吉兰泰盐湖盆地土壤颗粒分形特征与空间变异分析.pdf
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1、第3 0卷第6期2 0 2 3年1 2月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.6D e c.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 4 修回日期:2 0 2 2-1 1-0 6 资助项目:国家自然科学基金项目(5 1 9 6 9 0 2 2,5 2 1 6 9 0 0 4);内蒙古科技攻关项目(2 0 1 9 G G 1 4 1)第一作者:杜丹丹(1 9 6 8),女,内蒙古呼和浩特市人,高级实验师,硕士,主要从事土壤、水环境污染物的监测与分析评价的教
2、学与研究。E-m a i l:d u d d p u b l i c 1 6 3.c o m 通信作者:高瑞忠(1 9 7 7),男,内蒙古阿拉善人,教授,博士,主要从事水资源评价、生态水文过程模拟研究。E-m a i l:r u i z h o n g g a o q q.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 6.0 4 5.杜丹丹,高瑞忠,贾德彬.吉兰泰盐湖盆地土壤颗粒分形特征与空间变异分析J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(6):
3、9 3-1 0 1.D UD a n d a n,GAOR u i z h o n g,J I AD e b i n.A n a l y s i so fF r a c t a lC h a r a c t e r i s t i c sa n dS p a t i a lV a r i a b i l i t yo fS o i lP a r t i c l e s i nt h e J i l a n t a i S a l tL a k eB a s i nJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,
4、2 0 2 3,3 0(6):9 3-1 0 1.吉兰泰盐湖盆地土壤颗粒分形特征与空间变异分析杜丹丹1,2,高瑞忠1,2,贾德彬1,2(1.内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院,呼和浩特0 1 0 0 1 8;2.内蒙古水资源保护与利用重点实验室,呼和浩特0 1 0 0 1 8)摘 要:目的 阐明盐湖盆地流域土壤颗粒分形特征和空间变异特征,揭示区域土壤环境演变和影响因子的响应规律,为旱区盐湖流域沙害治理提供数据和理论支持。方法 以吉兰泰盐湖盆地流域为研究区,布设5 0个土壤采样点,采集表层、5 0c m、1 0 0c m土层1 5 0个土壤样本,基于土壤粒径分布和土壤基本理化指标p H值、总
5、溶解性固体T D S、总氮T N、含水率的测试数据,采用多因素相关分析的方法,分析了土壤分形维数与各粒级含量和土壤基本理化因子的相关性;应用地统计学方法对土壤剖面分形维数空间变异特征及分布规律开展了研究。结果研究区01 0 0c m土壤质地以砂土、壤砂土为主,不同土层深度土壤质地类型基本一致,土壤颗粒分形维数D值为1.6 7 22.7 8 5。土壤分形维数与黏粒和粉粒呈极显著正相关,与粗砂、中砂、细砂呈显著负相关,0.1mm粒径是D值随土壤粒径变化的分界值。D值与含水率、总氮在3土层均呈现显著正相关,而与p H值和T D S相关性不显著。土壤分形维数具有强烈的空间自相关性,各层土壤D值均呈现出
6、由南向北逐渐增大的条块状镶嵌分布特征,流域北部的巴音乌拉山和乌兰布和沙漠地区是D值的高值区,西南部边缘的图格力高勒沟台地和东南部边缘的贺兰山地区是全流域D值的最低区域,土壤表层在吉兰泰盐湖附近有带状分布的高值区。结论 受气候和人类活动的影响,吉兰泰盐湖盆地土壤质地发生变化,表层土壤颗粒风蚀严重,较深层土壤具有粗粒化现象,未来应加强土壤侵蚀和退化状况观测研究。关键词:分形维数;空间变异;土壤理化性质;吉兰泰盐湖盆地中图分类号:S 1 5 2.3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 6-0 0 9 3-0 9A n a l y s i so fF r a
7、c t a lC h a r a c t e r i s t i c sa n dS p a t i a lV a r i a b i l i t yo fS o i lP a r t i c l e s i nt h eJ i l a n t a i S a l tL a k eB a s i nD uD a n d a n1,2,G a oR u i z h o n g1,2,J i aD e b i n1,2(1.I n s t i t u t eo f W a t e rC o n s e r v a n c ya n dC i v i lE n g i n e e r i n g,I
8、 n n e rM o n g o l i aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,H o h h o t0 1 0 0 1 8,C h i n a;2.I n n e rM o n g o l i aK e yL a b o r a t o r yo f W a t e rR e s o u r c e sP r o t e c t i o na n dU t i l i z a t i o n,H o h h o t0 1 0 0 1 8,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h eo b
