黑河源區不同植被類型土壤粒徑分形特征研究

摘要：本研究以黑河源區為研究區，運用分形理論研究了該區域3種主要植被類型土壤粒徑分形特征，并分析了土壤粒徑分形與環境因子的關系。結果表明：草地砂粒含量最大（38.83%），灌木林地次之（26.11%），喬木林地砂粒含量最低（22.76%），土壤單重分形維數（Single fractal dimension，D）大小表現為草地（2.60）lt;灌木林地（2.64）lt;喬木林地（2.65）；喬木林地、灌木林地和草地的土壤粒徑均呈非均勻性分布，與喬木林地和灌木林地相比，草地的土壤粒徑分布非均勻性最高；D與土壤粘粒、粉粒含量呈極顯著正相關關系，與砂粒含量呈極顯著負相關關系，而容量維（D0），信息維（D1），關聯維（D2）與土壤各粒級含量的關系與D相反。此外，地形、植被蓋度和土壤理化因子對3種植被類型土壤分形維數產生不同程度的影響。綜上，不同植被類型土壤粒徑分形特征差異明顯，分形維數主要受土壤粒徑影響，其它因子通過影響土壤顆粒組成從而對分形維數產生影響。研究結果可為黑河源區土地資源的科學管理和合理利用提供參考。

關鍵詞：黑河源區；土壤粒徑；分形維數；植被類型

中圖分類號：S152" ""文獻標識碼：A"""" 文章編號：1007-0435（2024）05-1459-12

Fractal Characteristics of Soil Particle Size on Different Vegetation Types

in the Source Area of the Heihe River

DIAO Er-long1，2， CAO Guang-chao2，3*， LIU Ying4， ZHAO Qing-lin1，2， CAO Sheng-kui1，2，

YUAN Jie1，2， HAN Guang-zhao1，2， ZHANG Fu-ling1，5

（1. Qinghai Provincial Key Laboratory of Physical Geography and Environmental Process， College of Geographical Science， Qinghai

Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China; 2. Key Laboratory of Tibetan Plateau Land Surface Processes and Ecological

Conservation （Ministry of Education）， Qinghai Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China; 3. Academy of Plateau Science

and Sustainability， People’s Government of Qinghai Province and Beijing Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China;

4. Qinghai Agriculture and Animal Husbandry Engineering Consulting Corporation， Xining， Qinghai Province 810008， China; 5. Provincial

Natural Resources Remote Sensing Center of Qinghai Province， Xining， Qinghai Province 810008， China）

Abstract：Taking the source area of the Heihe River as the research area，the fractal theory was applied to study the fractal characteristics of soil particles under three main vegetation types. The relationship was analyzed between soil particle fractals and environmental factors. The results showed that the forestland had the lowest sand content （22.76%），followed by shrubland （26.11%），and the sand content of grassland was the highest （38.83%）. The order of soil single fractal dimension （D） was grassland （2.60） lt;shrubland （2.64） lt;forestland （2.65）. Soil particle distribution was non-uniform for the three vegetation types. The grassland had the highest non-uniformity in soil particle distribution compared to that of forestland and shrubland. D showed a highly significant positive correlation with clay and silt content，and there was a significant negative correlation with sand content. In contrast，the correlation between the capacity dimension （D0），information dimension （D1），and association dimension （D2） and soil particle sizes was opposite to D. In addition，topography，vegetation cover and soil physicochemical factors affected the soil fractal dimension of the three vegetation types in different degrees. In conclusion，there are apparent differences in soil fractal characteristics among different vegetation types，and the fractal dimension is mainly affected by soil grain size，while other factors affect the fractal dimension by influencing the composition of soil particles. The results of this study provide a reference for the scientific management and rational use of the land resources in the source area of the Heihe River.

