宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分形特征

孙忠超，郭天斗，于露，马彦平，赵亚楠，李雪颖，王红梅，2*

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川750021；2.西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏银川750021）

宁夏东部荒漠草原地处农牧交错区，该地区环境脆弱，土壤贫瘠且基质稳定性差，加之气候常年干旱，易导致自然恢复、牧草重建缓慢［1］。为缓解这一问题，20世纪末期大规模的人工引入灌丛已成为草原恢复的一项重要措施，锦鸡儿属柠条（Caragana korshinskii）植物栽培种，因其蒸腾速率低、抗逆性强等特点，被广泛应用于干旱半干旱区的生态重建。但随着人为灌丛的不断扩张，覆盖度的逐渐增加，植被与水的矛盾日益突出，导致草原旱化，原生草本退化，土壤侵蚀加剧，对荒漠草原生态系统的植被恢复和土壤稳定性等方面可能造成不可逆转的影响［2-3］。

相关研究表明，灌丛引入导致荒漠草原人为灌丛化，而灌丛化产生的“沃岛”效应，使得土壤养分在水平和垂直方向发生分异，产生土壤高度异质性，最终导致草地严重沙化和破碎化［4-5］。土壤是由不规则形状的不同颗粒组成的多孔介质，具有自相似的分形特征［6］。土壤粒径分布（particle size distribution，PSD）是重要的土壤物理参数，不仅与土壤结构、土地利用类型和植被盖度等存在很强的相关性，还影响着土壤水分、养分截留与转运、植被生产力和生态恢复过程［7-8］。传统的表征土壤颗粒大小的方法无法进一步区分不同性质土壤的细微差异，也无法解释不同尺度土壤系统中各种自然现象的不均匀程度［9-10］，而分形理论能够表征土壤颗粒的局部与整体的相似性，被广泛应用于土壤颗粒分布的分析［11］，其中土壤分形维数（D）可作为判断土壤质地的重要指标，不仅可以表征土壤颗粒的分布特征、土壤的均匀程度和肥力，而且还可作为模拟和预测土壤水分特征曲线、土壤导水率的综合定量指标［12］。Wang等［13］的结果表明，多重分形维数反映了土壤物理性质和土壤质量，并与土地利用显著相关。Zhao等［14］得出分形分析可用于评估淤地坝对农田土壤质地沉积的影响。Gui等［15］发现海拔、植物群落、土壤pH值、水分等与土壤粒径分布有关。Jia等［16］发现土壤分形维数随植物年龄增加而增加，与容重呈极显著负相关。Bimueller等［17］、Zhou等［18］发现不同的土壤粒径分布驱动吸附特性会影响有机物分解过程中脱耦碳氮的矿化以及转化酶和木聚糖酶的活性。Su等［19］指出，土壤分形维数可以用来描述荒漠化的特征及其与土地荒漠化的关系。以上研究均反映利用土壤粒径分布分形维数来分析土壤侵蚀与草原退化的可行性。根据前人针对不同土地利用方式下土壤粒径分形维数特征以及对土壤理化性质关系的研究，可为荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤颗粒组成、土壤颗粒分形维数特征及其与土壤理化性质特性相互关系深入研究提供借鉴。

鉴于此，本研究以宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入形成的草地-灌丛地镶嵌体为研究对象，利用野外采样室内分析的方法，开展荒漠草原向灌丛地过渡过程各样地（荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地）土壤颗粒组成、土壤分形维数、土壤理化变化特征研究，探析荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤粒径分布特征及其分形维数特征与土壤性质的相互关系，以期为荒漠草原植被恢复可持续性提供理论和数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究区设在宁夏盐池县花马池镇四墩子（E 106°03′-107°04′，N 37°04′-38°10′），该区南靠黄土高原，北邻毛乌素沙地，平均海拔1450 m左右，属于典型的温带大陆性气候，年平均气温8℃，年平均无霜期有162 d左右。年平均降水量350 mm左右，7-9月的降水量约占全年降水量的80%左右，冬春少雨雪，年蒸发量2131.8 mm。研究区草地类型为荒漠草原，大地貌为缓坡丘陵，土壤类型主要为灰钙土，土壤结构松散，肥力低，含沙量大。pH值为7.5～8.5。地带性植被为荒漠草原，主要分布有赖草（Leymus secalimus）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）、蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、牛枝子（Lespedeza potaninii）、短花针茅（Stipa breviflora）、远志（Polygala tenuifolia）、乳浆大戟（Euphorbia esula）、柠条、虫实（Corispermum hyssopifolium）、银灰旋花（Convolvulus ammannii）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）和狗尾草（Setaria viridis）等。

