濱海鹽堿區(qū)鹽漬化威脅下的土地利用脆弱性評價
——以河北省黃驊市為例*

連 芳，張 峰，3，王靜愛，3

（1.北京師范大學地理學與遙感科學學院，北京100875；2.北京師范大學區(qū)域地理實驗室，北京100875；3.北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京100875）

濱海鹽堿區(qū)鹽漬化威脅下的土地利用脆弱性評價
——以河北省黃驊市為例*

連 芳1，2，張 峰1，2，3，王靜愛1，2，3

（1.北京師范大學地理學與遙感科學學院，北京100875；2.北京師范大學區(qū)域地理實驗室，北京100875；3.北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京100875）

鹽漬化會造成土地功能下降，影響生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性，評價鹽漬化威脅下土地利用的脆弱性成為環(huán)境風險評價的重要問題之一。以濱海鹽堿區(qū)黃驊為例，研究了土地利用變化與鹽漬化致災危險性關系，并構建了各土地利用鹽漬化脆弱性曲線。結果表明：①1988-2009年間，主要土地利用類型退化為鹽荒地的面積比重分別為建設用地21%、耕地19%和沼澤16%；②鹽漬化致災危險總體上從西南內陸向東北沿海逐漸上升；③根據(jù)土地利用鹽漬化脆弱性曲線，脆弱性由高到低依次為鹽田、耕地、建設用地、水域和沼澤，脆弱性越高，土地越容易發(fā)生退化。本研究可以為鹽漬化風險評價和土地利用優(yōu)化模式提供參考。

土地利用；鹽漬化；危險性；脆弱性；河北黃驊

土壤鹽漬化是指土壤中的可溶性鹽過多地在土壤耕層及表層累積，是土地退化的表現(xiàn)之一［1］。鹽漬化造成土地功能下降，導致灌溉區(qū)中農業(yè)減產，制約著農業(yè)發(fā)展和糧食生產［2］，因此鹽漬化風險評價成為生態(tài)環(huán)境問題的研究熱點?；趨^(qū)域災害系統(tǒng)理論，致災因子危險性和承災體脆弱性的刻畫是風險評價的基礎［3-4］。

在評價鹽漬化危險性時，學者們通常從影響因素中選擇相應的指標進行綜合評價。一般認為，土壤的屬性是導致鹽漬化的關鍵因素，因此，土壤含鹽量是確定土壤鹽漬化程度的核心指標［5］，也可以用土壤電導率表示［6-7］。強烈的蒸散作用對水鹽運動造成的影響，使得鹽分在土壤水和地表的濃度增加［8-9］，因此，多年平均蒸散量也是評價鹽漬化危險性的重要指標。地下水對鹽漬化的影響可從兩方面來刻畫：①水位深度，當土地所處的含水層淺且半封閉時，土壤表層排水受到向上的水壓所影響，會加速鹽漬化的發(fā)生［10］；②地下水礦化度，它與灌溉相關，當區(qū)域以灌溉農業(yè)為主時，用以灌溉的地下水的質量則會影響土壤的質地，長期不當灌溉會加劇鹽漬化的危險性［11］。由于數(shù)據(jù)獲取的局限性和模型參數(shù)的有效性，有些學者會選擇不同的指標對區(qū)域鹽漬化危險性進行評價。有的學者以土壤是否為鹽漬土和地下水水位的深淺來判斷區(qū)域的鹽漬化危險程度［12］；有的學者不僅考慮了土壤和氣候屬性，還考慮了灌溉水的屬性，選取的指標包括電導率、陽離子交換率、干濕度等［13］?；谏鲜?，綜合考慮土壤、氣候和地下水因素中的相應指標，是評價鹽漬化致災危險性的重要方向。

