摘 要：以寧南山區(qū)困難立地10個(gè)不同樣地土壤為研究對(duì)象，研究困難立地不同樣地土壤顆粒分布特征及土壤理化性質(zhì)變化特征，分析土壤分形維數(shù)與土壤顆粒分布，以及土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，研究區(qū)不同樣地土壤顆粒分布之間存在顯著性差異（P＜0.05），主要以粉粒為主，其變化范圍在49.10%～69.00%之間，土壤質(zhì)地較粗；土壤粉粒含量隨土層深度的增加而增加，砂粒含量呈下降趨勢(shì)，而黏粒含量的變化規(guī)律不明顯。土壤分形維數(shù)變化范圍為2.516～2.609，整體處于較低水平；在垂直方向上，土壤分形維數(shù)隨著土層深度的增加呈增加趨勢(shì)，且不同土壤深度間存在顯著性差異（P＜0.05）。土壤分形維數(shù)與土壤黏粒、粉粒含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤砂粒含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤分形維數(shù)與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，與土壤容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀均無顯著相關(guān)性，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)。綜上，土壤分形維數(shù)與粉粒含量、土壤pH值及全磷的相關(guān)性最好，可在一定程度上表征研究區(qū)土壤的部分理化性質(zhì)，為寧南山區(qū)困難立地的植被恢復(fù)與管理提供重要的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：困難立地； 土壤顆粒； 分形維數(shù)； 土壤理化性質(zhì)

中圖分類號(hào)：S153" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1002-204X（2023）09-0057-08

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.09.015

Relationship between Soil Particle Fractal Dimension and Soil Physicochemical Properties in Difficult Sites in Mountain Area of Southern Ningxia

An Yu， Han Xinsheng， Guo Yongzhong， Wang Yueling， Wan Haixia， Dong Liguo， Xu Hao*

（Institute of Forestry and Grassland Ecology， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Ningxia Key Laboratory of Desertification Control and Soil and Water Conservation， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract The soil particles distribution characteristics and soil physicochemical properties of 10 sample plots in difficult sites in southern Ningxia were studied， and the correlation between soil fractal dimension and soil particle distribution and soil physicochemical properties was analyzed. The results showed that there was a significant difference in soil particles distribution among different plots in the study area（P＜0.05）， the soil texture was coarse， which mainly on silt， and ranged from 49.10% to 69.00%. The soil silt content increased with the increase of soil depth， the sand content decreased， and the change of clay content was not obvious. The variation range of soil fractal dimension was 2.516～2.609， which was at a low level. In the vertical direction， the soil fractal dimension increased with the increase of soil depth， and there was a significant difference between different soil depths （P＜0.05）. There was a significant positive correlation between soil fractal dimension and soil clay and silt content， and a significant negative correlation with soil sand content. There was a significant positive correlation between soil fractal dimension and soil pH， and a significant negative correlation between soil fractal dimension and total phosphorus. There was no significant correlation between soil fractal dimension and soil bulk density， organic matter， total nitrogen， total potassium， alkaline hydrolysis nitrogen， available phosphorus and available potassium. In summary， the correlation between soil fractal dimension and silt content， soil pH and total phosphorus is the best， which can characterize some physicochemical properties of soil in the study area to a certain extent， and provide important theoretical basis and data reference for vegetation restoration and management in difficult sites in southern Ningxia.

Key word Difficult site; Soil particle; Fractal dimension; Soil physicochemical properties

當(dāng)前，隨著天然林保護(hù)工程、退耕還林還草工程以及“三北”防護(hù)林體系建設(shè)等工程的實(shí)施，我國的生態(tài)林業(yè)建設(shè)取得了較大進(jìn)展，進(jìn)一步改善了生態(tài)環(huán)境。但在植被恢復(fù)建設(shè)過程中，還存在造林困難的立地類型，其具有植被稀少、土壤侵蝕嚴(yán)重、交通不便、生態(tài)環(huán)境脆弱等特征[1]，已成為我國林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)的重點(diǎn)工作任務(wù)。寧南山區(qū)部分區(qū)域自然條件差，生態(tài)環(huán)境脆弱，土壤質(zhì)量低下，導(dǎo)致部分林分生長不良，經(jīng)營維護(hù)成本高，植被恢復(fù)與重建速度緩慢，阻礙了林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)進(jìn)度和成效。因此，針對(duì)寧南山區(qū)困難立地開展相關(guān)的研究，可為深入開展林業(yè)生態(tài)建設(shè)、改善自然環(huán)境提供必要的技術(shù)指導(dǎo)。