1.2 样地选择

本试验选取宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入过程后形成的典型草原-灌丛镶嵌体作为研究区，根据生态界面理论［20］，分别选取具有典型代表性的荒漠草地（desert grassland，DG）、草地边缘（grassland edge，GE）、灌丛边缘（shrubland edge，SE）、灌丛地（shrubland，SL）为4个研究样地（图1，表1），来代表荒漠草原向灌丛地人为转变过程。荒漠草地及草地边缘随机各设置6个5 m×5 m样区，灌丛边缘及灌丛地各设置6个10 m×10 m样区，为本试验固定监测样区，每个样区内按不同微生境又分为植丛（vegetation patch，VP）和空斑（bare interspace，BI）。

图1 研究区地理位置Fig.1 Location of study area and site

表1 样地基本概况Table 1 Descriptions of study sites

1.3 样品采集与处理

于2019年4月在每个研究样地随机设置的样区内进行土样的采集，并对其所采的土样进行测定。在每个样区挖一个1 m×1 m的土壤剖面，容重和毛管孔隙度测定深度100 cm，前两层间隔10 cm，后4层间隔20 cm测定一次，每个样区共测定6次；利用土钻取土烘干法测定0～100 cm层土壤质量含水量，分别取0～10 cm、10～20 cm层的土样，之后每隔20 cm层取1土样；同时采取相应土层的土样，用于测定土壤粒径和土壤养分，共计144个样品。剔除土样中植物根系、石块等非土样组成部分，自然风干，均匀混合后按照四分法分别取土样进行研磨，其中测定土壤粒径的土样过2 mm筛，测定土壤有机碳、全氮、全磷的土样过0.149 mm筛。

1.4 室内分析

采用烘干法测定土壤水分。用环刀法测定土壤容重和毛管孔隙度。采用油浴重铬酸钾氧化法测定土壤有机碳含量。采用凯氏定氮仪（瑞士Buchi Labortechnik AG K-360）测定土壤全氮含量。采用SKALAR San++流动分析仪测定土壤全磷含量。采用Microtrac 3500激光粒度分析仪（美国麦奇克有限公司）测定土壤颗粒组成，重复测量误差＜2%。土壤颗粒粒径设定为＜1μm、1～2μm、2～5μm、5～10μm、10～20μm、20～50μm、50～100 μm、100～200μm、200～250μm、250～500μm、500～1000μm、1000～2000μm，本研究按照国际制分类标准分为砂粒（50～2000μm），粉粒（2～50μm）和黏粒（＜2μm）［21］。

1.5 数据处理

1.5.1 土壤粒径分形维数 不同于Tyler等［22］和杨培岭等［23］得到的质量分形维数公式，本研究采用的是王国梁等［24］推导出的体积分形维数公式。其推导出的计算公式为：

式（1）两边同时取对数得：

式中，r为土壤颗粒粒径，μm；V（r＜R）指的是粒径小于R的颗粒累积体积（这里的体积均为体积百分数）；VT指的是土壤颗粒的总体积；λV指的是对所有粒级而言的上限值，数值上等于最大粒径，本研究中土壤最大粒径为2000μm；D是土壤颗粒体积分形维数；V（r＜R）/VT是粒径小于R的土壤颗粒的累积体积百分含量。计算时R取某个粒级上限值与下限值的算术平均值。首先分别计算出lg［V（r＜R）/VT］与lg（R/λV），其次以lg［V（r＜R）/VT］为纵坐标，以lg（R/λV）为横坐标作出双对数曲线，将各典型土壤的粒径分布的数据绘于图上，最后用最小二乘法拟合成一条直线，该直线斜率等于3-D，进一步求出分形维数D值。

1.5.2 经典统计分析 运用经典统计学方法计算各样地0～100 cm土层土壤粒径的平均值、标准差及变异系数，以此反映不同处理土壤粒径及分形维数的总变异程度。变异程度用变异系数CV衡量，变异系数的大小可以反映特征变量的空间变异程度［25］。

