不同坡位对荒漠草原柠条灌木林地土壤组成分形维数的影响_张久飞.pdf

2 0 2 3年1月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第2 5卷 第2期收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 8基金项目:鄂尔多斯重点研发项目(编号:2 0 2 1 E E D S C X Q D F Z 0 1 1);内蒙古自治区科技计划项目(编号:2 0 2 1 G G 0 0 8 5)作者简介:张久飞(1 9 9 9-),男,硕士研究生,主要从事水土保持与荒漠化防治研究。通讯作者:郭月峰(1 9 8 2-),女,副教授,硕士生导师,主要从事水土保持与荒漠化防治研究。不不同同坡坡位位对对荒荒漠漠草草原原柠柠条条灌灌木木林林地地土土壤壤组组成成分分形形维维数数的的影影响响张久飞,郭月峰,孙世贤,祁 伟,滕俊涛,张鹏浩(内蒙古农业大学 沙漠治理学院,内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 1 8)摘要:为了解荒漠草原地区柠条灌木林地土壤恢复状况,选取生态环境脆弱、地势高低不平且种植年份高于1 0年的柠条人工林。通过对不同坡位(坡上、坡中、坡下)相同带宽下的柠条人工灌木林水平方向及垂直方向01 0 0c m土层土壤采集土壤样品进行了分析,以期为该地区水土保持林的营造提供参考依据。结果表明:土壤的机械组成在不同坡位相同带宽下的不同土层中均表现为沙粒粉粒黏粒,其中黏粒和粉粒的含量随土层深度的增加而增加,沙粒的含量随土层深度的增加而减少;不同坡位相同带宽下土壤的累积含量为,沙粒:坡上坡中坡下,粉粒:坡下坡中坡上,黏粒:坡上坡中坡下,3种坡位带宽下土壤的分形维数由高到低依次是坡下坡中坡上。关键词:不同坡位;相同带宽;荒漠草原;土壤颗粒;分形维数中图分类号:S 7 1 4 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 9 4 4(2 0 2 3)0 2-0 0 5 6-0 6M e c h a n i c a lC o m p o s i t i o no fC a r a g a n ak o r s h i n s k i iS h r u bL a n d i nD e s e r t S t e p p eZ h a n gJ i u f e i,G u oY u e f e n g,S u nS h i x i a n,Q iW e i,T e nJ u n t a o,Z h a n gP e n g h a o(S c h o o l o fD e s e r tG o v e r n a n c e,I 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 t,I n n e rM o n g o l i a0 1 0 0 1 8,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt ou n d e r s t a n dt h es o i lr e s t o r a t i o ns t a t u so fC a r a g a n ak o r s h i n s k i is h r u bl a n di nd e s e r ts t e p p ea r e a,C a r a g a n a k o r s h i n s k i ip l a n t a t i o nw i t h f r a g i l e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t,u n e v e n t e r r a i na n dp l a n t i n gy e a r sh i g h e r t h a n1 0y e a r sw a s s e l e c t e d i nt h i s s t u d y.S o i l s a m p l e s c o l l e c t e d f r o m01 0 0 c ms o i l l a y e r i nh o r i-z o n t a l a n dv e r t i c a ld i r e c t i o n so fC a r a g a n ak o r s h i n s k i ia r t i f i c i a ls h r u bu n d e rt h es a m eb a n d w i d t ha td i f f e r e n ts l o p ep o s i t i o n s(o ns l o p e,i ns l o p ea n du n d e rs l o p e)w e r ea n a l y z e di no r d e r t op r o v i d er e f e r e n c ef o r t h ec o n-s t r u c t i o no f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n f o r e s t s i n t h i s a r e a.