在土地利用與鹽漬化的相互作用關系研究中，二者變化的相互影響備受關注［14-15］。土地利用變化的監(jiān)測多采用3S技術，選取區(qū)域多期遙感圖像進行解譯和空間疊加分析［16-17］。研究認為，土地利用變化的幅度和速度可以用單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度刻畫［18］；土地利用相互轉化的類型和空間分布格局可以用土地利用動態(tài)度雙向模型［19］和土地利用變化轉移矩陣［20］等刻畫。有學者對干旱鹽堿區(qū)域做過專門研究，通過分析土地利用變化的速度和轉移方向，發(fā)現(xiàn)在鹽漬化的威脅下，耕地大量轉化為鹽漬地［21］，由此可見，土地作為承災體時，其對于鹽漬化致災危險的響應十分明顯。編制鹽漬化威脅下土地利用脆弱性圖，可以表達土地利用類型在不同鹽漬化程度下的響應關系。

目前，在我國濱海鹽堿區(qū)，針對土壤鹽分特征和水鹽運動［22-24］、土地利用優(yōu)化模式［25］等方面展開了一些研究，但少有土地脆弱性評價的相關研究。因此，本研究以濱海鹽堿區(qū)黃驊為例，基于兩期TM影像，編制土地利用圖；選取土壤含鹽量、地下水礦化度等指標，編制鹽漬化自然致災危險性圖；編制土地利用變化與鹽漬化致災危險性關系圖，構建各土地利用鹽漬化脆弱性曲線。本研究可為區(qū)域鹽漬化風險防范模式和生態(tài)安全條件下的土地利用優(yōu)化對策制定提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

河北省黃驊市（圖1）位于華北平原東端、渤海西岸，地形平緩，最大高程值僅為25 m，自西南向東北微傾入渤海，是海陸的過渡區(qū)。地貌由平原和淤積型泥質海岸組成，內陸在河流的沖積下形成稍有起伏的微地貌，近海有洼地。黃驊市年均降水量627 mm，降水平均相對變率高達25%，且各季節(jié)分配不均。年均蒸散量為870 mm，市內淡水資源嚴重貧乏，礦化程度高。黃驊市的土壤主要有潮土、鹽土和沼澤土3類。其中，潮土類有濱海潮土、濱海鹽化潮土和濱海沼澤化潮土3個亞類；鹽土類有濱海草甸鹽土和濱海鹽土2個亞類；沼澤土類有濱海鹽化草甸沼澤土和濱海潮土化沼澤土2個亞類。截止到2010年，黃驊市共有44.35萬人。本文研究的技術路線如圖2所示。

圖1 黃驊市的地理位置及行政區(qū)分布

圖2 技術路線

表1 土地利用類型解譯數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)來源

1.1 土地利用分類與變化檢測

本文采用美國LANDSAT衛(wèi)星獲取的TM遙感影像數(shù)據(jù)（表1），選取了1988年和2009年兩個時段，進行圖像解譯。參考全國土地分類標準［26］，并結合黃驊土地利用和覆蓋特征，最終將土地利用類型分為六類，分別為建設用地、耕地、水域、鹽田、沼澤、鹽荒地。

由于遙感圖像解譯中，鹽荒地與其他土地利用類型存在同質異譜和同譜異質的現(xiàn)象，所以本文采用分區(qū)分類方法［27］，得到兩期土地利用類型圖。分類精度驗證包括兩個方面：一是利用1980年的黃驊土地利用現(xiàn)狀圖對1988年的圖像解譯成果進行驗證，解譯精度達到89.4%；二是通過實地勘踏，選取了60個典型樣本，對2009年的圖像解譯成果進行驗證，解譯精度達到80.1%。

土地利用轉移矩陣用來表示不同時期不同土地利用類型的轉移情況［28］。對于任意兩期土地利用類型圖和，按照式（1）的地圖代數(shù)方法，可以求得由t2時期到t1時期的土地利用變化圖Cij，其表現(xiàn)了土地利用變化的類型及其空間分布，計算公式為：