9、j e c t i v eo f t h i ss t u d yi st oc l a r i f yt h ef r a c t a l c h a r a c t e r i s t i c sa n ds p a t i a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f s o i lp a r t i c l e s i nt h es a l t l a k eb a s i n,r e v e a l t h er e s p o n s el a w so fr e g i o n a ls o i le n v i r
10、o n m e n te v o l u t i o na n d i m p a c t f a c t o r s,a n dp r o v i d ed a t aa n dt h e o r e t i c a l s u p p o r t f o r t h ec o n t r o lo f s a n dd a m a g e i nt h es a l t l a k eb a s i n i nt h ea r i da r e a.M e t h o d sJ i l a n t a iS a l tL a k eB a s i nw a ss e l e c t e d
11、a s t h er e s e a r c ha r e a.5 0s o i ls a m p l i n gp o i n t sw e r es e t i nt h i sb a s i n.1 5 0s o i l s a m p l e sw e r eo b t a i n e df r o m3l a y e r se v e r y5 0c m.A c c o r d i n gt ot h es o i l p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na sw e l l a st h eb a s i cs o i lp h
12、 y s i c a l a n dc h e m i c a l i n d e xi n c l u d i n gp H,t o t a ls o l u b l es o l i d(T D S),t o t a l n i t r o g e n(T N),a n dw a t e r a c c o mm o d a t e d f r a c t i o n(),t h e s o i l f r a c t a l d i m e n s i o n,t h e c o n t e n t o f e a c hp a r t i c l e f r a c t i o n a
13、 n d t h e s o i l p h y s i c o c h e m i c a l i n d e xw e r em e a s u r e d a n d a n a l y z e d t h r o u g h am u l t i-f a c t o r c o r r e l a t i o n a n a l y s i sm e t h o d.Ag e o s t a t i s t i c sm e t h o dw a s a p p l i e d t o t h e s t u d y s p a t i a l v a r i a t i o n c
14、h a r a c t e r i s t i c s a n dd i s t r i b u t i o nr u l e so f s o i l p r o f i l e f r a c t a l d i m e n s i o n s.R e s u l t sT h e s o i l t e x t u r e o f 01 0 0 c mi n t h e s t u d y a r e a i sm a i n l ys a n d ys o i l a n d l o a m ys a n d ys o i l,a n dt h es o i l t e x t u r
15、 et y p e sa td i f f e r e n ts o i ld e p t h sa r eb a s i c a l l yt h es a m e.T h ef r a c t a ld i m e n s i o no f s o i l(Dv a l u e)p a r t i c l e s i n t h e s t u d ya r e a i sb e t w e e n1.6 7 2a n d2.7 8 5.T h eDv a l u eo f s o i lf r a c t a ld i m e n s i o ni ss i g n i f i c a
16、n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d w i t hc l a ya n ds i l t,a n dn e g a t i v e l yc o r r e l a t e d w i t hc o a r s e,m e d i u ma n df i n es a n d.Dv a l u er i s e sw i t ht h e i n c r e a s eo fs o i lp a r t i c l ec o n t e n ts m a l l e rt h a n0.1mmp a r t i c l es i z e
17、a n dd e c l i n e sw i t h t h eu p l i f t o f s o i l p a r t i c l e c o n t e n t l a r g e r t h a n0.1mmp a r t i c l e s i z e.0.1mmp a r t i-c l es i z e i s t h eb o u n d a r yv a l u eo fDv a l u e c h a n g i n gw i t hs o i l p a r t i c l e s i z e.Dv a l u e i sp o s i t i v e l yc o
