基于多重分形理论的再生水灌溉下土壤粒度分析

作     者：张兴 徐洋洋 左西宇 王天阳 樊向阳 陈俊英 ZHANG Xing;XU Yangyang;ZUO Xiyu;WANG Tianyang;FAN Xiangyang;CHEN Junying

作者机构：西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453000 

出 版 物：《干旱地区农业研究》 (Agricultural Research in the Arid Areas)

年 卷 期：2023年第41卷第6期

页      面：227-237页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51979234)。 

主　　题：再生水灌溉 土壤粒度 广义维数谱 多重分形 非均质性 

摘      要：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。