根據(jù)Cij求得土地利用類型轉換的數(shù)量關系的轉移矩陣M，計算公式為：

式中：Mij表示t2時期i類土地利用類型轉換為j類土地利用類型的面積占t1時期的i類土地利用類型總面積的百分比。

根據(jù)上文，編制黃驊市1988年至2009年土地利用變化圖（圖3）。

圖3 黃驊市1988年到2009年各土地利用類型退化成鹽荒地情況

1.2 鹽漬化致災危險性評價指標及方法

用于鹽漬化致災危險性評價的指標有4個。土壤全鹽含量（S）、地下水礦化度（MD）和地下水水位（D）的數(shù)據(jù)來源為黃驊市農科所土肥站，均屬樣點實測數(shù)據(jù)，S為實測土壤耕層鹽分含量數(shù)據(jù)，MD和D是實測地下水性質數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時間為1980年；多年平均蒸散量（ET）為MOD 16數(shù)據(jù)［29］，為柵格數(shù)據(jù)，精度是1 km×1 km，時段為2000-2012年。為了編制鹽漬化致災因子圖，S、M和D矢量點數(shù)據(jù)通過克里金插值轉化為柵格數(shù)據(jù)，ET柵格數(shù)據(jù)通過算術平均法求算區(qū)域多年平均值。

由于這四個指標量綱不一致，且對鹽漬化致災危險性的貢獻不同，故先對指標進行歸一化處理，再用層次分析法（AHP）［30］賦予權重。計算得到各指標權重分別：土壤含鹽量44.03%，礦化度25.60%，蒸散量13.67%，地下水距地表距離16.69%，通過一致性檢驗（CR＝0.085 8）。鹽漬化致災危險性（H）計算公式如下：

根據(jù)上文，編制黃驊市鹽漬化致災危險性圖（圖4）。

圖4 黃驊市鹽漬化致災危險性

1.3 土地利用鹽漬化脆弱性評價方法

土地利用類型轉移與鹽漬化致災危險性關系密切，二者相關的空間格局圖是評價土地利用鹽漬化脆弱性的基礎。采用地圖空間疊制的方法，即將圖3和圖4疊加，得到不同致災強度下各類土地退化為鹽荒地的系列地圖（圖5）。

為了便于統(tǒng)計，將鹽漬化致災強度分為30個等級。根據(jù)式（3），分別計算耕地、建設用地、水域、鹽田和沼澤這五類土地利用類型，在各致災強度等級的面積損失率：

式中：i為土地利用類型，j為致災等級，Lij表示i類土地利用在j致災等級上的面積損失率，Ai為i類土地利用退化為鹽荒地的總面積，Aij為在j致災等級中i類土地利用退化為鹽荒地的面積。

圖5 鹽漬化致災危險性與土地利用變化空間關系

通過式（3），計算得到每個致災等級下的每種土地利用類型的面積損失率，共計150個樣本數(shù)據(jù)?；谶@些樣本數(shù)據(jù)，擬合出5種土地利用類型的5條鹽漬化脆弱性曲線（圖6a、圖6b）。為了體現(xiàn)脆弱性的區(qū)域差異，以耕地為例，計算得到每個致災等級下的耕地面積損失率，共計390個樣本數(shù)據(jù)，進一步擬合了12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的12條耕地鹽漬化脆弱性曲線（圖7）。

圖6 土地利用鹽漬化脆弱性曲線

2 結果與分析

2.1 黃驊市土地利用變化分析

圖7 不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地鹽漬化脆弱性曲線

黃驊市土地變化轉移矩陣（表4）可以反映不同土地利用類型的相互轉化。結果表明，從1988年到2009年，建設用地中，61%未發(fā)生用地轉移，21%轉移為鹽荒地；耕地中，74%未發(fā)生用地轉移，19%轉移為鹽荒地；沼澤中，43%未發(fā)生用地轉移，大部分轉化為水域或退化為鹽荒地，轉移面積分別為32%和16%；水域中，77%未發(fā)生用地轉移，轉移較多的是開發(fā)為建設用地和退化為鹽荒地，轉移面積都是10%；5%的鹽田沒有發(fā)生用地轉移，大量鹽田轉化為水域，面積達85%；34%的鹽荒地沒有發(fā)生用地轉移，但有49%的鹽荒地開發(fā)為耕地。這些轉移中最為突出的是，大多數(shù)土地利用類型向鹽荒地的轉移比重都很大，這反映了鹽漬化威脅區(qū)域的土地利用脆弱性。

