川中丘陵区土壤颗粒分形维数特征及影响因素研究

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1、论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：＼勘噼J≥磷每b其获B关于论文使用授权的声明本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以

2、采用影印’=7缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。研究生签名：导师签名：少宁年占月移7自渊年乡月砧日1．研究目的与意义土地历来是人类赖以生存和发展的重要物质基础，自从人类开始种植与定居，便开始了土地利用的历史。土地作为一种自然、社会与经济的综合体，具有数量的有限性，空间位置的固定性，性状的地域差异性，功能的永久性等特征，是一种不可再生资源。然而随着生产的发展，特别是城市化，工业化的兴起，人口数量的剧增和人类活动范围的扩大，致使人类对地球表层系统的改造愈加广

3、泛而深刻。不合理的土地利用不仅导致耕地面积减少、土壤肥力下降、土壤生态质量退化等问题，而且无序化的发展态势也严重制约着整个社会经济的持续与协调发展【l】。土壤内部的物理、化学、生物等各种过程，外部的无穷随机的地质过程和现代社会的活动过程导致土壤在形态和演化上都表现是一个非均质的、多相的、分散的和多孔的复杂系统。自然界的三相，即固相、液相和气相共存于土壤之中。其中固相构成土壤的骨架，其结构通常是用固体颗粒的大小、形状以及其空间排列来描述的。由于构成土壤的颗粒和孔隙大小不同，形状各异，并且它们可能是以各种方式连接起来的，因此上壤结构性状十分

4、复杂，表现为一个不规则的几何形体。因此，采用分形科学的新理论、新方法进行深入的研究，将为地学科学注入新的活力。从80年代起，分形理论作为描述不规则几何形体的有效方法应用于土壤学领域，解决了用传统方法无法或很难解决的问题。大量研究结果表明【2。111，土壤是具有典型分形特征的自相似系统，在土壤粒径、颗粒表面、颗粒体积，颗粒孔隙等具有统计意义上的自相似，即局部与整体有相同的统计分布，因此可采用分形维数来描述。水土流失问题是我国重大的牛态环境问题，我国是世界上水土流失最严重的国家之一。2000年中国第二次水土流失遥感调查，长江流域水土流失面积

5、达53．1万km2，根据2003年全国水土流失监测报告，我国水土流失面积356万km2，其中中度及中度以上流失面积占水土流失总面积的54％，每年流失的上壤总量达50亿吨。不论山区、丘陵区、风沙区，还是农村、城市和沿海地区都存在着不同程度的水土流失问题【12。151，特别是大江大河中上游地区[16】。位于长江中上游的四川盆地丘陵区面积为8．9万Km2，占全省面积18．2％；人口5140万人，占全省总人口的60．4％，其中：乡村人口4297万人，占全省的62．5％；耕地面积22900Km2，占全省58．7％【17J，该地区是四JII重要的粮

6、、油产区，同时也是我国水土流失发生最为严重的地区之一，水土流失面积占幅员面积的65‰70％【18】，区域紫色土广泛分布，但由于其母质物理风化快，且多分布在山地丘陵区，土块陡、土层浅薄、抗蚀性能差，植被覆盖率低，并且区域内河流几经迂回，河曲发育，流水侵蚀丘陵地貌在研究区域广泛分布。除了紫色土大量分布以外，另一个重要原因就是高强度下的人类不合理生产活动，如无保护措施的大面积垦殖，过度采伐，造成了土壤结构破坏，土壤肥力降低，进而加剧了水土流失的严重性，同时也加剧了当地及周边地区生态环境的恶化，水土流失在很大程度上制约了该区域的社会经济的健康发

7、展。因此，运用分形理论对该地区的土壤颗粒进行研究以便改善土壤结构、土壤质地状况进而治理水土流失具有重要的理论价值和现实意义。2．国内外研究综述当代自然科学的重大问题包括五个方面：(1)揭示物质结构之谜；(2)宇宙的起源和演化；(3)地球起源、演化与地球系统科学；(4)生命与智力起源；(5)非线性科学和复杂性研究。前四个方面都涉及由大量粒子组成的复杂系统的演变规律。这表明无论是宇宙还是生命，物质世界都经历着从无组织的混乱状态向不同程度有组织状态的演变，实现着从“无序”到“有序”、从“简单”到“复杂”的各种过程。如何从总体上认识自然界发生的

8、这些复杂现象并找出其基本规律，构成了正在兴起的跨学科的第五方面的研究领域——非线性科学的基本内容【19】。20世纪70年代以来，当代自然科学前沿出现了一大批像“耗散结构论”(DissipativeStruc