沂蒙山区典型土地利用类型土壤颗粒分形特性与养分状况

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为探讨沂蒙山区典型土地利用类型土壤分形特性与养分状况,在沂源县选择孟坡小流域,测定了不同坡度坡耕地、梯田经济林、荒草地与防护林4种典型土地利用类型土壤的颗粒组成、分形维数、土壤物理性状、养分含量的变化及其相关性。主要结果表明:1.研究区土壤颗粒组成及质地情况研究区土壤具有粗骨性砂土的物理特性,不同土地利用类型中以土壤砂粒含量最高65.99%~77.38%,而粉粒及粘粒含量最低1.44%~5.06%。按美国农部制分类标准均属于砂土。多重比较分析结果表明坡耕地与荒草地、防护林粗砂粒(1~0.5mm)粒级、细砂粒(0.25~0.1mm)粒级含量差异显著,坡耕地、梯田经济林、荒草地与防护林细砂粒(0.1~0.05mm)粒级颗粒含量差异显著(P<0.05),4种土地利用类型随坡度增加,土壤砂粒含量呈增加趋势,粉粒和粘粒的流失加强,导致土壤颗粒分布的均匀性下降,土壤质地粗化加重。表现为坡耕地土壤容重大,总孔隙度,毛管孔隙度减少,非毛管孔隙度增加,土壤保水持水能力降低。2.土壤分形特性土壤颗粒分形维数为防护林>荒草地>梯田经济林>坡耕地。不同土地利用类型土壤颗粒质量分形维数为2.03~2.28,平均值2.16。土壤颗粒体积分形维数在2.33~2.53之间,平均值2.44。土壤颗粒孔隙分形维数在2.72~2.87之间,平均值2.81。土壤颗粒分形维数随坡度增加而减小。其大小与土壤粉粒和粘粒含量分别呈极显著、显著正相关。说明细粒物质含量越高,土壤分形维数越高。土壤质量分形维数、体积分形维数、孔隙分形维数成显著正相关。均能较好的反映土壤的结构特性。多重分形谱宽度大小表现为防护林>荒草地>梯田经济林>坡耕地,坡耕地与荒草地、防护林变化差异最为明显,说明防护林和荒草地对土壤粒径分布的影响作用最大。多重分形比单一分形更能很好的反映不同粒级颗粒在不同层次区域的特性。3.土壤养分状况土壤养分含量变化随土地利用类型和坡度变化不一致,有机质含量在不同土地利用类型中的含量表现为防护林>坡耕地>荒草地>梯田经济林,平均值分别为17.35g/kg、17.05g/kg、16.11g/kg、12.59g/kg。速效钾含量大小为防护林>荒草地>梯田经济林>坡耕地,平均值分别为77.62mg/kg、65.00mg/kg、45.12mg/kg、42.76mg/kg。有效磷的含量大小为坡耕地>梯田经济林>防护林>荒草地。平均值分别为124.44mg/kg、108.13mg/kg、78.44mg/kg、73.33mg/kg。水解氮的含量大小为荒草地>坡耕地>防护林>梯田经济林,平均值分别为36.67mg/kg、32.67mg/kg、32mg/kg、25mg/kg。多重比较分析,坡耕地有效磷含量与其他3种土地利用类型差异显著,坡耕地与梯田经济林水解氮含量差异显著。土壤有机质含量与砂粒含量显著负相关,与粉粒和粘粒含量显著正相关。土壤养分含量随坡度增加而减少。20°防护林有机质含量与相同坡度梯田经济林相比含量多27.44%,与相同坡度坡耕地相比含量多1.73%。这与低坡度条件下,人为耕作强度大,增施有机肥等有关。4.土壤物理性状与土壤分形维数相关性土壤容重平均值为1.47g/cm3,梯田经济林与防护林土壤容重差异显著(P<0.05),平均含水量均值为5.22%,总孔隙度均值为33.29%,非毛管孔隙度均值为10.33%,毛管孔隙度均值为22.96%。坡耕地与荒草地、防护林土壤总孔隙差异显著(P<0.05)。坡耕地、梯田经济林地土壤容重随坡度增加而增加,坡耕地随坡度的增加土壤含水量减少,随坡度的增加坡耕地、梯田经济林非毛管孔隙增多,毛管孔隙减少。荒草地、防护林随坡度的增加非毛管孔隙减少,毛管孔隙增多。土壤颗粒质量分形维数、体积分形维数分别与容重、土壤含水率成负相关,与毛管总孔隙度、非毛管孔隙、毛管孔隙成正相关。土壤孔隙分形维数与土壤容重成负相关,与土壤含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度成正相关。
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