開(kāi)都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化研究

李新國(guó),李會(huì)志,王 影,任云霞

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,烏魯木齊830054;2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊830054)

土壤鹽漬化是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙,亦是影響綠洲生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素,干旱區(qū)綠洲的穩(wěn)定性外受過(guò)渡帶影響,內(nèi)受土壤鹽漬化影響[1]。土壤鹽漬化既涉及資源問(wèn)題和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,又與區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān),同時(shí)鹽漬地還是一種重要的土地資源,科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用,具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。位于新疆焉耆盆地的開(kāi)都河下游灌區(qū)是典型的人工綠洲區(qū)域,由于前期盲目地?cái)U(kuò)大耕地和長(zhǎng)期大量引用地表水進(jìn)行不合理地灌溉,致使灌區(qū)地下水位普遍升高,地下水位埋深由20世紀(jì)50年代開(kāi)墾前的5.0～7.0 m,變?yōu)楝F(xiàn)在的1.8～2.2 m,灌區(qū)土壤鹽漬化日趨嚴(yán)重,中重度鹽漬化面積占耕地面積的35.32%,致使部分耕地退化而棄耕[2-3]。因此,深入分析人工綠洲區(qū)域的土壤鹽漬化現(xiàn)狀,研究其土壤鹽漬化的類(lèi)型、程度、面積及其空間分布特征,對(duì)于人工綠洲區(qū)域鹽漬化土地的因地制宜地改良和合理利用,保障干旱區(qū)綠洲社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,具有重要的社會(huì)意義與實(shí)踐價(jià)值。

隨著3S技術(shù)在土地資源監(jiān)測(cè)和調(diào)查中廣泛應(yīng)用和日臻成熟,將其作為研究方法和技術(shù)手段對(duì)開(kāi)都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化的變化過(guò)程及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定量描述,充分體現(xiàn)3S技術(shù)在資源監(jiān)測(cè)與調(diào)查中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、探測(cè)面積大、省時(shí)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)采用兩個(gè)不同時(shí)期的遙感圖像解譯,結(jié)合實(shí)地調(diào)查,應(yīng)用統(tǒng)一的確定鹽漬化土地面積和程度的標(biāo)準(zhǔn),得出區(qū)域鹽漬地的定量化分析結(jié)果,可以為該區(qū)域合理開(kāi)發(fā)利用鹽漬地資源、分區(qū)治理農(nóng)田中重度鹽漬地提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

開(kāi)都河下游灌區(qū)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi),包括和靜縣、和碩縣、博湖縣及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)22團(tuán)、23團(tuán)、24團(tuán)、25團(tuán)和 223團(tuán),地理位置為85°42′-88°00′E,41°35′-42°30′N(xiāo) 。開(kāi)都河發(fā)源于天山中部的依連哈比爾尕山和艾爾賓山,主源為扎格斯臺(tái)河和哈爾尕提溝,河流全長(zhǎng)560 km,流域面積2.2萬(wàn)km2,年徑流量34.12萬(wàn)m3,占進(jìn)入盆地總徑流量的80%以上,是惟一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流。開(kāi)都河下游段(大山口水電站到博斯騰湖入湖口)河流長(zhǎng)度為171 km,分為東支和西支,東支進(jìn)入博斯騰湖大湖區(qū),西支進(jìn)入博斯騰湖小湖區(qū),除部分水量注入博斯騰湖外,另有部分水量消耗于農(nóng)業(yè)灌溉。

開(kāi)都河下游灌區(qū)所在的焉耆盆地是南天山褶皺斷塊山系中的一個(gè)半封閉的大型山間盆地,面積1.361 2萬(wàn)km2。盆地地面海拔一般在1 050～1 200 m,地勢(shì)西高東低、北高南低,總體呈現(xiàn)為四周向盆地傾斜的地貌形態(tài),盆地內(nèi)流水地貌、風(fēng)沙地貌、湖泊地貌類(lèi)型十分發(fā)育,自盆地四周高山到博斯騰湖依次為戈壁、平原和湖沼,呈環(huán)狀分布。盆地內(nèi)水系順地勢(shì)單向發(fā)育,從北部或西北部流向盆地的最低處-博斯騰湖,開(kāi)都河是該盆地中最大的一條河流。焉耆盆地四周山區(qū)富含鈉鹽,山前帶的第三紀(jì)和侏羅紀(jì)巖層富含石膏等可溶性鹽,為焉耆盆地開(kāi)都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化的形成提供了物質(zhì)條件。