Key words：Heihe River source area;Soil particle size;Fractal dimension;Vegetation type

土壤中各粒級所占百分比被稱為土壤粒徑分布（Particle size distribution，PSD），是土壤重要的物理性質之一［1］，土壤PSD影響著土壤結構、侵蝕與退化、水分運移［2］。由于土壤PSD的不規則性和非均勻性［3］，傳統的土壤質地分類方法不能詳盡地反映土壤PSD特征［4］，分形理論的產生為定量研究土壤PSD提供了一種新的方法［5］。此外，激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器，具有測試范圍寬等特點，這使得分形理論在土壤學研究中的應用更加廣泛。分形維數分為單重分形和多重分形維數，單重分形維數可以反映土壤整體的粗糙性［6］，多重分形維數可以反映土壤局部細致特征［7］。

目前，有關土壤粒徑分形特征的研究越來越多，研究者有的利用單重分形維數研究土壤分形維數與土壤粒徑含量的關系，例如Cunha等［8］分析了巴西南亞馬遜州不同土地利用模式下土壤粒度分形特征，結果表明分形維數與細顆粒含量有較強的相關性；有的利用多重分形維數反映植被退化過程中土壤粒徑變化特征，例如孫哲等［9］基于多重分形理論分析了青藏高原多年凍土區高寒草甸退化過程中土壤PSD特征，結果表明多重分形參數能準確反映不同退化階段土壤PSD的細微差別；也有研究綜合運用單重和多重分形理論定量分析了土地利用方式對土壤粒徑分形參數的影響，例如王德等［10］分析了黃土丘陵區土壤粒徑分形特征，結果表明不同土地利用方式土壤PSD具有明顯的分形特征，且土壤單重分形維數和多重分形參數可以作為反映土壤物理性質和土壤質量的潛在指標。縱觀已有研究成果發現：（1）關于不同土地利用方式或下墊面土壤粒徑分形特征的研究較為集中［1，4，10-11］，影響因子主要聚焦于土壤質地［1，9-10］、土壤理化性質［11-13］，因子選擇較為單一，未綜合考慮成土母質、土壤類型、地形因子、土壤理化因子對土壤粒徑分形特征的影響；（2）在分析環境因子對不同土地利用方式或下墊面土壤粒徑分形特征影響時，多數研究將不同土地利用方式或下墊面作為一個整體進行分析［1，10-12］，鮮有學者具體開展不同植被類型土壤粒徑分形特征環境驅動因子的研究。

黑河源區作為祁連山國家公園青海片區的重要組成部分，是我國西北地區重要的水源涵養功能區和生態安全屏障，該地區易受氣候變化和人類活動的影響，生態環境較為脆弱，目前，有關該區域的研究主要涉及土壤養分［14］、NDVI時空變化［15］、水文地球化學特征［16］。已有研究表明，不同植被類型會因地表覆蓋狀況不同使得土壤抗侵蝕能力不同，進而影響土壤粒徑分形特征［10］。草地、喬木林地和灌木林地作為黑河源區主要的植被類型，其土壤粒徑分布和分形特征有何差異，環境因子如何影響土壤粒徑分形特征，目前鮮有相關方面的研究。鑒于此，本文通過野外采樣和室內分析并運用分形理論，研究了黑河源區3種主要植被類型土壤PSD、單重和多重分形特征，并探討了環境因子對土壤粒徑及分形維數的影響，以期為該區域的土地管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黑河源區（98°05′35″ E～101°02′06″ E，37°25′16″ N～39°05′18″ N）地處青藏高原東北部祁連山中段腹地（圖1），行政區劃涉及青海省祁連縣，面積約1.6×104 km2。該區域屬高原大陸性氣候［17］，雨熱同季，太陽輻射強烈，年蒸發量大于年降水量，地形以山地為主，地勢起伏大；在氣候、地形等環境因子的共同影響下，植被垂直分異明顯［18］，海拔由低到高依次為山地草原帶、山地森林草原帶、高山灌叢草甸帶、高寒草甸帶和高山亞冰雪稀疏植被帶。草地、喬木林地和灌木林地是黑河源區主要的植被類型［19］。根據美國農業部（USDA）土壤質地分級標準，研究區3種植被類型土壤質地主要為粉壤土、砂質壤土和粉土（圖2）。按土綱劃分主要為高山土和半淋溶土。

