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Volume fractal dimension of soil particles and relationships with soil physical-chemical properties and plant species diversity in an alpine grassland under different disturbance degrees 被引量:20
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作者 YanYan LIU YanMing GONG +1 位作者 Xin WANG YuKun HU 《Journal of Arid Land》 SCIE CSCD 2013年第4期480-487,共8页
Fractal geometry is an important method in soil science,and many studies have used fractal theory to examine soil properties and the relationships with other eco-environmental factors.However,there have been few studi... Fractal geometry is an important method in soil science,and many studies have used fractal theory to examine soil properties and the relationships with other eco-environmental factors.However,there have been few studies examining soil particle volume fractal dimension in alpine grasslands.To study the volume fractal dimension of soil particles (D) and its relationships with soil salt,soil nutrient and plant species diversity,we conducted an experiment on an alpine grassland under different disturbance degrees:non-disturbance (N0),light disturbance (L),moderate disturbance (M) and heavy disturbance (H).The results showed that (1) Ds varied from 2.573 to 2.635 among the different disturbance degrees and increased with increasing degrees of disturbance.(2) Shannon-Wiener diversity index,Pielou's evenness index and Margalef richness index reached their highest values at the M degree,indicating that moderate disturbance is beneficial to the increase of plant species diversity.(3) In the L and M degrees,there was a significant positive correlation between D and clay content and a significant negative correlation between D and soil organic matter (SOM).In the H degree,D was significantly and positively correlated with total salt (TS).The results suggested that to a certain extent,D can be used to characterize the uniformity of soil texture in addition to soil fertility characteristics.(4) For the L degree,there was a significant negative correlation between D and the Shannon-Wiener diversity index; while for the M degree,there was a significant negative correlation between D and Pielou's evenness index. 展开更多
关键词 alpine grassland disturbance degree volume fractal dimension of soil particles species diversity
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A Fractal Method of Estimating Soil Structure Changes Under Different Vegetations on Ziwuling Mountains of the Loess Plateau,China 被引量:13
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作者 ZHAO Shi-wei SU Jing +3 位作者 YANG Yong-hui LIU Na-na WU Jin-shui SHANGGUAN Zhou-ping 《Agricultural Sciences in China》 CAS CSCD 2006年第7期530-538,共9页