土壤作為人類維持生存與發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，在維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性方面具有重要作用[2]。土壤中不同粒徑顆粒組成比例，可在一定程度上反映土壤發(fā)育程度[3]，土壤顆粒組成對(duì)土壤物理、化學(xué)性質(zhì)，以及土壤的緊實(shí)度、保水性和抗侵蝕性有明顯影響[4]。已有研究表明，土壤顆粒分布具有分形特征，通過分形維數(shù)可表征土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、肥力及土壤退化等，是判斷土壤狀況的重要指標(biāo)[5-6]。以往涉及困難立地的研究多集中在苗木處理[7]、適宜樹種的選擇[8-9]、整地方式[10]以及植被恢復(fù)過程中土壤理化性質(zhì)[11]和物種多樣性方面[12]，有關(guān)土壤分形特征及其與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的研究較少。因此，本研究以寧南山區(qū)困難立地10個(gè)不同樣地土壤為研究對(duì)象進(jìn)行樣地調(diào)查、樣品采集和室內(nèi)分析，研究困難立地不同樣地土壤顆粒分布特征及土壤理化性質(zhì)變化特征，分析土壤分形維數(shù)與土壤顆粒分布及土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性，為寧南山區(qū)困難立地的植被恢復(fù)與管理提供重要的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏彭陽縣白陽鎮(zhèn)（105°09'～106°58' E、34°14'～37°04' N），屬于典型的半干旱黃土丘陵區(qū)，平均海拔為1 600～1 700 m。該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，多年平均降水量?20～500 mm，降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量1 360.6 mm，年平均氣溫為7.6 ℃，無霜期為140～160 d，≥10 ℃的積溫為2 200～2 750 ℃。土壤類型以黑壚土和黃綿土為主，土層深厚，土質(zhì)疏松，水土流失嚴(yán)重。植被類型主要以人工喬灌林、天然草地為主，人工林包括山桃（Prunus davidiana）、山杏（Prunus sibirica）、青海云杉（Picea crassifolia）、刺槐（Robinia pseudoacacia）等樹種，草本植物有長芒草（Stipa bungeana）、百里香（Thymus mongolicus）、星毛委陵菜（Potentilla acaulis）等[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地布設(shè)及樣品采集

以困難立地生長狀況較差的林分為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)彭陽縣白陽鎮(zhèn)及其周邊進(jìn)行調(diào)查和野外數(shù)據(jù)采集，各調(diào)查樣地基本情況如表1。每個(gè)區(qū)域選取典型樣地，每個(gè)樣地設(shè)置20 m×20 m的樣方進(jìn)行調(diào)查采樣。在每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)挖取剖面，按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm共3個(gè)深度分層采取土壤樣品，相同樣點(diǎn)同一深度土壤混合后去除枯落物和較大石礫，裝入自封袋。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干過篩（2 mm）處理后，在室內(nèi)測(cè)定土壤物理、化學(xué)等指標(biāo)。

1.2.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

使用Mastersizer 3000激光衍射粒度分析儀（英國，馬爾文公司）測(cè)定土壤粒徑的體積百分比，土壤粒徑測(cè)量結(jié)果分8級(jí)輸出：＜0.002 mm、0.002～0.02 mm、0.02～0.05 mm、0.05～0.10 mm、0.10～0.25 mm、0.25～0.50 mm、0.5～1.0 mm和1～2 mm，并按美國制土壤質(zhì)地分類分為砂粒（0.05～2.00 mm）、粉粒（0.002～0.050 mm）和黏粒（＜0.002 mm）。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定，pH值采用pH計(jì)法，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀消化法，土壤全氮采用高氯酸-硫酸消化法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，全磷采用磷鉬酸銨法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提法，全鉀采用氫氟酸消煮-TCP-OES法，速效鉀采用乙酸銨提取-TCP-OES法。