表4 黃驊市土地利用轉移矩陣

黃驊市1988年到2009年各土地利用類型退化成鹽荒地（圖3）的空間格局表明：①建設用地、耕地、水域、鹽田和沼澤退化為鹽荒地均呈現(xiàn)斑塊狀分布，且斑塊密度較大；②在東部沿海區(qū)域，主要是水域疏干退化為鹽荒地，兼有鹽田廢棄退化為鹽荒地；③在東北區(qū)域，由于高土壤含鹽量、高地下水礦化度和高蒸散量的影響，大量沼澤疏干退化為鹽荒地，有學者在松嫩平原沼澤區(qū)的研究中提出，沼澤是容易出現(xiàn)鹽荒地面積增加的土地利用類型［31］，因為大量抽取地下水進行農業(yè)灌溉，使得沼澤的水分減少，帶動鹽分上升，使沼澤容易退化成鹽荒地，這與本研究原理相似；④在黃驊市中心附近的大部分區(qū)域中，主要是耕地大量分布，且退化為鹽荒地，呈高密度分布，有學者對蘇北灘涂區(qū)進行研究提出盡管灌溉可以淋洗一定量的作物根系表面的鹽分，但會同時導致地下水水位抬升，而且本區(qū)地下水礦化度高，長期用此地下水灌溉，會造成土壤沉實板結，孔隙度下降，使鹽分在地表和耕層大量累積［32］，這與本研究情況相符；⑤在西北和西南地區(qū)，以耕地和建設用地退化為鹽荒地為主，且退化斑塊密度較低。

2.2 黃驊市鹽漬化致災危險性評價

黃驊市鹽漬化致災危險性如圖4所示?？傮w來說，鹽漬化致災危險由西南向東北增高，由內陸向沿海增加。在危險性評價中，指標S所占比重最高，因此鹽漬化致災危險性的空間格局主要受到土壤鹽分含量分布格局的影響。東北區(qū)是指標S、MD、D和ET的高值區(qū)，因此鹽漬化致災危險性最大；西南區(qū)則是鹽漬化致災危險性相對低值分布的區(qū)域。

將鹽漬化致災危險性按致災指數(shù)分為五個等級，第五級為H＞0.5，第四級為0.4＜H≤0.5，第三級為0.3＜H≤0.4，第二等級為0.2＜H≤0.3，第一等級為H≤0.2，等級越高危險性越高。等級1到等級5的面積比重分別為9.36%、32.66%、26.56%、18.73%和13.69%。

2.3 鹽漬化威脅下的土地利用脆弱性分析

圖5（a）表達了研究區(qū)鹽漬化致災危險性（H）與耕地退化為鹽荒地（S1）的空間關系，圖5（b）表達了鹽漬化致災危險性與建設用地退化為鹽荒地（S2）的空間關系。圖6（a）所示為這兩類土地利用的脆弱性曲線，即“H-S1”脆弱性曲線和“H-S2”脆弱性曲線。

圖5（c）表達了研究區(qū)鹽漬化致災危險性（H）與水域退化為鹽荒地（S3）、鹽田退化為鹽荒地（S4）和沼澤退化為鹽荒地（S5）的空間關系。圖6（b）所示為這三類土地利用的脆弱性曲線，即“HS3”脆弱性曲線、“H-S4”脆弱性曲線和“H-S5”脆弱性曲線。

由圖5和圖6可知，土地利用鹽漬化脆弱性曲線大致呈S型，且根據(jù)損失速率可以分為三類。第一類為損失速率極快的脆弱性曲線，在受到鹽漬化威脅時，面積大量損失，且在較低致災強度時，損失率已達100%，損失速率遠高于其他土地利用類型，如“H-S4”脆弱性曲線；第二類為損失速率較快的脆弱性曲線，隨著致災強度的增加，損失率先迅速上升再趨向平緩，如“H-S1”和“H-S2”脆弱性曲線；第三類為損失速率較慢的脆弱性曲線，隨著致災強度的增加，損失率平緩上升再迅速上升，如“H-S3”和“H-S5”脆弱性曲線。在同樣的致災強度下，脆弱性由高到低為鹽田、耕地、建設用地、水域和沼澤。

