不同沙生灌木下土壤颗粒及重金属空间分布特征

以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌木下及流动沙丘0~100 cm风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内实验,采用多重分形理论探讨土壤粒径分布(particle size distribution,PSD)和ω(Mn)、ω(Zn)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Pb)、ω(Ni)、ω(As)、ω(Cd)及分布特征并分析其相互关系,反映土壤结构及重金属污染状况.结果表明,α(q)-f(q)图像均左偏,呈左钩状,即不同灌木均可增加粒度级配中细小颗粒子集比例,同时,沙冬青、花棒可显著增加PSD范围、非均匀度及离散度.不同灌木下土壤重金属整体表现为ω(Mn)ω(Zn)ω(Cr)ω(Cu)ω(Pb)ω(Ni)ω(As)ω(Cd),除ω(Cu)及ω(Cr)外,各灌木下0~10 cm土层重金属含量大多高于流动沙丘;沙冬青下ω(Mn)、ω(Cd)均值分别为354.899、1.429 mg·kg~(-1),远高于流动沙丘,各土层间差异显著(P0.05),ω(Mn)、ω(Cd)最大值分别出现在30~40 cm、10~20cm土层;花棒下ω(Pb)均值居各灌木之首为13.556 mg·kg~(-1),高于沙冬青3.24%,而ω(As)则低于沙冬青0.37%,但均高于流动沙丘.φ(粉粒)与φ(中砂)分别为决定风沙土中重金属含量的细粒及粗粒土壤,8种重金属均与φ(黏粒)、φ(粉粒)正相关,除ω(Cr)外,其余重金属均与φ(中砂)负相关,重金属含量与多重分形参数间的相关系数与φ(黏粒)、φ(粉粒)、φ(中砂)相似,即多重分形维数同样可较好地描述重金属含量与决定性土壤颗粒间的关系.研究显示,沙冬青及花棒可拦滞风沙流中的细小土壤颗粒使其沉降在周围表层土壤,并更好地改善各土层PSD特征,且二者作用后的风沙土中重金属含量高于其余灌木及流动沙丘,故可通过种植二者局部改良土壤并拦滞、原位固控重金属,减轻下风向城市空气中的重金属污染.     

乌兰布和沙漠不同灌丛土壤颗粒多重分形特征及其与有机碳分布的关系

w（SOC）（SOC为土壤有机碳,soil organic carbon）及其分布状况显著受到土壤PSD（particle-size distribution,粒径分布）和有机质相互胶结方式的差异影响,而w（SOC）可反映土壤结构优劣程度,表征土壤肥力状况及碳库饱和度.以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌丛下0~100 cm深度风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内测试,采用多重分形理论探讨土壤特性和w（SOC）分布特征及其相互关系,反映土壤结构及肥力状况.结果表明:① 不同灌丛下的土壤均具有良好的分形特征,并且灌丛可通过降低风速,使≤ 50 μm的优质颗粒在周围表层土壤沉降,而优质颗粒数量与w（SOC）、D₀（粒径分布范围）及D₁（分布均匀程度）极显著正相关（P < 0.01）,与D₁/D₀（分布离散程度）极显著负相关（P < 0.01）;② 各灌丛下w（SOC）的大小关系与D₁、D₀相似但与D₁/D₀完全相反,即w（SOC）可表征PSD状况进而反映土壤结构优劣程度,并且在沙冬青灌丛的>20~30、>60~80 cm土层出现两次峰值,分别为11.958、11.928 g/kg;③ 对D₀的扩大及D₁/D₀的降低程度以沙冬青灌丛最为明显,但对D₁的降低程度则以花棒灌丛最为明显.研究显示,多重分形理论可很好地描述乌兰布和沙漠风沙土性质,并且适生灌丛中沙冬青及花棒可更好地改善土壤颗粒及SOC特征,故可通过种植二者局部改良土壤及增加碳库饱和度.