1.2 樣品采集與測定

在前期野外調查的基礎上，于2020年8月對黑河源區喬木林地、灌木林地和草地3種主要植被類型進行土壤樣品采集工作，樣地基本信息見表1。每種植被類型設置20 m×20 m標準樣地，每個樣地內布設3個1 m×1 m標準樣方，同一土層3個土樣混合為一個樣品［20］，將土壤樣品帶回實驗室陰干過篩。容重測定采用環刀法［21］，總孔隙度根據容重進行計算［22］，酸堿度采用浸提電位法測定［23］，電導率采用電導率儀測定［23］，全碳和全氮含量使用碳氮分析儀測定，粒徑采用Mastersizer 2000型激光粒度儀測定［12］，土壤粒徑劃分參照美國制標準［24］。

1.3 土壤分形維數

1.3.1 單重分形維數 采用土壤顆粒體積分形模型計算單重分形維數D，公式如下［25］：

V（rlt;Ri）VT=RiRL3-D（1）

1.4 其它數據來源與統計分析

DEM數據源于地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn），NDVI數據源于NASA網站（https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/），利用ArcGIS軟件提取采樣點的海拔、坡度、坡向和NDVI值。使用SPSS 25軟件中的單因素方差分析法（One-way ANOVA）比較不同植被類型土壤顆粒組成及分形維數的差異性［26］，并利用最小顯著差異法（LSD）檢驗差異程度。利用Pearson相關分析研究土壤分形維數（D，D0，D1，D2，D1/D0，Δa和Δf）與環境因子（粘粒、粉粒、砂粒、海拔、坡度、坡向、全碳、全氮、容重、總孔隙度、酸堿度、電導率、歸一化植被指數、土壤含水量）的相關關系。使用Origin 2023繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同植被類型土壤粒徑組成與單重分形維數

由表2可知，研究區3種植被類型土壤PSD均以粉粒為主，體積分數介于54.95%～70.90%之間，其次為砂粒，砂粒組成又以極細砂和細砂為主，粘粒含量較低，體積分數低于10%。隨土層深度增加，3種植被類型土壤顆粒均呈粗化趨勢。0～20 cm和20～40 cm土層，喬木林地和灌木林地粘粒和粉粒含量顯著大于草地（Plt;0.05），砂粒含量大小與粘粒和粉粒含量相反。3種植被類型土壤單重分形維數（D）介于2.60～2.66之間，在0～20 cm和20～40 cm土層，D的大小均表現為喬木林地gt;灌木林地gt;草地，隨土層深度增加D呈減小趨勢。

2.2 不同植被類型土壤粒徑頻率曲線

土壤粒徑頻率曲線可以反映土壤質地情況，頻率分布曲線分布越均勻，則土壤顆粒異質程度越大［10］。由圖3（a）可知，0～20 cm土層，喬木林地、灌木林地和草地的土壤粒徑頻率曲線均呈雙峰型。雖然3種植被類型第一主峰主要集中在1～100 μm粒徑范圍，但在此粒徑范圍內，草地的頻率曲線峰值較喬木林地和灌木林地明顯右移，且草地的頻率曲線變化幅度小于灌木林地和喬木林地，表明草地的土壤細顆粒含量小于灌木林地和喬木林地。3種植被類型第二主峰主要集中在200～1 000 μm粒徑范圍，在此粒徑范圍內，草地的頻率曲線變化幅度明顯大于灌木林地和喬木林地，表明草地的土壤質地呈粗粒化趨勢。20～40 cm土層（圖3b），3種植被類型土壤粒徑頻率曲線與0～20 cm土層相似，均呈雙峰型。總體上看，草地的土壤粒徑頻率曲線分布更均勻，土壤顆粒異質程度更大。