圖7所示為研究區(qū)12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地脆弱性曲線。通過分析可得出以下結論。①大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積損失率大于0時的致災強度較低，即耕地對于鹽漬化的脆弱性閾值低，且閾值大多位于致災強度10以下，變化區(qū)間小。②各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積損失率達100%時的致災強度差異較大，致災強度從10到30不等，變化區(qū)間大。③根據(jù)面積損失速率，可以分將曲線為三種：第一種為損失速率極快的脆弱性曲線，在致災強度為15時，損失率幾乎都達到100%，例如官莊鄉(xiāng)、滕莊子鄉(xiāng)、舊城鎮(zhèn)、黃驊鎮(zhèn)、羊二莊鎮(zhèn)和常郭鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)是脆弱性的高值區(qū)；第二種為損失速率較快的脆弱性曲線，在致災強度為20時，損失率達到100%，例如齊家務鄉(xiāng)、羊三木鄉(xiāng)和呂橋鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)是脆弱性較高的區(qū)域；第三種為損失速率較慢的脆弱性曲線，當致災強度很高時，損失率才達到100%，例如臨港經濟技術開發(fā)區(qū)、南大港管理區(qū)和南排河鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)是脆弱性較低的區(qū)域。

3 結論與討論

3.1 結論

本研究以濱海鹽堿區(qū)黃驊為例，基于兩期TM影像，編制了土地利用圖；選取土壤含鹽量、地下水礦化度等指標，編制了鹽漬化致災危險性圖；基于上述二圖，編制了土地利用變化與鹽漬化致災危險性關系圖，構建各土地利用鹽漬化脆弱性曲線和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地鹽漬化脆弱性曲線。得出以下結論。

（1）黃驊市從1988年到2009年，主要土地利用類型轉移成鹽荒地分別為建設用地21%、耕地19%、沼澤16%。大多數(shù)土地利用類型向鹽荒地的轉移比重都很大。土地鹽漬化具有區(qū)域差異性，在東部沿海主要是水域和鹽田退化為鹽荒地，東北部主要是沼澤退化為鹽荒地，而中部和西部主要是耕地和建設用地退化為鹽荒地。

（2）鹽漬化致災強度的空間分布格局受各指標的影響，致災強度從西南內陸向東北沿海遞增。鹽漬化致災強度面積比重最大的是等級2，占32.66%；其次是等級3，占26.56%；再次之是等級4，占18.73%。

（3）本研究擬合了5種土地利用類型的鹽漬化脆弱性曲線，分別為“H-S1”“H-S2”“H-S3”“H-S4”和“H-S5”，它們大致呈S型。在同樣的致災強度下，脆弱性由高到低為鹽田、耕地、建設用地、水域和沼澤。

（4）本研究擬合了12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地鹽漬化脆弱性曲線，表現(xiàn)出耕地面積損失率大于零時的致災強度變化區(qū)間小，但損失率達100%時的致災強度變化差異大。面積損失速率越大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地鹽漬化脆弱性越大。

3.2 討論

本文擬合了土地利用鹽漬化脆弱性曲線，用不同致災強度下的面積損失率來衡量各土地利用類型的脆弱性。從區(qū)域災害系統(tǒng)理論的角度看，每個災害過程都發(fā)生在特定的孕災環(huán)境中，承災體所遭受的損失是包含環(huán)境作用的，致災因子、承災體和孕災環(huán)境在災害系統(tǒng)中的作用具有同等重要性［33］。一般認為，脆弱性是指承災體在遭受致災因子打擊后，造成的損失與致災因子強度的關系，是承災體在特定的自然社會環(huán)境下的表達［34］，很大程度上受到環(huán)境的影響［35］。孕災環(huán)境雖然不直接作用于風險的形成過程，而是在致災因子危險性和承災體脆弱性的形成過程中起作用［36］，因此，承災體的損失實際上是環(huán)境條件和致災因子共同作用的結果。因此，在結合致災因子危險性和承災體脆弱性進行鹽漬化風險評價時，可以考慮孕災環(huán)境的作用，構建“L-H-E”脆弱性曲面，即“損失-致災因子-孕災環(huán)境”脆弱性曲面以進一步提升脆弱性評價和風險評價的精度。