Fractal method is a new method to estimate soil structure. It has been shown to be a useful tool in studies related to physical properties of soil as well as erosion and other hydrological processes. Fractal dimension... Fractal method is a new method to estimate soil structure. It has been shown to be a useful tool in studies related to physical properties of soil as well as erosion and other hydrological processes. Fractal dimension was used to study the soil structure in soil at different stages of vegetative succession on the Ziwuling Mountains. The land use and vegetation types included cultivated land, abandoned land, grassland, two types of shrub land, and three types of forests. The grassland, shrub land, and forested areas represented a continuum in vegetative succession that had occurred naturally, as the land was abandoned in 1862. Disturbed and undisturbed soil samples were collected from ten vegetation types from depths of 0-10, 10-20, and 20-30 cm on the Ziwuling Mountains, at a site with an elevation of about 1 500 m. Particle size distribution was determined by the pipette method and aggregate size distribution was determined by wet sieving. The results were used to calculate the particle and aggregate fractal dimension. The results showed that particle and aggregate fractal dimensions varied between vegetation types. There was a positive correlation between the particle fractal dimension and the weight of particles with diameter 〈 0.001 mm, but no relationship between particle fractal dimension and the other particle size classes. Particle fractal dimension was lower in vegetated soils compared to cropland and there was no consistent relationship between fractal dimension and vegetation type. Aggregate fractal dimension was positively correlated with the weight of 〉 0.25 mm aggregates. Aggregate fractal dimension was lower in vegetated soils compared with cropland. In contrast to particle fractal dimension, aggregate fractal dimension described changes in soil structure associated with vegetative succession. The results of this study indicate that aggregate fractal dimension is more effective in describing soil structure and function compared with particle fractal dimension. 展开更多
关键词 soil fractal dimension soil particle soil aggregate vegetation type Ziwuling Mountains
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基于多重分形理论的再生水灌溉下土壤粒度分析
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作者 张兴 徐洋洋 +3 位作者 左西宇 王天阳 樊向阳 陈俊英 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期227-237,共11页