1.3 分析方法

土壤粒徑分形維數(shù)采用的計(jì)算公式如下[4，14]：

式中：r為土壤顆粒粒徑（mm）；V（r＜R）為粒徑小于R的土壤顆粒累積體積，VT是土壤顆粒的總體積；R為土壤粒徑分級(jí)中的最大粒徑值，λV是土壤顆粒的最大粒徑；D為土壤顆粒體積分形維數(shù)。

然后分別對(duì)該公式兩邊取對(duì)數(shù)，即lg（V（r＜R）/VT）與（3-D）lg（R/λV），以lg（V（r＜R）/VT）、（3-D）lg（R/λV）為縱橫坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合，3-D則是線性擬合方程的斜率；D為土壤顆粒分形維數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)不同樣地土壤各指標(biāo)采用單因素方差分析（one-way ANOVA），顯著性水平為P＜0.05；運(yùn)用Pearson相關(guān)分析檢驗(yàn)土壤分形維數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性，使用Origin 21軟件繪圖；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣地土壤顆粒分布及分形維數(shù)特征

土壤粒徑特征表征了土壤中不同徑級(jí)顆粒的分布情況，是衡量土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。由表2可知，不同樣地0～60 cm土層的土壤顆粒分布之間存在顯著性差異（P＜0.05），主要以粉粒（0.002～0.050 mm）為主，其變化范圍在49.10%～69.00%之間，且粉粒含量均顯著高于其他粒級(jí)（P＜0.05）。在垂直方向上，整體上同一樣地粉粒含量隨土層深度的增加而增加，砂粒含量呈下降趨勢(shì)，而黏粒含量的變化規(guī)律不明顯。在0～20 cm土層，不同樣地土壤黏粒含量變化范圍為3.37%～5.21%，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）黏粒含量顯著高于其他樣地（P＜0.05），王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）的最低；粉粒含量變化范圍為49.1%～65.47%，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）粉粒含量顯著高于其他樣地，王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）的最低；砂粒含量變化范圍為29.44%～47.53%，王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）砂粒含量最高，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）的砂粒含量顯著低于其他樣地。在20～40 cm土層，黏粒含量變化范圍為4.07%～5.60%，粉粒含量變化范圍為60.93%～65.67%，砂粒含量變化范圍為30.26%～34.99%，草廟鄉(xiāng)師家灣（KN6）粉粒含量最高，砂粒和黏粒含量最低。在40～60 cm土層，黏粒含量變化范圍為4.18%～5.83%，粉粒含量變化范圍為59.71%～69.00%，砂粒含量變化范圍為25.34%～34.47%，白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）的砂粒、黏粒含量最高，粉粒含量最低。

如表2所示，不同樣地土壤分形維數(shù)變化范圍為2.516～2.609，且分形維數(shù)的線性擬合程度較高，R2均在0.80以上。在土壤剖面垂直方向上，整體上同一樣地土壤分形維數(shù)隨著土壤深度增加而增大，除白陽鎮(zhèn)小河橋（KN3）和草廟鄉(xiāng)師家灣（KN6）外，其余樣地不同土壤深度間存在顯著性差異（P＜0.05）。在土壤深度為0～20 cm的土層，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）土壤分形維數(shù)顯著高于其他樣地；20～40 cm土層，王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）和白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）土壤分形維數(shù)顯著高于其他樣地；40～60 cm土層，白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）分形維數(shù)顯著高于其他樣地（樣地KN10除外）。

2.2 土壤分形維數(shù)與土壤顆粒的相關(guān)性

對(duì)土壤顆粒組成與分形維數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖1），結(jié)果表明土壤分形維數(shù)與土壤黏粒、粉粒含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤砂粒含量與土壤分形維數(shù)存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。由圖1可知，土壤黏粒含量與分形維數(shù)的回歸方程決定系數(shù)R2最大，為0.970 1，說明土壤黏粒含量對(duì)土壤分形維數(shù)的影響最大。土壤黏粒含量每增加1%，土壤分形維數(shù)增大0.035 2；土壤粉粒含量每增加1%，土壤分形維數(shù)增大0.002 6；土壤砂粒含量每增加1%，土壤分形維數(shù)減少0.002 9。這說明50 μm粒徑是反映研究區(qū)土壤分形維數(shù)的臨界粒徑，＜50 μm土壤顆粒的增加和＞50 μm土壤顆粒的減少共同影響著土壤分形維數(shù)的增大，黏粒和粉粒含量越高，砂粒含量越低，土壤分形維數(shù)越大，反之，則土壤分形維數(shù)越小。