式中：S为标准方差；X为变量均值。

1.5.3 土壤容重和毛管孔隙度的计算公式为［26］：

1.5.4 土壤含水量的计算：

式中：称量烘干铝盒干重，称重为W1；烘干前铝盒及鲜土重，称重为W2；采用恒温鼓风干燥箱于105℃烘干24 h至恒重，称量烘干后铝盒及干土样重，记为W3。

利用Microsoft Excel 2010和Origin 2017软件对数据进行处理和作图，用SPSS 19.0软件进行数据的统计分析，采用one-way ANOVA进行单因素的方差分析以及Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分布及分形维数

荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径体积百分含量均以砂粒（50～2000μm）为主（表2），粉粒（2～50 μm）次之，黏粒（＜2μm）最少，其百分含量分别为40.22%～98.97%、1.03%～53.55%和0～7.32%。随着灌丛盖度不断增加，0～40 cm土层土壤黏粒、粉粒含量均表现为荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地，且草地边缘、灌丛边缘、灌丛地的土壤黏粒、粉粒含量分别较荒漠草地显著降低了38.2%和12.2%、89.9%和62.7%、100%和91.6%。而0～40 cm土层砂粒与黏粒、粉粒的变化趋势相反，表现为荒漠草地＜草地边缘＜灌丛边缘＜灌丛地，与荒漠草地相比，草地边缘、灌丛边缘、灌丛地的土壤砂粒含量分别增加了6.5%、31.1%和46.0%。40～100 cm土层，各转变过渡样地土壤黏粒和粉粒含量整体呈降低-增加-降低变化趋势，其中灌丛边缘土壤黏粒和粉粒含量最高，灌丛地表现最低，各样地土壤砂粒含量表现为灌丛边缘＜荒漠草地＜草地边缘＜灌丛地，与灌丛地相比，土壤砂粒含量分别显著降低了53.6%、25.8%、18.8%。各转变样地0～100 cm土层土壤粒径分布变异系数表现为黏粉粒＞砂粒，其中草地边缘和灌丛边缘在0～100 cm土层黏粒整体变异系数较高，分别为1.37和1.00；灌丛边缘下粉粒和砂粒的变异系数较高，分别为0.65和0.34，而灌丛地砂粒变异系数较低，为0.01。

表2 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分布及分形维数Table 2 Soil particle size distribution and its fractal dimension in different desert grassland-shrubland transition stages

各转变样地不同土层土壤分形维数介于1.02～2.58。随灌丛盖度增加，土壤0～100 cm层土壤分形维数表现为荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地，荒漠草地土壤分形维数分别为草地边缘、灌丛边缘和灌丛地的1.03、1.08和1.71倍。各个转变样地不同土层土壤分形维数，除40～60 cm土层外，均存在显著性差异（P＜0.05），表明荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘抵抗侵蚀能力相对稳定，而灌丛地较差。

2.2 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径与分形维数的相关性

研究区样地土壤分形维数与粉粒、黏粒含量均呈正相关关系（图2），其R2分别为0.8235、0.4443，而与砂粒呈负相关关系，其R2为0.8072。土壤分形维数与土壤各粒级含量的相关性顺序整体表现为粉粒＞砂粒＞黏粒。表明土壤分形维数对土壤粉粒、砂粒含量的变化最为敏感，且随着黏粒，粉粒的含量增加而增大，随着砂粒的增加而减小。

图2 分形维数D值与不同土壤粒径体积百分数的关系Fig.2 Correlation between D value of fractal dimension and volumetric content of soil particle size