再生水灌溉是缓解水资源矛盾的有效途径,为表征再生水灌溉后土壤粒度分布(Soil particle size distribution,PSD)特性,通过室内土柱模拟试验,设置生活污水(W1)、再生水1(W2)和再生水2(W3)共计3种灌溉水质,并以自来水(W4)作为对照,采用... 再生水灌溉是缓解水资源矛盾的有效途径,为表征再生水灌溉后土壤粒度分布(Soil particle size distribution,PSD)特性,通过室内土柱模拟试验,设置生活污水(W1)、再生水1(W2)和再生水2(W3)共计3种灌溉水质,并以自来水(W4)作为对照,采用马尔文激光粒度仪测定灌溉1 a后各处理土壤颗粒百分比,运用分形理论分析了4种水质处理下土壤PSD的分形特征。结果表明:(1)4种水质处理下土壤PSD呈单峰分布;与W4处理相比,W1、W2、W3处理下土壤黏粒含量增加0.40%~6.38%,砂粒含量降低1.58%~13.80%,土壤非均匀性增强,但各处理间差异不显著。(2)再生水灌溉下土壤颗粒呈细粒化趋势,土壤PSD多重分形参数增大,土壤PSD趋于不均匀。在0~10 cm土层,W3处理下土壤PSD多重分形参数容量维数D(0)、信息维数D(1)、相关维数D(2)和多重分形奇异谱宽Δα(q)最大,分别为0.943、0.837、0.823和1.035;在10~20 cm土层,W2处理下D(0)、D(1)、D(2)和Δα(q)最大,分别为0.943、0.851、0.852和1.009。(3)土壤PSD的多重分形参数D(0)、D(1)、D(2)、Δα(q)和α(0)与土壤黏粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关,土壤分形特征由土壤中黏粒与砂粒的相对含量控制。研究表明,在试验期内,再生水灌溉下土壤PSD的空间异质性与非均匀性增大,可以通过多重分形参数进行定量表征。 展开更多
关键词 再生水灌溉 土壤粒度 广义维数谱 多重分形 非均质性
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膨胀土裂隙维度及其对强度影响的试验研究 被引量:4
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作者 黄志全 岳康兴 +1 位作者 李幻 李磊 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 2014年第6期65-68,共4页
根据分形理论,利用MATLAB软件编制分形处理程序,对多次干湿循环过程中裂隙发育情况以及分形特征进行了研究,结合直剪试验,定量分析了干湿循环后分形维度与抗剪强度的关系.结果表明:在多次干湿循环过程中,分形维度与裂隙率变化规律相似,... 根据分形理论,利用MATLAB软件编制分形处理程序,对多次干湿循环过程中裂隙发育情况以及分形特征进行了研究,结合直剪试验,定量分析了干湿循环后分形维度与抗剪强度的关系.结果表明:在多次干湿循环过程中,分形维度与裂隙率变化规律相似,呈现出先升高后降低的趋势,最后在接近缩限含水率时趋于稳定.随循环次数增多,分形维度峰值不断增大,第2次循环增幅最大,其后逐步减小.分形维度与抗剪强度指标有很好的相关性,随着分形维度的增大,c,φ值不断减小,分形维度可以定量描述裂隙的力学效应. 展开更多
关键词 分形维度 膨胀土 干湿循环 裂隙 强度
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一维冻结土体冻胀曲线的分形优化 被引量:2
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作者 张树光 张向东 +1 位作者 易富 李永靖 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2004年第3期102-105,共4页
分形几何理论作为研究自然界具有自相似性质的非线性问题的主要手段,被广泛应用于岩土工程中。土体的冻结涉及到土体本身的性质、温度场、水分场和应力场的共同作用,采用数值解法又必须对其进行大量的简化,使其所求得的数值解或拟解析... 分形几何理论作为研究自然界具有自相似性质的非线性问题的主要手段,被广泛应用于岩土工程中。土体的冻结涉及到土体本身的性质、温度场、水分场和应力场的共同作用,采用数值解法又必须对其进行大量的简化,使其所求得的数值解或拟解析解与实际值存在较大差距。采用神经网络方法研究表明,在冻胀初期系统难以稳定,同时对于低含水量的土体误差也较大。近年来,通过国内外学者的大量研究,发现土体冻结过程中同样存在分形现象。通过分析土体冻胀特征,提出采用分形插值方法研究一维冻结土体的冻胀问题。采用Douglas Peuker算法和随机中点移位法相结合的方法对一维冻结土体的冻胀曲线进行了优化。研究结果表明,采用该方法对冻胀曲线进行优化,既可保留其原有的宏观结构特征也可以反映微观结构动态;经过插值处理后,曲线的特征点和特征形状并无变化;但细节部分随着分形维数的增加,逐步得到细化。由此真实地反映了冻胀过程,为研究土体的冻胀过程提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 分形插值法 一维冻结土体 冻胀曲线 分形优化 随机中点移位法
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一维封闭冻结风积土冻胀曲线的分形性质 被引量:1
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作者 张树光 张向东 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2004年第5期34-36,共3页
通过分析风积土冻胀的特征,提出采用分形插值方法研究一维封闭冻结风积土的冻胀问题.通过理论研究和对实测曲线的分析,结果表明冻胀曲线具有良好的自相似性,可以利用分形理论对冻胀曲线进行描述.分维体现了冻胀曲线的复杂性及非线性特征... 通过分析风积土冻胀的特征,提出采用分形插值方法研究一维封闭冻结风积土的冻胀问题.通过理论研究和对实测曲线的分析,结果表明冻胀曲线具有良好的自相似性,可以利用分形理论对冻胀曲线进行描述.分维体现了冻胀曲线的复杂性及非线性特征,这对进一步认识风积土的冻胀过程有着很重要的作用. 展开更多
关键词 一维 分形性质 曲线 自相似性 分形理论 冻结 复杂性 冻胀 实测 封闭
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植烟土壤颗粒分形特征及与主要养分的关系 被引量:1
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作者 李强 张一扬 +4 位作者 陈丽鹃 彭奎 解燕 刘加红 周冀衡 《烟草科技》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期13-18,共6页
