关联维D_2)以乔木林地最高(0.941、0.926、0.91),坡耕地最低(0.927、0.899、0.849)。不同分形参数均表现为:坡耕地<灌草坡地和水平梯田<乔木林地;2)土壤PSD的D_v、D_0、D_1和D_2,与黏粒和粉粒体积分数显著正相关,与砂粒体积分数显著负相关。因此,利用土壤PSD简单分形和多重分形维数,可量化表征土壤质地的粗细程度和非均匀性质的差别;坡耕地土壤质地的粗粒化程度和非均匀性明显大于其他土地利用类型;土壤细粒(黏粒和粉粒)物质流失是坡耕地土壤质地粗粒化和非均匀程度增大的重要原因。 展开更多

关键词 土壤颗粒分布 分形维数 多重分形 土地利用类型 迎河小流域

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两种土壤水分特征曲线间接推求方法对黄土的适应性评价 被引量：10

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作者 赵爱辉 黄明斌 史竹叶 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期11-15,共5页

土壤水分特征曲线(SWCC)是模拟土壤水分运动和溶质运移的一个重要参数,利用土壤的基本物理性质来间接推求SWCC的方法已经成为当今土壤物理学领域的研究热点。为了比较两种SWCC间接推求方法——Arya-Paris物理经验方法(简称AP方法)和Tyle... 土壤水分特征曲线(SWCC)是模拟土壤水分运动和溶质运移的一个重要参数,利用土壤的基本物理性质来间接推求SWCC的方法已经成为当今土壤物理学领域的研究热点。为了比较两种SWCC间接推求方法——Arya-Paris物理经验方法(简称AP方法)和Tyler-Wheatcraft分形几何方法(简称TW方法)对黄土的适应性,该文分析了黄土高原296组土壤颗粒分布、容重和水分特征曲线等资料,利用简化的Fredlund(Fred3P)模型模拟得到连续的土壤颗粒分布曲线,然后应用AP和TW方法预测出相应吸力下的土壤含水量。研究结果表明,对于黄土性土壤,AP和TW两种方法的预测结果均达到了一定的精度,相比较而言AP方法的预测效果明显优于TW方法,且受质地影响小。 展开更多

关键词 土壤水分特征曲线 土壤颗粒分布 黄土

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利用分形理论解决不同土粒分级标准间土壤质地资料的转换问题 被引量：7

8

作者 郭中领 张科利 +3 位作者 董建志 王颖 刘宏远 王维 《地理科学》 CSCD 北大核心 2011年第10期1254-1260,共7页

基于分形理论,选取黄土高原南部厢寺川林场地区20个典型样点,每个样点取3个剖面,共60个土样的实测土壤颗粒粒径分布数据,分别应用分形模型、对数正态模型、逻辑生长模型、WEIBULL模型预测土壤颗粒累积百分含量,提出一种预测土壤颗粒粒... 基于分形理论,选取黄土高原南部厢寺川林场地区20个典型样点,每个样点取3个剖面,共60个土样的实测土壤颗粒粒径分布数据,分别应用分形模型、对数正态模型、逻辑生长模型、WEIBULL模型预测土壤颗粒累积百分含量,提出一种预测土壤颗粒粒径分布的分形模型。结果表明,在0.002～0.1mm粒级范围内,分形模型对已知土壤资料的粒级个数和预测粒级的大小等因素并不敏感,具有较高的预测精度和稳定性;与对数正态模型、逻辑生长模型和WEIBULL模型相比,分形模型的总体预测误差最小且未出现大误差数据,可以有效对不同土粒分级标准间土壤质地资料进行转换。 展开更多

关键词 分形模型 土壤质地转换 土壤颗粒粒径分布

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岷江上游典型植被下土壤分形特征及对水分入渗的影响 被引量：11

9

作者 吴尧 姚健 +1 位作者 吴永波 薛建辉 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2012年第2期12-16,共5页

以岷江上游5种典型植被类型下(高山栎林、岷江冷杉林、灌竹林、阔叶乔木林、高山草甸)土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型计算出这5种类型土壤颗粒的分形维数,研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明,15个样地表层土壤颗... 以岷江上游5种典型植被类型下(高山栎林、岷江冷杉林、灌竹林、阔叶乔木林、高山草甸)土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型计算出这5种类型土壤颗粒的分形维数,研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明,15个样地表层土壤颗粒的分形维数D为1.117～1.315。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.002 mm的颗粒含量相关系数达到极显著。根据土壤入渗过程曲线将入渗过程划分为3个阶段:(1)入渗瞬变阶段(0～8 min);(2)入渗渐变阶段(8～30 min);(3)入渗稳定阶段(30～120 min),表明土壤入渗过程主要受土壤机械组成、团聚体和孔隙组成的综合影响。在整个入渗过程中,高山栎林、灌竹林和阔叶林的渗透速率要高于冷杉林和草甸。 展开更多

关键词 岷江上游 土壤颗粒粒径分布 分形维数 入渗过程

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毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征 被引量：8

10

作者 贺俊 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期110-114,129,共6页

[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理... [目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果]3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27~2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子松人工林恢复显著影响土壤粒径和体积分形特征,且在恢复时间为50 a时达到最大值。 展开更多

关键词 土壤颗粒分布特征 土壤理化性质 分形维数 樟子松

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我国著名土壤物理和水土保持专家田积莹研究员

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《水土保持通报》 CSCD 北大核心 1998年第S1期111-111,共1页

关键词 土壤物理性质 土保持 土体构型 砂石田 土壤质地分类 中国科学院 黄土高原土壤 土壤颗粒分布 研究员 土壤水分物理性质

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不同土地利用方式下粉壤土粒径分形特征——以鄂西典型小流域下牢溪为例 被引量：9

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作者 郭士维 钟斌 +4 位作者 许文年 夏露 郭婷 陈敏 夏栋 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2022年第1期25-32,共8页

为揭示鄂西地区小流域下不同土地利用方式对土壤结构和理化性质的影响,以下牢溪小流域内6种土地利用方式的土壤作为研究对象,应用分形理论研究不同土地利用方式的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征的差异以及与土壤有机质含量的相关关系,... 为揭示鄂西地区小流域下不同土地利用方式对土壤结构和理化性质的影响,以下牢溪小流域内6种土地利用方式的土壤作为研究对象,应用分形理论研究不同土地利用方式的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征的差异以及与土壤有机质含量的相关关系,分析土地利用方式的合理性。结果表明:不同土地利用方式下土壤颗粒粒径中粉粒体积分数最高(78.18%~89.03%),林地的土壤颗粒粒径较粗且有机质含量较高;黏粒体积分数与容量维数D_(0)、信息熵维数D_(1)呈显著负相关(P<0.05),与有机质含量呈显著负相关(P<0.01),粉粒体积分数与D_(0)、D_(1)、关联维数D_(2)呈显著负相关(P<0.01),砂粒体积分数与D_(0)、D_(1)、D_(2)、有机质含量呈显著正相关(P<0.01)。由此可知,在土壤质地为粉壤土为主的小流域内林地不仅可以提高有机质含量,还有利于土壤中大颗粒积累,从而提高土壤均匀度。该研究通过对土壤颗粒粒径结构和有机质含量分析,可为下牢溪土壤改良及实际生产提供理论基础,为生态环境治理提供科学依据。 展开更多

关键词 土壤有机质 土壤颗粒分布 分形维数 土地利用方式

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