2.3 土壤單重分形維數與粒徑組成的相關性

圖4為不同植被類型0～20 cm和20～40 cm土層D與土壤粘粒、粉粒和砂粒含量的線性擬合結果，3種植被類型不同土層深度D與粘粒、粉粒含量呈極顯著正相關關系（Plt;0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關關系（Plt;0.01）。表明D隨著土壤粘粒、粉粒含量的增加而增大，隨著砂粒含量的增加而減少，50 μm是影響D與土壤各粒級含量正負關系的臨界值，且小于50 μm的粒徑含量與D的相關性更顯著。由決定系數R2可知，3種植被類型D與各粒級含量的相關性大小均表現為粘粒gt;砂粒gt;粉粒，具體表現為D與粘粒含量的相關性大小為喬木林地gt;灌木林地gt;草地，D與粉粒、砂粒含量的相關性表現為喬木林地lt;灌木林地和草地。

2.4 土壤粒徑多重分形特征

圖5（a）為3種植被類型不同土層深度廣義維數譜D（q），D（q）-q曲線隨步長q的增大呈“S”型遞減，且qlt;0時D（q）的降幅比qgt;0時更明顯，說明D（q）在稀疏區域更敏感。0～20 cm土層，當qlt;0時，草地的變化幅度小于喬木林地和灌木林地，表明該土層深度內草地土壤分形結構的復雜程度小于喬木林地和灌木林地；qgt;0時，草地的變化幅度大于喬木林地和灌木林地，表明草地土壤非均勻性大于喬木林地和灌木林地。20～40 cm土層，3種植被類型D（q）變化幅度差異不明顯。多重分形譜的形狀和對稱性能夠反映土壤PSD的非均勻性，由圖5（b）可知，3種植被類型土壤PSD多重分形譜呈不對稱上凸形狀，表明土壤在形成和演變過程中，土壤粒徑組成在局部發生了疊加，導致土壤粒徑呈非均勻性分布。3種植被類型土壤PSD多重分形譜均呈左勾狀，表明土壤PSD大概率子集占主要地位。

表3為不同植被類型土壤粒徑多重分形參數，D0為容量維，表征粒徑的分布范圍，該值越大土壤PSD范圍越廣。與喬木林地和灌木林地相比，草地的土壤PSD范圍更寬。D1和D2分別為信息維和關聯維，D1和D2越大，表明PSD越集中且粒徑測量間隔越均勻。在0～20 cm土層，草地的D1和D2顯著大于喬木林地和灌木林地（Plt;0.05），表明該土層內草地的PSD更集中且土壤粒徑測量間隔更均勻，在20～40 cm土層，3種植被類型D1和D2差異不顯著。D1/D0表征粒徑分布的離散程度，該值越接近1表明土壤PSD多集中在密集區，3種植被類型D1/D0值介于0.937～0.958，表明土壤PSD多集中在密集區。Δa為多重分形奇異譜譜寬，該值越大則土壤PSD越不均勻，3種植被類型Δa均值介于0.797～0.942之間，有研究指出均勻程度較高的土壤Δa均值僅為0.61［27］，表明3種植被類型土壤非均勻性程度較高，且0～20 cm土層的Δa均值大于20～40 cm土層，表明0～20 cm的土壤PSD更不均勻。Δf反映了多重分形奇異譜的不對稱性，3種植被類型Δf介于0.288～0.424之間，Δf gt;0，表明大概率粒徑分布的變異對整個土壤PSD的影響大于小概率粒徑分布。