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em e c h a n i c a l c o m p o s i t i o no f s o i l i nd i f f e r e n t s o i l l a y e r su n d e rd i f f e r e n t s l o p ep o s i t i o n s a n d t h e s a m eb a n d w i d t h i s s a n ds i l tc l a y,i nw h i c ht h ec o n t e n to f c l a ya n ds i l t i n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo f s o i l d e p t h,a n dt h ec o n t e n to f s a n dd e c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo f s o i l d e p t h.T h e c u m u l a t i v e c o n t e n t o f s o i l u n d e r t h e s a m eb a n d w i d t ha t d i f f e r e n t s l o p ep o-s i t i o n s i s:s a n d:s l o p e s l o p em i d d l e s l o p eb o t t o m,s i l t:s l o p e s l o p em i d d l e s l o p et o p,a n dc l a y:s l o p es l o p em i d d l es l o p eb o t t o m.T h e f r a c t a l d i m e n s i o no f s o i l u n d e r t h e t h r e e s l o p ep o s i t i o nb a n d w i d t hf r o mh i g ht o l o w i ss l o p eb o t t o m s l o p em i d d l es l o p e t o p.K e yw o r d s:d i f f e r e n t s l o p ep o s i t i o n s;s a m eb a n d w i d t h;d e s e r tg r a s s l a n d s;s o i l p a r t i c l e s;f r a c t a l d i m e n s i o n s1 引言荒漠草地是所有草地类型中荒漠化较为严重的一类,是草地和沙漠的交接区,生态环境脆弱,加之自然以及人为因素导致土地不断退化。为恢复生态环境,防治草原沙化,研究区在原坡耕地上大面积种植柠条(C a r a g a n am i c r o p h y l l a)纯林,取得了较好的生态恢复效果,栽植柠条已经成为当地植被建设的主要65DOI:10.16663/ki.lskj.2023.02.021 张久飞,等:不同坡位对荒漠草原柠条灌木林地土壤组成分形维数的影响生态文明建设:自然与生态措施。土地的机器组织是产生土壤结构体的基础单位1,土地机器组织取决于土地保肥储水特性,而且直接影响关系土地紧密程度、空隙总量,进而直接影响土壤通气、透水等特性,是评判土地基础特性和生成环境条件的一项指标2。土是一类由不同粒子所构造、带有不规则形态和自相似构造的多孔介质,并带有特定的分形特性3。利用不同分形模式测定土地粒度、团结体和空隙度的分形维数来表现土层质量和构造成分及其均衡程度,用作定性表示土地结构特点的方法49。实验结果表明,土地粒径分布的分形维数,不但能够表示土地颗粒质量,而且还能够表现土壤质地的均匀性和对土层的渗透性5;分形维数与土地水稳性团聚体数量有明确的相对联系,能够反映土地的肥力情况6;土质的分形维数也被用于建模和预报土壤湿度特性7;胡云锋等研究了风蚀区土质的分形维数对土地利用改变的效应,指出分形维数可用作土壤退化的重要技术指标8土质粒度是土质结构变迁产生的重要物质基础,各种粒径改变将形成不同的土壤质地形式,进而改变土的物理性质、化工和生物学性质过程1 0。分形理论已成为当代新兴的学术思想。土壤由不同粒级土粒组成,各粒级的含量差异很大1 1。土壤是由水分、空气,以及粒度不同的各种物料所构成的带有不规则形态和自相似性的多孔介质,其构造特性存在着统计学上的自相似性,有分维特性1 2。土地的颗粒分形维数成了对土层质量一致性、透明度、抗蚀性和土壤肥力等诊断标准的一项综合量化指标5。近年来,人们利用分形理论和各类分形模式测定土团粒、微团粒数量和空隙量的分形维数,以表示对土颗粒的大小组成、土壤质地、形状、构造、过程、均匀程度、土壤含水量特性、土壤溶质迁移速度和侵蚀程度等方面的研究并在一定程度上将其特征定量化,是描述土壤结构特性的新方法。为此,该文以量化地表示土壤颗粒尺寸的分形维数为主要手段,并利用现有的土壤分形模式对不同坡位条件下土壤的分形特性展开调查研究。2 材料与方法2.1 研究区概况研究区位于内蒙古自治区包头市达茂旗乌克忽洞镇(1 1 0 5 9 E,4 1 4 6 N),属于高原中部地带,地势南高北低,整体起伏不大,平均海拔1 3 6 7m,属于中温带半干旱大陆性气候区,太阳辐射强烈,日照丰富。年平均气温4.4,年均降水量2 6 1.7mm,年均风速4.2 m/s,主 导 风 向 为 西 北 风,年 均 日 照 时 数3 0 4 3.3h,1 0以上积温为3 0 4 3.3。地带性土壤以栗钙土、棕钙土为主,非地带性土类型有草甸土、潮土、石质图、岩土;土壤质地多 为沙壤、轻壤,并有不同程度砾质化。研究区主要植被为柠条、红砂(R e a u-m u r i a s o n g a r i c a)、沙蒿(A r t e m i s i ad e s e r t o r u m)、羊草(L e y m u s c h i n e n s i s)、针茅(S t i p ac a p i l l a t a)、草木樨(M e l i l o t u s o f f i c i n a l i s)等。2.2 土壤样品的采集与处理确认样地后样品采 集分为(坡 上带宽1.5 m、2.5m、3m)、(坡中带宽1.5m、2.5m、3m)、(坡下带宽1.5m、2.5m、3m)取样,在柠条灌木林坡上1.5m带宽处取一点为(上1)点,去除土壤表层的植被与枯落物,挖掘深1m长1.5m、宽1.5m的土壤剖面,按照02 0c m、2 04 0c m、