開(kāi)都河下游灌區(qū)地處西北內(nèi)陸干旱區(qū),氣候特征表現(xiàn)為熱量充足,日照長(zhǎng),降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈。年均氣溫8.0～8.6℃,夏季月平均氣溫22.8℃,冬季月平均氣溫-9.0℃,絕對(duì)最高氣溫39.0℃,最低氣溫-30.4 ℃,≥10℃的積溫3 414.4～3 694.1℃,無(wú)霜期176～200 d;年平均降水量 50.7～79.9 mm,蒸發(fā)量2 000.5～2 449.7mm,蒸降比高達(dá)40∶1,屬于南北疆過(guò)渡的大陸荒漠性氣候[4]。

開(kāi)都河下游灌區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型主要有草甸土、沼澤土、灌耕土、鹽土、棕漠土、風(fēng)化土等;自然植被多為芨芨草、蘆葦、胡楊等,人工植被以農(nóng)作物、果林和田間防護(hù)林為主。區(qū)內(nèi)地下水資源較為豐富,地下水可開(kāi)采量為9.05億m3/a,地下水埋深0.5～7.0 m。農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)主要分布于沖積平原的中下游,多年平均引用地表水量為11.0億m3/a,年開(kāi)發(fā)地下水量約為可開(kāi)采量的10%。地下水化學(xué)特征具有較強(qiáng)的地帶性分異規(guī)律,山前的沖積-洪積平原為低礦化的重碳酸型水,過(guò)渡到?jīng)_積平原的中上部重碳酸-硫酸鹽型,濱湖地區(qū)則為硫酸鹽-氯化物型水;在沖積平原水文網(wǎng)發(fā)育的地方,潛水受地表水的淡化作用明顯,地下水化學(xué)組成復(fù)雜[5]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

遙感數(shù)據(jù)采用研究區(qū)的Landsat TM數(shù)據(jù)與CBERS-02衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)。Landsat TM數(shù)據(jù)接收時(shí)間為1990年10月,CBERS-02衛(wèi)星CCD影像數(shù)據(jù)接收時(shí)間為2008年10月,均為晴空資料(云量＜5%)。地理底圖采用國(guó)家測(cè)繪局編制的1∶25萬(wàn)分幅數(shù)字地形圖,土地利用圖采用焉耆盆地1∶10萬(wàn)土地利用圖,地圖采用2008年新疆維吾爾自治區(qū)1∶50萬(wàn)政區(qū)圖,以及研究區(qū)其他數(shù)據(jù)資料,包括2003年地下水礦化度分布圖與地下水埋深分布圖、2007年土壤調(diào)查報(bào)告、1998-2007年氣象數(shù)據(jù)等。

利用遙感圖像處理軟件Erdas 8.7對(duì) Landsat TM數(shù)據(jù)與CBERS-02衛(wèi)星CCD影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、去霾處理等技術(shù)處理后,分別取4,3,2波段合成假彩色圖像(附圖7與附圖8)。以土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ),選取控制點(diǎn)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合校正,處理后的兩個(gè)時(shí)期的圖像與數(shù)字化邊界匹配吻合,誤差在1個(gè)像元內(nèi)。在圖像解譯之前,結(jié)合土壤調(diào)查報(bào)告及土地利用圖等非遙感數(shù)據(jù)建立各種類(lèi)型鹽漬地的解譯標(biāo)志,即選擇一條鹽漬地類(lèi)型豐富的野外調(diào)查路線,在沿線選擇典型鹽漬地樣區(qū),并用GPS確定各樣區(qū)位置,依據(jù)觀察到的鹽漬地類(lèi)型、地物景觀、植被狀況,結(jié)合遙感影像對(duì)應(yīng)點(diǎn),研究影像上不同程度鹽漬化土地的影像特征,建立遙感解譯標(biāo)志(包括影像顏色、灰度、斑塊形狀、分布位置等),取樣并測(cè)定地下水礦化度、土壤含鹽量。在分析前人的各種分類(lèi)體系并結(jié)合本區(qū)域特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合土壤類(lèi)型與土地利用等非遙感數(shù)據(jù),確定鹽漬化土地分類(lèi)系統(tǒng),本文采用的分類(lèi)系統(tǒng)為非鹽漬化、輕度鹽漬化、中度鹽漬化、重度鹽漬化(含鹽土)。