2.5 土壤分形維數與環境因子的關系

圖6為3種植被類型不同土層深度土壤分形維數與環境因子的相關關系。3種植被類型D與土壤粘粒、粉粒含量呈極顯著正相關關系（Plt;0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關關系，而D0，D1，D2，D1/D0與土壤各粒級含量的相關關系與D相反。土壤分形維數與其它環境因子的關系存在一定差異，在0～20 cm土層，喬木林地D與全碳、全氮、總孔隙度和歸一化植被指數呈顯著正相關關系（圖6a1），與容重呈極顯著負相關關系，D1，D2與酸堿度、容重呈顯著或極顯著正相關關系，與總孔隙度呈極顯著負相關關系。灌木林地D與全碳、全氮、總孔隙度和歸一化植被指數呈顯著正相關關系（圖6b1），與坡度、容重呈顯著負相關關系，D0，D1，D2與坡度、容重呈顯著正相關關系，與總孔隙度呈顯著負相關關系。草地D與坡度、總孔隙度和歸一化植被指數呈顯著正相關關系（圖6c1），D0，D1，D2與坡向呈顯著負相關關系，D2，D1/D0與酸堿度呈顯著正相關關系。

20～40 cm土層，喬木林地D與全氮、總孔隙度呈顯著正相關關系（圖6a2），D0，D1與坡度、容重呈顯著正相關關系，與總孔隙度、電導率呈顯著負相關關系。灌木林地D與坡度、容重呈顯著負相關關系（圖6b2），與全碳、全氮和總孔隙度呈顯著正相關關系，D0與坡度、容重、全碳、全氮和總孔隙度的關系與D相反，D1，D2與坡度呈顯著正相關關系，與全碳、全氮呈顯著負相關關系。草地D與總孔隙度呈顯著正相關關系（圖6c2），D0與海拔、容重呈顯著正相關關系，與坡向、全碳、總孔隙度呈極顯著負相關關系，D1，D2與坡度、坡向呈顯著負相關關系，Δa與海拔、容重呈顯著正相關關系，與全碳呈顯著負相關關系。

3 討論

成土母質是重要的成土因素，土壤顆粒組成作為土壤重要的物理特征，受母質的影響較為深刻［28］，研究區成土母質主要是風積黃土和巖石風化物［29-30］，這類母質發育下的土壤粒徑組成以粉粒和砂粒為主［30］，這決定了3種植被類型土壤顆粒組成大小均表現為粉粒含量最大，砂粒含量次之，粘粒含量最低。雖然3種植被類型土壤粒徑組成均以粉粒和砂粒含量為主，但不同植被類型土壤粒徑含量仍存在一定差異，具體表現為：喬木林地和灌木林地的土壤粘粒、粉粒含量顯著大于草地，這與土壤類型密切相關，研究區地形以山地為主，不同海拔梯度因地貌形態、水熱條件不同使得物質與能量發生了遷移與轉化，導致植被和土壤類型垂直分異明顯。喬木林地主要分布在山地森林草原帶，土壤類型主要為淋溶灰褐土，土壤較疏松，質地較細；灌木林地主要分布在高山灌叢草甸帶，土壤類型主要為高山和亞高山灌叢草甸土，土壤質地較林地土壤粗，草地主要分布2 800～4 200 m的海拔范圍內，土壤類型主要為高山草原土、亞高山和高山草甸土，土壤粗骨性明顯，土壤質地較粗，不同土壤類型下的土壤顆粒組成存在明顯差異。此外，植被類型不同也會導致土壤PSD存在差異［27］，本研究中草地的砂粒含量顯著大于喬木林地和灌木林地，這可能與不同植被類型植被蓋度有關，植被蓋度會影響土壤抗侵蝕能力［31］，喬木林地和灌木林地植被蓋度明顯大于草地（表1），這可以減輕風力和降雨對地表土壤的侵蝕，草地由于地表植被蓋度較低，在風力吹蝕和降雨侵蝕的影響下土壤粗粒化。3種植被類型土壤細粒含量（lt;50 μm）隨土層深度的增加呈減少趨勢（表2），且草地在20～40 cm土層的砂粒含量仍顯著大于喬木林地和灌木林地，這可能與不同植被類型根系分布有關，根系會影響土壤粒徑組成［32-33］，根系分泌的膠結物質使根系與土壤之間形成的復合體能有效促進土壤團聚體形成從而提高土壤肥力，改良土壤理化性質［34-35］，在野外采樣過程中發現草地的根系主要分布在0～20 cm土層，在20～40 cm土層草地的根系較少，無法有效固結和改良土壤結構［12］，而喬木林和灌木林根系分布較深且錯綜復雜，所以在20～40 cm土層，草地的砂粒含量仍然最大。

