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^*

来源：干旱地区农业研究, 2023, 41(06): 227-237.

• 再生水灌溉
• 土壤粒度
• 广义维数谱
• 多重分形
• 非均质性

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。

• 单位
  中国农业科学院农田灌溉研究所; 建筑工程学院; 西北农林科技大学