對(duì)兩個(gè)時(shí)期遙感影像上鹽漬地信息的識(shí)別與提取,采用目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)相結(jié)合的方法,充分利用遙感數(shù)據(jù)的光譜信息、空間信息和時(shí)間信息,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。為提高圖像解譯的準(zhǔn)確性和精度,選擇有代表性的樣點(diǎn),尤其是判讀不清的區(qū)域,再到野外定點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)與校正,對(duì)比分類(lèi)后的圖像,對(duì)分類(lèi)錯(cuò)誤進(jìn)行人工糾正。在GIS軟件ArcGIS 8.7的支持下,對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行處理,得到土地鹽漬化現(xiàn)狀空間分布圖(附圖9和附圖10),并匯總、統(tǒng)計(jì),建立研究區(qū)土地鹽漬化空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 結(jié)果分析

3.1 鹽漬化土地面積明顯減少

對(duì)研究區(qū)兩個(gè)時(shí)期的影像進(jìn)行遙感解譯,得到研究區(qū)鹽漬地面積變化的對(duì)比(表1)。1990年,研究區(qū)鹽漬地面積 1 928.90 km2,占研究區(qū)總面積的54.95%,其中重度鹽漬地面積268.40 km2,占研究區(qū)總面積的7.65%,中度鹽漬地面積515.90 km2,占研究區(qū)總面積的14.70%,輕度鹽漬地面積1 144.60 km2,占研究區(qū)總面積的42.61%;2008年研究區(qū)鹽漬地面積1 513.40 km2,占研究區(qū)總面積的43.11%,其中重度鹽漬地面積187.40 km2,占研究區(qū)總面積的5.34%,中度鹽漬地面積308.50km2,占研究區(qū)總面積的8.79%,輕度鹽漬地面積1 017.50 km2,占研究區(qū)總面積的28.99%。近20年來(lái),研究區(qū)鹽漬化土地面積減少了415.50 km2,鹽漬化土地面積比例減少11.84%。

表1 開(kāi)都河下游灌區(qū)鹽漬化土地解譯數(shù)據(jù)

3.2 土壤鹽漬化程度減緩

研究區(qū)土地鹽漬化的變化還表現(xiàn)在土壤鹽漬化程度的減緩。對(duì)土壤鹽漬化程度的評(píng)價(jià)主要依據(jù)土壤類(lèi)型、植被類(lèi)型和鹽堿斑占基質(zhì)面積的比例來(lái)判定[6]。其中,土壤類(lèi)型由2007年焉耆盆地土壤調(diào)查報(bào)告資料獲得,鹽堿斑數(shù)量和植被類(lèi)型可以由遙感影像解譯,結(jié)合典型樣區(qū)調(diào)查獲得,鹽漬化土地程度評(píng)價(jià)指標(biāo)(表2)。研究區(qū)的鹽漬地面積由1990年的1 928 km2,下降到 2008年的 1 513.40 km2,鹽漬地面積減少了415.50 km2,平均每年減少21.87 km2,動(dòng)態(tài)度-1.13%,其中重度鹽漬地面積減少 81.00 km2,占鹽漬地減少面積的19.49%,中度鹽漬地面積減少207.40 km2,占鹽漬地減少面積的49.92%,輕度鹽漬地面積減少127.10 km2,占鹽漬地減少面積的30.59%。近20年來(lái),研究區(qū)土壤鹽漬化程度有所減緩,其中中度土壤鹽漬化土地減緩幅度最大。

表2 研究區(qū)土壤鹽漬化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3 土壤鹽漬化類(lèi)型現(xiàn)狀與分布特征