2.3 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤理化性质

各转变样地不同土层理化指标均存显著性差异（P＜0.05），其中0～100 cm土层含水量为4.69%～16.24%，土壤毛管孔隙度为27.4%～40.1%，土壤容重为1.30～1.67 g·cm-3，土壤有机碳含量为2.63～12.76 g·kg-1，土壤全氮含量为0.20～0.72 g·kg-1，土壤全磷含量为0.07～0.31 g·kg-1（图3）。转变过程0～100 cm土壤水分含量各样地表现为荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地，与荒漠草地相比，草地边缘、灌丛边缘和灌丛地分别显著降低13.15%、27.97%和46.72%。20～60 cm层，荒漠草地、灌丛边缘和灌丛地整体变化规律基本一致，而草地边缘显著高于其他处理。60～100 cm层，土壤水分整体呈波动增加趋势。转变过程0～60 cm土层，荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地土壤毛管孔隙度随深度增加呈先降低后增加变化趋势。60～100 cm层各样地差异显著（P＜0.05），表现为灌丛边缘＞荒漠草地＞草地边缘＞灌丛地。0～100 cm土层在转变过程中土壤容重整体表现为荒漠草地＜草地边缘＜灌丛边缘＜灌丛地，荒漠草地、草地边缘和灌丛边缘分别较灌丛地降低10.58%、8.35%和7.25%。0～60 cm层，草地边缘、灌丛边缘土壤容重随土壤深度增加呈先增加后降低趋势，而60～100 cm土层随土壤深度的增加而降低趋势。转变过程中荒漠草地和草地边缘0～60 cm土层土壤有机碳差异不显著、灌丛边缘和灌丛地差异不显著，且荒漠草地、草地边缘显著高于灌丛边缘、灌丛地，60～100 cm土层荒漠草地、草地边缘和灌丛边缘差异不显著，且3个样地均高于灌丛地；各样地0～10 cm土层土壤全氮存在显著性差异，20～80 cm层土壤全氮，荒漠草地和草地边缘随土壤深度增加而逐渐降低，而灌丛边缘和灌丛地随深度的增加而逐渐升高；转变过程中灌丛地土壤全磷随深度增加呈降低趋势；灌丛边缘和灌丛地土壤全磷无显著性差异，草地边缘为0～60 cm层呈先增加后降低的趋势，而60～100 cm层呈降低趋势。

图3 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤理化性质Fig.3 Soil physical and chemical properties in the process of anthropogenic transition from desert steppe to shrub land误差线由样地之间指标均值可得且表示各样地间差异显著（P＜0.05）。The error bar is obtained from the average value of the indexes between the plots and indicates that the differences between the plots are significant（P＜0.05）.

2.4 荒漠草原向灌丛地人为转变过程粒径分布与土壤理化性质的相关系数和主成分分析

土壤水分含量与土壤分形维数、粉粒含量、毛管孔隙度呈极显著性正相关关系（P＜0.01），与砂粒、容重呈极显著负相关关系（P＜0.01），而与土壤黏粒、有机碳、全氮、全磷含量无显著相关关系（图4）。土壤容重与土壤砂粒含量呈极显著正相关关系（P＜0.01），而与土壤分形维数、土壤黏粒、粉粒、水分、有机碳、全磷含量呈极显著性负相关（P＜0.01）。土壤毛管孔隙度与土壤分形维数、黏粒、粉粒、水分、有机碳、全磷呈极显著正相关关系，与容重呈极显著负相关关系（P＜0.01），而与土壤全氮含量无显著相关关系。有机碳与土壤分形维数、粉粒、毛管孔隙度、全氮、全磷呈极显著性正相关关系，与砂粒、容重呈极显著负相关关系（P＜0.01），而与黏粒、土壤含水量无显著相关关系。土壤全氮与土壤容重呈显著性负相关（P＜0.05），与土壤有机碳和土壤全磷呈极显著正相关关系（P＜0.01），与土壤分形维数、土壤粉粒、黏粒、砂粒含量、土壤含水量、毛管孔隙度无显著相关关系。全磷与粉粒、毛管孔隙度、有机碳、全氮呈极显著正相关关系，与砂粒、容重呈极显著负相关关系（P＜0.01），与分形维数呈显著正相关关系（P＜0.05），而与黏粒、土壤水分含量无显著相关性。

图4 0～100 cm土层土壤粒径分布与土壤理化性质的相关系数Fig.4 Correlation coefficient of soil particle size distribution of 0-100 cm soil layer and soil physical and chemical properties*：P＜0.05，**：P＜0.01.D：分形维数Soil fractal dimension；Clay：黏粒；Silt：粉粒；Sand：砂粒；SWC：土壤水分含量Soil water content；BD：容重Bulk density；CP：毛管孔隙度Capillary porosity；SOC：土壤有机碳Soil organic carbon；TN：全氮Total nitrogen；TP：全磷Total phosphorus.下同The same below.

