沂蒙山区退耕坡地土壤结构与入渗动态及其分形学机理

针对我国退耕还林（草）与水土保持生态修复工程亟待解决的效益动态监测与评价问题，在淮河流域的沂蒙山区，选择典型小流域，以不同土地利用类型以及不同退耕时间序列的坡耕地为对象，基于时间代空间的研究方法，开展土壤结构与水分入渗动态及其分形学机理研究。采用激光衍射分析技术、多重分形理论与方法以及土壤持水特征分形模型，探索土壤颗粒分布的多重分形谱函数和孔隙结构的分形维数，定量化描述坡耕地土壤颗粒与孔隙结构的非均匀性、奇异性和复杂性程度及其动态。明确土壤水分入渗特征参数与土壤（颗粒与孔隙）结构分形特征参数的定量关系，揭示土壤结构影响坡耕地土壤入渗过程与动态的物理本质和内在机理。研究成果将为沂蒙山区乃至我国北方土石山区生态工程效应动态评价提供土壤结构定量化指标，同时对深入研究土壤水分入渗过程的影响机理具有理论价值和参考作用。

针对我国北方土石山区坡耕地土壤结构退化及水土流失防治机理问题，以及我国退耕还林（草）与生态修复工程亟待解决的效益监测与评价问题，在淮河流域沂蒙山区，选择典型小流域，以不同退耕时间序列的坡耕地以及其他不同土地利用（植被）类型为对象，基于时间替代空间的方法，开展土壤结构与水分入渗动态及其分形学机理研究。采用激光衍射分析技术、土壤分形学理论与方法以及土壤持水分形模型，探索土壤颗粒分布和孔隙分布的分形维数，定量化描述坡耕地土壤颗粒与孔隙结构的退化特征及其动态。明确坡耕地土壤水分入渗过程与土壤结构分形参数的定量关系，揭示坡耕地土壤入渗性能的退化特征及其土壤物理学本质与机制。项目研究的重要结果：.（1）坡耕地耕作显著导致地表自然植被多样性丧失和土壤理化性能降低，表现为土壤颗粒和孔隙结构破坏、土壤持水保肥性能降低、土壤养分流失和肥力水平下降。.（2）坡耕地水土流失导致土壤水分入渗过程发生明显的加剧，重点表现为土壤入渗速率（下渗容量指标）发生显著增加，从而降低土壤的保蓄能力即持水保肥性能。.（3）坡耕地土壤水文-理化性能退化的物理学机制，是因不合理耕作加剧土壤侵蚀过程，导致土壤中粉粘粒等细粒物质流失及空间填充能力（分维数）降低；进而破坏土壤团粒和孔隙结构，造成土壤持水孔隙减少或丧失，土壤持水保肥性能和肥力降低。.项目研究成果对深入研究土壤水分入渗过程的影响机理具有理论价值和参考作用；同时，对沂蒙山区乃至我国北方土石山区水土保持等生态工程土壤改良效应的动态评价，提供土壤结构的定量化指标和方法。