摘 要 應(yīng)用JL-1177激光粒度分布測(cè)試儀，獲取元謀干熱河谷區(qū)內(nèi)三種不同土地利用方式下45個(gè)土壤樣品的粒徑分布（PSD），利用分形幾何學(xué)方法分析土壤粒徑分布分形特征。結(jié)果表明：1）元謀干熱河谷區(qū)土壤分形維數(shù)D分布在1.8854～2.7709，平均值為2.2895，D值與土壤粉粒含量線性相關(guān)較顯著，其大小順序?yàn)榉廴劳?gt;粉土，林地土壤>草地土壤>裸地土壤。2）土壤分形維數(shù)D與土壤黏粒、砂粒含量呈正相關(guān)，與粉粒含量呈負(fù)相關(guān)。3）偏相關(guān)分析表明，0.5～0.25 mm與0.05～0.02 mm粒徑含量越高，土壤分形維數(shù)D越低，0.25～0.05 mm與0.02～0.002 mm粒徑含量越高，土壤分形維數(shù)D越高。

關(guān)鍵詞 土壤粒徑分布；分形維數(shù)D；土地利用方式；元謀干熱河谷

中圖分類號(hào)：S152.3+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.22.040

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“分形”是Mandelbrot于1967年在研究英國海岸線長度時(shí)提出的一個(gè)物理概念[1]。它能從非線性特征著手，直接揭示事物本質(zhì)而無需簡(jiǎn)化研究對(duì)象[2]，堪稱探索自然界復(fù)雜性和奇異性的一種有效工具[3]。關(guān)于分形分維的研究成果頗多，開始主要集中在探索海岸線尺度效應(yīng)[1， 4]，隨后逐漸擴(kuò)展到分析沖溝溝沿線特征[5]、流域水系分維[6]、地質(zhì)災(zāi)害及次生災(zāi)害[7-8]與居民點(diǎn)及景點(diǎn)分布[9-10]等方面。土壤粒徑分布（Particle Size Distribution， PSD）是表征土壤屬性的重要指標(biāo)之一，其主要通過影響土壤肥力、保水性及抗侵蝕能力，從而與土壤退化及水土流失息息相關(guān)[11-12]。關(guān)于土壤粒徑分布的研究起初僅使用少許土壤粒級(jí)，這種方法所包含信息量過少[13]。自1992年由Tyler[14]、楊培嶺[15]等學(xué)者將分形分維理論引入土壤科學(xué)起，科研工作者先后從計(jì)算方法、研究進(jìn)展等方面對(duì)土壤分形分維進(jìn)行了介紹，主要表現(xiàn)在Falconer[16]、Arya[17]等分析了土壤顆粒的分形現(xiàn)象并提出了土壤分形維數(shù)的計(jì)算方法；楊金玲[18]等基于分形理論探討了土壤體積與質(zhì)量分形維數(shù)的異同。隨后，王國梁[19]等優(yōu)化了土壤體積分形的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上王德[12]與董莉麗[11]等又分析了黃土高原區(qū)不同土層深度、不同土地利用方式下土壤的分形特征；曹櫻子[20]等還指出土壤分形維數(shù)與土壤肥力有顯著正相關(guān)關(guān)系。有關(guān)土壤粒徑分布分形的研究，主要集中于黃河三角洲[21]、黃土丘陵溝壑區(qū)[11]、青藏高原區(qū)[20]等區(qū)域，而針對(duì)土地退化嚴(yán)重、生態(tài)極度脆弱的金沙江干熱河谷區(qū)的研究卻較少。

元謀干熱河谷是橫斷山脈地區(qū)特殊的地理和氣候類型，具有熱量充足、干濕季分明、土壤瘠薄、植被稀疏、水土流失嚴(yán)重、生態(tài)脆弱等特點(diǎn)。該區(qū)土壤多為紫色砂巖或砂頁巖上發(fā)育而成的燥紅土、變性土，其成土過程始終保持在幼年階段，砂石、粉砂含量高、保水保肥能力差。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者以元謀干熱河谷區(qū)為例，運(yùn)用分形理論分析不同土地利用方式下土壤粒徑分布分形特征，探討不同土地利用方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和肥力的影響，以期為豐富該區(qū)土壤退化研究提供依據(jù)，并為該區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展提供借鑒。

3結(jié)論

本文應(yīng)用JL-1177激光粒度分布測(cè)試儀，獲取元謀干熱河谷區(qū)內(nèi)三種不同土地利用方式下45個(gè)土壤樣品的粒徑分布（PSD），利用分形幾何學(xué)方法分析土壤粒徑分布分形特征，以期為干熱河谷區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展提供借鑒。結(jié)果表明：

（1）元謀干熱河谷區(qū)土壤質(zhì)地主要為粉土、粉壤土，土壤分形維數(shù)D介于1.8854～2.7709，平均值為2.2895，標(biāo)準(zhǔn)差為0.2180。隨著土壤質(zhì)地由粉土過渡到粉壤土，D值逐漸增大，土壤分形維數(shù)可以作為反映土壤質(zhì)地的一個(gè)指標(biāo)。

（2）林地、草地和裸地是本研究區(qū)域內(nèi)最主要的土地利用方式。林地土壤的分形維數(shù)D最大，草地土壤次之，裸地土壤最小。曹櫻子[20]指出，隨著土壤分形維數(shù)的增大，土壤肥力逐漸增強(qiáng)。表明林地的土壤肥力較強(qiáng)，裸地的土壤肥力最差。

（3）土壤分形維數(shù)D與土壤黏粒、砂粒含量呈正相關(guān)，而與粉粒含量呈負(fù)相關(guān)。0.5～0.25 mm與0.05～0.02 mm粒徑越高，土壤分形維數(shù)越低，0.25～0.05 mm與0.02～0.002 mm粒徑越高，土壤分形維數(shù)越高。土壤粒徑對(duì)D值的直接貢獻(xiàn)由大到小依次為：0.05～0.02 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.05 mm、0.02～0.002 mm，這4個(gè)粒級(jí)對(duì)D值影響較大；其他粒級(jí)對(duì)D值影響較小。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）