主成分的特征值和贡献率是选择主成分的依据，将4个样地的9个与土壤分形维数有关的指标进行主成分分析。主成分分析表明，荒漠草原向灌丛地转变过程在第一主成分贡献率达53.6%，第二主成分贡献率为24.2%（图5），前两个主成分分析贡献率累计77.8%，能够解释大多数信息。在第一主成分上载荷值较大的为粉粒、砂粒、容重、毛管孔隙度，说明这4个物理指标更有利于反映土壤分形维数变化，而在第二主成分上载荷值较大的为土壤全氮、有机碳、全磷，说明这3个化学指标更有利于反映土壤分形维数的变化。

图5 土壤理化性质与分形维数的主成分分析Fig.5 Principal component analysis of soil physical and chemical properties and fractal dimension

3 讨论

3.1 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分布与分形维数的关系

土壤粒径分布是土壤物理特征的基本参数，通过定量描述土壤粒径，可以研究土壤的形成和结构［27］。本研究表明随灌丛引入，0～40 cm土层各处理黏粒、粉粒含量逐渐降低，而砂粒含量有所增加。这可能是由于柠条灌丛在引入的过程中，随着各样地柠条覆盖度的增加，植被水肥竞争日益加剧，短花针茅等优势植被消失，这就导致土壤风蚀，土壤黏粉粒等细小颗粒的迁移损失，从而使其砂粒含量增加。而黏粉粒含量同时也会受到大气中粉尘和降水共同作用的影响。除40～100 cm土层，灌丛边缘土壤粉粒和砂粒含量最高，这可能与土壤母质分解有关。随灌丛引入，灌丛边缘和灌丛地的变异系数较大，上述植被退化和母质分解也可解释出现的这种情况。土壤分形维数（D）被作为判别土壤质地的重要指标，一般来说土壤分形维数越大，土壤抗侵蚀能力越强［28］。本研究结果表明荒漠草原向灌丛地人为转变过程各样地和土层的土壤分形维数（D值）为1.02～2.58，且荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地，荒漠草地土壤分形维数分别为草地边缘、灌丛边缘和灌丛地的1.03、1.08和1.71倍。表明随着灌丛的引入，土壤抗侵蚀能力逐渐减弱，灌丛地抗侵蚀能力最低。造成抗侵蚀能力差的原因可能是在灌丛引入的过程中，柠条灌丛致使植被水肥竞争，进而导致土壤沙化、固土固沙的植被减少、土壤黏粉粒被风蚀以及发生不同程度的沃岛效应等［5］。

土壤粒径分形维数随土壤质地中粒径分布发生一定的变化。土壤质地中黏粉粒含量越多土壤分形维数越大，土壤质地中砂粒含量越少土壤分形维数越大。本研究区土壤分形维数与粉粒、黏粒含量均呈正相关关系，其R2分别为0.4443、0.8235，而与砂粒含量呈负相关关系，其R2为0.8072。本研究结果与已有研究［8，29］较为一致。表明土壤分形维数对土壤黏粒、砂粒含量的变化最敏感，且随着黏粒、粉粒含量的增加而增大，随着砂粒的增加而减小。因此，土壤分形维数在一定程度上可以表征土壤质地中粒径大小的分布状况和土壤质地的均匀程度，并作为判断土壤质地差异的重要指标。

3.2 荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分布及与土壤理化性质的关系

豆科灌木的侵占改变了土壤性质、土壤水分模式和植物的繁殖情况。荒漠草原向灌丛地人为转变过程中，由于土壤基质中土壤颗粒大小的不同，其土壤理化性质存在一定的差异。在本研究中荒漠草原随着灌丛引入，0～10 cm土层草地边缘土壤水分含量低于荒漠草地，但高于灌丛边缘和灌丛地，这可能是由于在草原向灌丛转变过程中，植被根系下扎深度不同，进而对水分的消耗不同。草地边缘土壤水分含量在20～100 cm土层尽管无显著波动变化，但在20～60 cm土层显著高于其他样地。而荒漠草地、灌丛边缘和灌丛地在0～100 cm变化规律基本一致，其中在0～60 cm无波动变化，在60～100 cm土层水分呈波动增加，这可能与柠条灌丛的引入及植被的演变退化有关。从整体来看，各样地0～100 cm土层土壤水分含量随转变过程逐渐降低，即荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地。土壤毛管孔隙度在0～100 cm土层整体表现为灌丛边缘＞荒漠草地＞草地边缘＞灌丛地，表明随灌丛引入，在一定程度上可以降低土壤的孔隙度，灌丛地边缘毛管孔隙度最大，这可能与转变过程植被变化有关。随灌丛引入，0～100 cm土层容重表现为逐渐增加趋势，主要是因为植被间水肥竞争，土壤旱化等，最终土壤沙化，导致土壤容重增加。随灌丛引入，0～100 cm土层土壤有机碳表现为逐渐降低趋势。彭文英等［30］的研究结果得出，土壤退耕后土壤容重减小，孔隙度和有机质含量显著增加，且刺槐（Robinia pseudoacacia）地和柠条地的土壤质量恢复程度最好，本研究结果与其不一致。荒漠草原草地向灌丛转变过程各处理0～10 cm土层的土壤全氮存在显著性差异（P＜0.05）；荒漠草地和草地边缘处理20～80 cm土层土壤全氮随深度的增加逐渐降低，而灌丛边缘和灌丛地随深度的增加逐渐升高。这是由于引入的灌丛为柠条灌丛，柠条为豆科植物灌丛，具有固氮的作用。它的引入直接影响了土壤水分含量的分布及枯落物的量，从而间接影响了土壤微生物生态系统养分输入通量［31］。