土壤單重分形維數（D）可以表征不同植被類型土壤整體粗糙程度，有研究指出［36］，質地細的土壤D介于2.60～2.80之間，質地粗的土壤D介于1.83～2.64之間，本研究中喬木林地、灌木林地和草地的D分別介于2.65～2.66，2.64～2.65和2.60～2.61之間，喬木林地和灌木林地D明顯大于草地，土壤質地更細，這與土壤PSD頻率曲線相一致（圖3），張海廷等［37］研究了山東省4種不同土地利用方式土壤顆粒單重分形特征，結果也表明不同土地利用方式土壤顆粒具有明顯的分形特征。此外，有研究表明，結構良好的土壤D應在2.75左右［38］，與喬木林地和灌木林地相比，草地的土壤顆粒分形維數較低，土壤保水保肥能力較差。多重分形維數可以反映土壤顆粒分布的復雜性和非均勻性，本研究3種植被類型D0，D1，D2大小為D0gt;D1gt;D2，說明土壤PSD呈非均勻性。D（q）-q曲線隨步長q的增大呈反“S”型遞減，且在稀疏區更敏感，這與安克儉等［1］研究結果相似，當qlt;0時，草地的波普最窄，說明草地的復雜程度低于喬木林地和灌木林地。3種植被類型D0，D1，D2以及D1/D0都遵循喬木林地、灌木林地小于草地的規律，這表明草地的土壤PSD范圍最寬，土壤整體非均勻性更高。3種植被類型土壤多重分形奇異譜函數均呈左勾狀（Δf gt;0），表明土壤PSD大概率子集占主導地位，這與王燕等［39］的研究結果一致。整體上看，3種植被類型除了對Δa影響不顯著外，對其它多重分形參數對D1，D2，D1/D0和Δf均影響顯著（表3），尤以喬木林地和草地間的多重分形參數差異顯著。而安克儉等［1］在長江源區發現不同植被類型對多重分形參數D2，D1/D0影響顯著，而對多重分形參數D0，D1影響不顯著，這可能是因為不同植被類型地表覆蓋、凋落物數量和根系分布狀況不同使得土壤抗侵蝕能力不同，最終通過影響土壤PSD影響多重分形參數［40］。