2.3 不同樣地土壤理化性質(zhì)變化特征

依據(jù)中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第二次普查確定的土壤養(yǎng)分等級(jí)，對(duì)于林業(yè)土壤，一般三級(jí)（含）養(yǎng)分充足，四級(jí)養(yǎng)分缺乏，應(yīng)加強(qiáng)管理，五級(jí)或六級(jí)養(yǎng)分匱乏，應(yīng)施肥或采取對(duì)應(yīng)措施[2]。由表3可知，不同樣地的土壤理化性質(zhì)存在顯著性差異（P＜0.05）。土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低，其范圍為5.68～16.32 g/kg，白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他樣地，其中白陽鎮(zhèn)大岔組（KN1）、白陽鎮(zhèn)杏兒灘（KN2）、白陽鎮(zhèn)小河橋（KN3）、白陽鎮(zhèn)袁灣隊(duì)（KN5）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）的土壤有機(jī)質(zhì)含量均為五級(jí)，草廟鄉(xiāng)師家灣（KN6）土壤有機(jī)質(zhì)含量為六級(jí)。土壤全氮含量普遍偏高，其范圍為1.05～1.90 g/kg，均達(dá)到三級(jí)以上；土壤全磷含量范圍為0.57～0.68 g/kg，除了白陽鎮(zhèn)杏兒灘（KN2）、白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）的全磷含量為四級(jí)，其余樣地的全磷含量達(dá)到三級(jí)；土壤全鉀含量范圍為16.37～18.08 g/kg，多數(shù)樣地都為三級(jí)，且差異顯著。土壤堿解氮含量普遍偏低，其范圍為35.78～74.16 g/kg，除了白陽鎮(zhèn)剪子灣東（KN4）和白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）的土壤堿解氮含量為四級(jí)外，其余樣地土壤堿解氮含量為五級(jí)；土壤速效磷含量普遍偏低，其范圍為1.93～8.53 g/kg，多數(shù)樣地土壤速效磷含量為五級(jí)；速效鉀含量普遍偏低，其范圍為59.10～96.47 g/kg，全部樣地速效鉀含量均為四級(jí)。研究區(qū)土壤容重為1.11～1.22 g/cm3，且10個(gè)樣地之間差異顯著，白陽鎮(zhèn)剪子灣（KN4）顯著高于白陽鎮(zhèn)杏兒灘（KN2）、白陽鎮(zhèn)小河橋（KN3）、白陽鎮(zhèn)袁灣隊(duì)（KN5）、王洼鎮(zhèn)陡溝村（KN8）及白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）。土壤pH值介于8.00～8.21，屬弱堿性，且各樣地間差異顯著，白陽鎮(zhèn)小河橋（KN3）的土壤pH值顯著高于其他樣地（P＜0.05）。

2.4 土壤分形維數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

為進(jìn)一步分析困難立地土壤顆粒分形維數(shù)與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，對(duì)分形維數(shù)與土壤pH值、土壤容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀進(jìn)行相關(guān)分析。由圖2可知，研究區(qū)土壤分形維數(shù)與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.30，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.27，與土壤容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀均無顯著相關(guān)性。這表明分形維數(shù)在一定程度上可以表征研究區(qū)土壤的部分理化性質(zhì)，即分形維數(shù)大，土壤pH值越高，而全磷含量越低。