由于土壤形成是由气候、母质、地形、生物和时间因子共同作用的结果，导致土壤质地、容重、孔隙度、持水量等土壤物理性质存在着一定相关性，而且在不同地区各物理指标的相互关系也存在差别［32］。单个土壤颗粒的大小和形状、化学组成和矿物质以及颗粒表面的物理化学性质各不相同，进而影响土壤的肥力状况、植被生长繁衍、土壤溶质的运移。土壤粒径分布影响土壤中水、肥、气、热等储存和转运，是评估土壤性质和土壤分类的重要特征［33］。在本研究中土壤分形维数与土壤含水量呈极显著正相关，表明土壤分形维数随土壤含水量的增加而增加，这与罗雅曦等［34］的研究结果不一致，其表明土壤分形维数与土壤含水量不相关；土壤分形维数与土壤毛管孔隙度相关性结果与白一茹等［35］的研究结果不一致，本研究结果表明土壤分形维数随毛管孔隙度的增大而增大，而白一茹等［35］研究结果表明土壤分形维数与土壤毛管孔隙度不相关；土壤分形维数与土壤容重的相关结果与已有研究结果［16，27］一致，均表明土壤分形维数随容重的降低而增高；土壤分形维数与土壤有机碳的相关性结果与罗雅曦等［34］的研究结果一致，表明土壤分形维数随有机碳的增加而增加；土壤分形维数与土壤全氮的相关性结果与伏耀龙等［29］、程先富等［36］的研究结果一致，但与肖灵香［37］和陈林等［38］的研究得出的土壤全氮与分形维数呈显著正相关，即全氮含量越高，分形维数越大不一致；土壤分形维数与土壤全磷呈正相关关系，表明土壤分形维数随全磷的增加而增加，但与伏耀龙等［29］的研究结果不一致，可能是因为土壤母质不同，也可能是研究对象或测定方法不同，还需更进一步的研究。本研究中结合相关性和主成分分析，表明土壤粉粒、砂粒、土壤毛管孔隙度、容重、有机碳、全磷对其土壤分形维数的影响较大。

4 结论

荒漠草原向灌丛地转变过程，0～100 cm土层土壤粒径比例表现为砂粒＞粉粒＞黏粒，其中，灌丛地各土层砂粒含量高达95.54%～98.97%，粗粒化程度加剧；土壤分形维数变化介于1.02～2.58，土壤抗侵蚀能力逐渐下降，灌丛地均显著低于其他样地，且灌丛边缘和灌丛地分形维数变异系数均高于荒漠地和草地边缘。转变过程中的土壤分形维数与黏粒含量、粉粒含量、土壤全磷含量均呈显著正相关关系（P＜0.05），但与砂粒含量呈显著负相关关系（P＜0.05）；与土壤水分含量、毛管孔隙度、有机碳含量均呈极显著正相关关系（P＜0.01），但与土壤容重呈极显著负相关关系（P＜0.01），与土壤全氮无显著相关性（P＞0.05），且荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤分形维数的变化易受土壤粉粒、砂粒、毛管孔隙度、容重、有机碳、全磷的影响（P＜0.05）。该研究探析了荒漠草原向灌丛地人为转变过程中的土壤粒径和理化性质的响应过程，旨在为草地-灌丛地稳态转变内部驱动机制的深入研究打下基础。