土壤鹽漬化類(lèi)型的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)采用《新疆農(nóng)業(yè)技術(shù)手冊(cè)》的土壤鹽漬化類(lèi)型區(qū)分表和土壤鹽漬化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)研究區(qū)表層0-30cm土壤鹽分中 C1-/mol比值及土壤含鹽量進(jìn)行分類(lèi)和分級(jí),并分類(lèi)別和級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 2008年研究區(qū)鹽漬化分類(lèi)分級(jí)統(tǒng)計(jì)特征 %

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)鹽漬地類(lèi)型主要為氯化物-硫酸鹽型鹽漬化,占66.96%,其中重度鹽漬化占38.39%;其次為硫酸鹽-氯化物型,占15.18%,其中重度鹽漬化占11.61%。根據(jù)調(diào)查資料[5],研究區(qū)土壤鹽漬化程度的分布,在水平方向具有分帶性,即圍繞博斯騰湖呈環(huán)帶狀分布。研究區(qū)內(nèi)中度鹽漬地、輕度鹽漬地、非鹽漬地呈斑塊狀鑲嵌分布,重度鹽漬地主要分布在開(kāi)都河下游排堿干渠兩岸和博斯騰湖北岸湖濱區(qū)(附圖10)。根據(jù)土壤鹽漬化程度不同,可以將研究區(qū)分成4個(gè)區(qū)域。

(1)非鹽漬化區(qū)。靠近戈壁地帶,潛水位埋深大于5 m,礦化度＜1 g/L,主要分布于遠(yuǎn)離排堿渠和河道的區(qū)域和灌排水條件良好的農(nóng)田。

(2)輕鹽漬化區(qū)。廣泛分布于遠(yuǎn)離排堿渠和河道的、地勢(shì)高的農(nóng)田區(qū)域,潛水位埋深在3～5 m,礦化度1～2 g/L,對(duì)某些農(nóng)作物生長(zhǎng)有輕微危害。

(3)中度鹽漬化區(qū)。主要分布于地勢(shì)較低的農(nóng)田和開(kāi)都河河口區(qū),潛水位埋深1～3 m,礦化度2～10 g/L,對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有一定危害。

(4)重度鹽漬化區(qū)。主要分布于博斯騰湖湖濱區(qū)、農(nóng)田排堿干渠和河道附近,潛水位埋深0.5～1 m,礦化度 15～20 g/L,甚至達(dá)到30 g/L以上,對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有極大危害,不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)。

4 結(jié)論與討論

(1)開(kāi)都河下游灌區(qū)的土壤鹽漬化土地面積減少了415.50 km2,鹽漬化土地面積比例減少11.84%。

(2)鹽漬化程度亦有所減緩,鹽漬地面積由1990年的1 928 km2,下降到2008年的1 513.40 km2,平均每年減少21.87 km2,動(dòng)態(tài)度-1.13%,其中中度土壤鹽漬化土地減緩幅度最大。

(3)土壤鹽漬化土地類(lèi)型主要為氯化物-硫酸鹽型鹽漬化,占66.96%,其中重度鹽漬化占38.39%;其次為硫酸鹽-氯化物型,占15.18%,其中重度鹽漬化占11.61%。

(4)研究區(qū)農(nóng)田內(nèi)中度鹽漬地、輕度鹽漬地、非鹽漬地呈斑塊狀鑲嵌分布,重度鹽漬地主要分布在開(kāi)都河下游排堿干渠兩岸和博斯騰湖北岸湖濱區(qū)。

近20年來(lái),由于區(qū)域土壤鹽漬化土地的綜合治理與水環(huán)境保護(hù),開(kāi)都河下游灌區(qū)的土壤鹽漬化土地面積減少,鹽漬化程度有所減緩,但區(qū)域土壤鹽漬化依然對(duì)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。因此,區(qū)域鹽漬地的開(kāi)發(fā)利用和治理必須從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),將研究區(qū)所在盆地的地表引水-地下水開(kāi)采-灌溉排水-水土環(huán)境保護(hù)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體來(lái)對(duì)待,保持區(qū)域水土資源的可持續(xù)利用。

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