3 討論

3.1 不同樣地土壤顆粒分布及分形維數(shù)特征

土壤顆粒分布特征反映了土壤顆粒的組成和大小，同時(shí)對(duì)土壤肥力狀況、土壤退化等具有重要的影響[15]。本研究中，不同樣地的土壤顆粒分布之間存在顯著性差異（P＜0.05），主要以粉粒為主，其變化范圍在49.10%～69.00%之間，這與張秦嶺等[16]關(guān)于不同土地利用類型土壤粒徑分布特征的研究結(jié)果相似。在垂直方向上，同一樣地粉粒含量隨土層深度的增加而增加，砂粒含量呈下降趨勢(shì)，而黏粒含量的變化規(guī)律不明顯。表明隨著土層深度的增加，土壤顆粒組成相對(duì)變細(xì)，這與高玉寒等[17]關(guān)于赤峰市4種類型土壤機(jī)械組成和分形維數(shù)的研究結(jié)果有相似之處，可能是因?yàn)楸狙芯繀^(qū)表層細(xì)顆粒土壤容易受到風(fēng)雨侵蝕而流失。但也有研究表明隨土層深度的增加，土壤顆粒組成有變粗的趨勢(shì)[18]，這可能是由于研究區(qū)域的氣候、水文等自然因素的差異導(dǎo)致的。在0～20 cm土層，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）黏粒含量、粉粒含量均顯著高于其他樣地（P＜0.05），表明該樣地表層土壤顆粒受到侵蝕作用相對(duì)較小，大量細(xì)小顆粒被沖走。

有研究認(rèn)為，土壤分形維數(shù)在2.75左右的保水保肥、通氣透水能力較好[19]。本研究中，不同樣地土壤分形維數(shù)變化范圍為2.516～2.609，整體處于中等水平，這與雷娜[20]等關(guān)于漢中荒草地土壤顆粒分形維數(shù)變化特征相似。羅雅曦等[21]研究認(rèn)為，土壤顆粒分形維數(shù)越高，表明土壤質(zhì)地相對(duì)較好，而分形維數(shù)越低，則表明土壤結(jié)構(gòu)越松散，持水保肥能力越差。本研究中，白陽鎮(zhèn)斜岔子（KN7）和白陽鎮(zhèn)任灣村（KN9）0～20 cm土層土壤分形維數(shù)顯著高于其他樣地，說明該樣地的表層土壤質(zhì)地相對(duì)更好。

在本研究中，通過對(duì)土壤顆粒組成與分形維數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖1），結(jié)果表明土壤分形維數(shù)與土壤黏粒、粉粒含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤砂粒含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)論與黃語芯等[22]對(duì)干熱河谷沙丘土壤顆粒組成和分形維數(shù)的研究結(jié)果一致。蘇芝屯等[23]等認(rèn)為土壤顆粒的分形維數(shù)主要是由黏粒含量決定，本研究中土壤黏粒含量與分形維數(shù)的回歸方程決定系數(shù)R2最大，為0.970 1，說明土壤黏粒含量對(duì)土壤分形維數(shù)的影響最大，即黏粒含量越多，分形維數(shù)值越大?？傮w而言，土壤分形維數(shù)隨砂粒含量的增多而減小，隨黏粒、粉粒含量的增多而增大，這與婁泊遠(yuǎn)等[14]、賈萌萌等[24]的研究結(jié)果一致。

3.2 不同樣地土壤理化性質(zhì)變化特征

土壤養(yǎng)分在植被恢復(fù)過程中起到至關(guān)重要的作用，對(duì)促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成物質(zhì)，包括氮、磷、鉀等元素在內(nèi)，都是衡量林地土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo)[25]。本研究中，不同樣地的土壤理化性質(zhì)存在顯著性差異（P＜0.05）。研究區(qū)各樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量變化范圍為5.68～16.32 g/kg，依據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低，白陽鎮(zhèn)崾峴村（KN10）土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他樣地，這可能由于該樣地具有較多的凋落物作為土壤有機(jī)質(zhì)的原料。本研究中多數(shù)樣地的土壤全氮、全磷、全鉀含量均達(dá)到三級(jí)及以上，處于中等偏上水平。多數(shù)樣地土壤中堿解氮和速效磷含量為五級(jí)、土壤速效鉀含量為四級(jí)，表明多數(shù)樣地堿解氮、速效磷和速效鉀含量處于缺乏或更低水平，導(dǎo)致土壤質(zhì)量差的原因可能是土地資源利用不合理以及土壤侵蝕等人為因素和自然原因，造成土壤肥力下降和失衡。