3種植被類型D與土壤粘粒、粉粒含量呈正相關關系，與砂粒含量呈負相關關系，這與多數研究結果一致［10，12，41］。而有關多重分形維數（D0，D1，D2，D1/D0，Δa和Δf）與土壤顆粒組成的研究結果不盡相同，有研究表明土壤粘粒、粉粒含量與D1，D2，D1/D0，Δa和Δf呈正相關關系［42］，也有研究表明土壤粘粒、粉粒含量與D0，D1，Δa呈負相關關系［9］，本研究結果表明，3種植被類型土壤粘粒、粉粒含量整體上與D0，D1，D2，D1/D0呈顯著負相關關系，這可能與不同研究區域土壤質地和土壤顆粒缺失的粒徑數目有關［1，4，43］。具體來看，草地D0，D1，D2，D1/D0與土壤粘粒、粉粒含量呈顯著或極顯著負相關關系，與砂粒含量呈顯著或極顯著正相關關系，Δf與土壤各粒徑含量的相關關系與D0，D1，D2，D1/D0相反，喬木林地和灌木林地土壤各粒徑含量僅與D1，D2，D1/D0呈顯著相關關系，這可能與不同植被類型土壤質地有關，喬木林地和灌木林地的土壤質地主要為粉土和粉壤土、而草地的土壤質地主要為粉壤土和砂質壤土，土壤質地更粗。地形因子方面，海拔對草地深層土壤分形維數影響較明顯，具體表現為海拔與D呈負相關關系，這與賈重建等的研究結果一致［44］，而與D0，Δa呈顯著正相關關系，這是因為本研究中草地采樣點海拔較高，海拔高度會影響土壤風化發育程度，海拔越高土壤風化發育程度越低［44］，則土壤質地越粗。坡度對3種植被類型土壤分形維數影響較明顯，具體表現為坡度與喬木林地和灌木林地D呈負相關關系，與D0，D1，D2，D1/D0呈正相關關系，而坡度與草地土壤分形維數的關系與喬木林地和灌木林地相反。這是因為不同坡度土壤植被蓋度不同，進而影響土壤抗侵蝕能力，本研究中喬木林地和灌木林地采樣點坡度較陡，草地采樣點坡度較緩（表1），袁杰等［15］分析了黑河源區植被蓋度與地形因子的關系，結果表明一定坡度范圍內（25°為界）植被蓋度隨坡度增加呈增大趨勢，當坡度大于25°時植被蓋度呈減少趨勢，更容易發生土壤侵蝕。坡向對土壤溫濕度影響較大［45］，陽坡光照時間長，蒸發強烈，而陰坡蒸發量較小，土壤水分較充足，植被生長較好。本研究中坡向對草地土壤分形維數影響較顯著，這可能與草地采樣點在各個坡向均有分布有關。植被蓋度方面，NDVI與3種植被類型D呈顯著正相關關系，這是因為植被蓋度會影響土壤抗侵蝕能力［46］，高植被蓋度會增強土壤抗侵蝕能力進而減少細顆粒的流失。土壤理化因子方面，土壤容重、總孔隙度、全碳和全氮對喬木林地和灌木林地土壤分形維數影響較明顯，土壤容重與D呈顯著負相關關系，這與孫忠超等［13］研究結果一致；總孔隙度、全碳、全氮與D呈顯著正相關關系，這與蔣嘉瑜等［23］研究結果一致，這是由于喬木林地和灌木林地土壤細顆粒含量較高（表2），質地細的土壤容重較小，通透性較好［47］，此外，質地較細的土壤因其較大的體表吸附能力有利于土壤碳氮養分的積累［48］。由土壤分形維數計算過程可知，土壤分形維數主要受土壤粒徑的影響，雖然地形因子、植被蓋度、土壤理化因子與土壤分形維數存在不同程度的相關關系，但這些環境因子與分形維數在影響機制上沒有直接關系，其主要通過影響土壤顆粒組成的變化對土壤分形維數產生影響。

4 結論

對黑河源區3種主要植被類型土壤粒徑分形特征研究表明：喬木林地、灌木林地和草地的D分別介于2.66～2.65，2.64～2.65和2.60～2.61之間，喬木林地土壤質地最細，草地土壤質地最粗，隨土層深度增加土壤顆粒均呈粗化趨勢。3種植被類型土壤粒徑呈非均勻性分布，草地的土壤粒徑分布非均勻性最高。D與土壤粘粒、粉粒含量呈極顯著正相關關系，與砂粒含量呈極顯著負相關關系，而D0，D1，D2，D1/D0與土壤各粒級含量的相關關系與D相反。坡度、容重、總孔隙度、全碳、全氮和NDVI對喬木林地和灌木林地土壤分形維數影響較顯著，而海拔、坡度、坡向、NDVI對草地土壤分形維數影響較顯著。

參考文獻

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（責任編輯 閔芝智）

收稿日期：2023-08-20；修回日期：2023-11-21

基金項目：青海省科技廳自然科學項目（2023-ZJ-907M）；青海省創新平臺建設專項（2020-ZJ-Y06）；祁連山國家公園青海研究中心開放課題（GKQ2019-1） 資助

作者簡介：

刁二龍（1991-），男，漢族，山西大同人，博士研究生，主要從事環境地表過程與生態響應研究，E-mail：1530875132@qq.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：Caoguangchao@qhnu.edu.cn