为给烟区土壤理化性状评价提供新的方法,采用GPS定位技术,在云南省陆良烟区采集土壤样品341个,运用土壤颗粒质量分形模型计算了烟区耕层土壤颗粒质量分形维数D值,并分析了分形维数的总体特征、分布规律及其与土壤质地、颗粒分布和土壤... 为给烟区土壤理化性状评价提供新的方法,采用GPS定位技术,在云南省陆良烟区采集土壤样品341个,运用土壤颗粒质量分形模型计算了烟区耕层土壤颗粒质量分形维数D值,并分析了分形维数的总体特征、分布规律及其与土壤质地、颗粒分布和土壤养分的关系。结果表明,土壤颗粒质量分形维数D值在2.524-2.928之间,平均为2.823,依次为轻粘土〉重壤土〉中壤土〉轻壤土,土壤质地越粘重,分形维数越大;土壤颗粒质量分形维数与土壤粘粒含量(质量分数)呈极显著正相关关系,与粉粒及砂粒含量呈极显著负相关关系,粘粒含量每增加10%,分形维数D值增加0.05个单位,粉粒含量或砂粒每增加10%,分形维数D值分别下降0.09和0.06个单位,土壤颗粒质量分形维数在一定程度上可直观地反映土壤颗粒构成;分形维数D值与有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾含量(质量分数)极显著正相关,与有效磷含量极显著负相关,土壤颗粒质量分形维数在一定程度上可用于表征土壤的养分状况。 展开更多
关键词 植烟土壤 土壤颗粒 分形维数 土壤养分
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H-V立体加筋黏土单轴试验 被引量:1
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作者 高俊丽 曹威 +1 位作者 徐宏飞 袁川 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期1024-1031,共8页
为了研究H-V立体加筋黏土应力应变曲线及强度特性,在恒定应变加载速率下,对H-V立体加筋黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验,得到了不同加筋高度及不同含水率下的应力应变曲线。在给定的含水率下,研究了加筋高度为5 mm、10 mm、15 mm、20... 为了研究H-V立体加筋黏土应力应变曲线及强度特性,在恒定应变加载速率下,对H-V立体加筋黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验,得到了不同加筋高度及不同含水率下的应力应变曲线。在给定的含水率下,研究了加筋高度为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm的HV立体加筋黏性土与极限应力的关系,得出了在一定范围内极限应力随竖向加筋率的增大而增大,但是其中存在一个最佳竖向加筋率,大于或小于这个加筋率,试样都不能达到最佳效果。在给定的加筋高度下,研究极限应力与含水率之间的关系,得出了极限应力随含水率的增加,先增大后减小的规律。此外,本文还研究了极限应力与分维数D之间的关系,得出了极限应力随着分形维数D的增加,先增加后减小,存在一个最优值。 展开更多
关键词 H-V立体加筋 黏土 单轴试验 含水率 分维数
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土壤孔隙结构定量化研究进展 被引量:50
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作者 程亚南 刘建立 张佳宝 《土壤通报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期988-994,共7页
土壤孔隙结构是土壤结构的重要方面,土壤大孔隙引起的优先流和溶质优先迁移与地下水污染、养分流失和灌溉水浪费都有着密切的关系;对土壤孔隙结构的研究具有重要的实践意义和指导作用。本文在综合国内外研究文献的基础上,对前人研究进... 土壤孔隙结构是土壤结构的重要方面,土壤大孔隙引起的优先流和溶质优先迁移与地下水污染、养分流失和灌溉水浪费都有着密切的关系;对土壤孔隙结构的研究具有重要的实践意义和指导作用。本文在综合国内外研究文献的基础上,对前人研究进行系统总结,介绍土壤孔隙结构的获取手段、孔隙结构的表征和模拟方法,并且对今后土壤孔隙结构研究的热点进行了展望,以期为今后进行土壤孔隙结构建模的深入研究提供帮助。 展开更多
关键词 土壤 孔隙结构 分形 三维重构 网络模型
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基于CT扫描的煤矿排土场土壤孔隙三维多重分形特征 被引量:9
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作者 张佳瑞 王金满 +1 位作者 秦倩 白中科 《土壤通报》 CAS 北大核心 2017年第4期786-793,共8页
土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。本研究基于Math Works Matlab(2009a)平台,在对土壤孔隙CT扫描图片三维重建的基础上,运用多重分形理论对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤... 土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。本研究基于Math Works Matlab(2009a)平台,在对土壤孔隙CT扫描图片三维重建的基础上,运用多重分形理论对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤(23年、20年、0年)以及原地貌土壤进行三维多重分形定量表征,以探讨重构土壤孔隙空间分布规律。结果表明:重构土壤孔隙三维结构具有多重分形特征,信息熵维D1、广义维数谱曲线弯曲程度△D、多重分形谱谱宽△α随着复垦年限逐渐增大,土壤孔隙状况得到改善,土壤孔隙分布越趋于复杂,变异程度较高;重构土壤及原地貌土壤孔隙三维分布多重分形谱函数△f>0,呈左钩状,大概率孔隙占主要地位,孔隙分布不均匀。多重分形参数D1、D0-D1、△D、△α、△f间具有较好的相关性,从不同角度上反映了土壤孔隙三维分布的非均质性。 展开更多
关键词 土地复垦 CT扫描 重构土壤 土壤孔隙 三维重建 多重分形
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