土壤pH對(duì)土壤微生物活性及養(yǎng)分有效性有重要作用，是衡量和評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。在本研究中，土壤pH值介于8.00～8.21，屬弱堿性，且各樣地間差異顯著，白陽鎮(zhèn)小河橋（KN3）的土壤pH值顯著高于其他樣地（P＜0.05），這不利于部分喜弱酸環(huán)境植物的生長，導(dǎo)致養(yǎng)分有效性降低。土壤容重是表征土壤物理特性的重要指標(biāo)之一，其大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性以及保水能力的高低[25]。通常來說，土壤容重小，表明土壤較疏松，孔隙度多；土壤容重大，表明土壤緊實(shí)，孔隙度少，土壤結(jié)構(gòu)差[26]。本研究中研究區(qū)土壤容重變化范圍為1.11～1.22 g/cm3，白陽鎮(zhèn)剪子灣（KN4）的土壤容重最大，表明該樣地孔隙少，土壤結(jié)構(gòu)差，保水性和通氣性較差，進(jìn)而影響植物生長及根系在土壤中的穿透力。

3.3 土壤分形維數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

許多研究表明，土壤分形維數(shù)對(duì)土壤的理化性質(zhì)也具有一定的指示作用[27-28]。關(guān)于土壤分形維數(shù)與土壤容重的相關(guān)關(guān)系研究各不相同，馬俊杰等[29]研究表明，土壤分形維數(shù)與土壤容重不存在相關(guān)性，而刁二龍等[30]等研究認(rèn)為土壤分形維數(shù)與土壤容重存在顯著正相關(guān)性，本研究結(jié)果與馬俊杰等的研究結(jié)果一致，這可能是由于不同研究區(qū)域土壤形成過程比較復(fù)雜，導(dǎo)致研究結(jié)果出現(xiàn)了一定的差異。本研究中土壤分形維數(shù)與土壤pH呈顯著正相關(guān)，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)，這與馬俊杰等[29]部分結(jié)果一致。許多研究表明，土壤分形維數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮和速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系[31-32]，而馬俊杰等研究發(fā)現(xiàn)土壤分形維數(shù)與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀之間均存在極顯著負(fù)相關(guān)，本研究中土壤分形維數(shù)與有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀均無顯著相關(guān)性，這表明分形維數(shù)與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系受研究區(qū)域、土地利用方式等的影響而有所差異。雖然研究結(jié)果因地域不同有所差異，但這些研究對(duì)于探索分形理論在土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)以及土壤肥力等方面具有重要意義。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)不同樣地土壤顆粒分布之間存在顯著性差異（P＜0.05），土壤質(zhì)地較粗，主要以粉粒為主，其變化范圍在49.10%～69.00%之間；土壤粉粒含量隨土層深度的增加而增加，砂粒含量呈下降趨勢(shì)，而黏粒含量的變化規(guī)律不明顯。土壤分形維數(shù)變化范圍為2.516～2.609，整體處于較低水平；在垂直方向上，土壤分形維數(shù)隨著土層深度的增加呈增加，且不同土壤深度間存在顯著性差異（P＜0.05）。

（2）土壤分形維數(shù)與土壤黏粒、粉粒含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤砂粒含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，50 μm粒徑是反映研究區(qū)土壤分形維數(shù)的臨界粒徑，表明土壤分形維數(shù)的大小受到土壤黏粒、粉粒和砂粒含量變化的共同影響。

（3）研究區(qū)各樣地養(yǎng)分總體較低，多數(shù)樣地的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷普遍偏低，土壤全氮、全磷、全鉀含量普遍較高，達(dá)到三級(jí)；土壤容重為1.11～1.22 g/cm3，且不同樣地之間差異顯著，土壤pH值介于8.0～8.21，呈弱堿性。

（4）土壤分形維數(shù)與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，與土壤容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀均無顯著相關(guān)性，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)，表明土壤分形維數(shù)在一定程度上可以表征研究區(qū)土壤的部分理化性質(zhì)。

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