18、 r r e l a t e dw i t ha n dNTi n3s o i l l a y e r s,b u tn o ts i g n i f i c a n tw i t hp Ha n dT D S.As t r o n gs p a t i a la u t o c o r r e l a t i o nh a sb e e ns h o w n i nt h eDv a l u eo f s o i l f r a c t a ld i m e n s i o n.T h ef r a c t a ld i m e n s i o no fs o i l i ss t r o
19、n g l ys p a t i a l s e l f-c o r r e l a-t e d,t h eDv a l u eo f e a c h l a y e r o f s o i l p r e s e n t s ab a r-l i k em o s a i cd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i cg r a d u a l l y i n c r e a s i n gf r o ms o u t h t on o r t h.Dv a l u e so f t h eB a y i nU l aM o u n t
20、 a i n s a n dU l a n b u hD e s e r t a r e a s i n t h en o r t ho f t h eb a s i nr e a c ht h ep e a k,w h i l eDv a l u e so f t h eT u g r i g o lD i t c hL a n di nt h es o u t h w e s te d g ea n dt h eH e l a nM o u n t a i n sa r e a i nt h es o u t h e a s t e d g ep r e s e n t t h e l o
21、 w e s tDv a l u e s a m o n g t h ew h o l eb a s i na r e a.T h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o no fDv a l u e i n s u r f a c e s o i l l a y e r i s s l i g h t l ym o r e c o m p l i c a t e d t h a n t h a t i n 5 0c ma n d 1 0 0c md e p t h s d u e t o t h e i n f l u e n c e o fh u m a
22、 na c t i v i t i e s,a n d t h e r e i s a z o n a lh i g hv a l u ea r e an e a r J i l a n t a iS a l tL a k e.C o n c l u s i o nA f f e c t e db yc l i m a t ea n dh u m a na c t i v i t i e s,t h es o i l t e x t u r e i nJ i l a n t a iS a l tL a k eB a s i nh a sc h a n g e d,t h es u r f a
23、c es o i lp a r t i c l e sh a v eb e e ns e r i o u s l ye r o d e db yw i n d,a n dt h ed e e p e rs o i lh a sb e e nc o a r s e-g r a i n e d.I nt h ef u t u r e,t h eo b s e r v a t i o na n dr e s e a r c ho f s o i l e r o s i o na n dd e g r a d a t i o ns h o u l db es t r e n g t h e n e d
24、.K e y w o r d s:f r a c t a l d i m e n s i o n;s p a t i a l v a r i a t i o n;p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p r o p e r t i e so f s o i l;J i l a n t a i S a l tL a k eB a s i n 土壤由母质风化而成,土壤的颗粒组成继承了母质的许多特征,分形特征便是其中之一。土壤颗粒分形特征不仅影响土壤的水力状况和肥力特征,而且与土壤侵蚀和退化状况直接相关1-2。土壤特性在空间分布上的非均一性,称为土壤特性的空间变异
25、性。空间变异性是土壤的基本属性,进而产生了其结构功能上的差异。这种差异是自然因素以及人为因素综合作用的结果。对土壤属性空间变异的充分了解,是管理好土壤养分和合理施肥的基础,同时也为土壤质量的恢复和改良、生态环境的修复提供了理论依据3-5。国内外土壤分形分析及土壤空间变异性研究验证了分形理论在分析土壤空间变异中的有效性和应用潜力,分形理论可以成为量化土壤属性空间变异性及尺度转换的重要工具6-7。位于干旱半干旱阿拉善高原的吉兰泰盐湖,盐矿资源蕴藏丰富,采盐工业历史悠久,水资源与环境状况极大地制约着区域经济发展。随着环境气候演变,盐湖流域干旱状况不断加剧,在人类经济活动的过度干预下,流域草原生态整体
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