結合本研究中鹽漬化致災強度和耕地的鹽漬化脆弱性發(fā)現(xiàn)，位于致災強度高值區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有較低的脆弱性。這樣的分布格局可能與承災體的暴露性有關系。高致災的區(qū)域承災體分布可能較少，暴露性低，使得該區(qū)域總體的脆弱性較低，即總損失較少。如地震［37］，在致災強度高的青藏高原邊緣地區(qū)，人口分布較少，該區(qū)的脆弱性也較低，風險也較小。在本研究中，致災強度高值區(qū)的耕地分布較少，使得該區(qū)總體的耕地脆弱性較低，即面積的總損失較少。進一步分析認為，高致災區(qū)域的承災體分布較少，可能適應有關系。適應性是指系統(tǒng)針對外部環(huán)境特征的演變（如變化的條件、壓力、致災因子、風險等）進行自我學習、調整與演化的能力［38］。在應對災害，特別是如鹽漬化這類的漸發(fā)性災害，人類在其中扮演著重要的作用，因此，在長期應對鹽漬化的打擊時，人類通過減少農業(yè)耕作活動，以適應所處區(qū)域高鹽漬化致災強度的環(huán)境。因此，本文推測“高致災強度低脆弱性與低致災高脆弱性”這樣的分布格局與承災體的暴露性和農業(yè)耕作的適應性有關系，可采用定量分析或相應指標以進一步分析研究。

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Vulnerability Assessment of Land-use under the Threat of Coastal Saline Alkali Area of Soil Salinization——A Case Study of Huanghua City in Hebei Province

Lian Fang1，2，Zhang Feng1，2，3and Wang Jing’ai1，2，3
（1．School of Geography，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2．Key Laboratory of Regional Geography，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；3．State Key Laboratory of Earth Surface Progresses and Resource Ecology，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Salinization can contribute to land function decline and have impact on sustainability of bio-environment.Land use vulnerability assessment of salinization has been one of themajor issues of environment risk assessment.This study took Huanghua，a coastal saline region，as a case.The relationship between salinization hazard and land use changes is studied，and land-use vulnerability curves are developed.The results show as follows：1）From 1988 to 2009，the area proportions ofmain land use types degraded into salinewasteland are construction land 21%，cultivated land 19%and wetland 16%；2）Salinization hazard increases from southwest to northeast and from inner land to coastal land；3）Based on the land-use vulnerability curves of salinization，land-uses ranked in vulnerability from high to low are saltpans，cultivated land，construction land，waterbody and wetland.Land-use with high vulnerability can be easily salinizated.The results can be references to salinization risk assessment and land-use optimizemode decision-making.

land-use；salinization；hazard；vulnerability；Huanghua

X43

A

1000-811X（2015）04-0209-07

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.036

連芳，張峰，王靜愛.濱海鹽堿區(qū)鹽漬化威脅下的土地利用脆弱性評價——以河北省黃驊市為例［J］.災害學，2015，30（4）：209-215.［Lian Fang，Zhang Feng and Wang Jing’ai.Landuse vulnerability assessment of salinization in coastal saline region——A case study of Huanghua City，Hebei Province［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：209-215.］*

2015-05-11 修回日期：2015-06-15

國家重點基礎研究發(fā)展計劃“全球變化與環(huán)境風險關系及其適應性范式研究”（2012CB955403）

連芳（1992-），女，福建漳州人，碩士研究生，主要從事自然災害風險與制圖等研究.

E-mail：lianfang2023＠m(xù)ail.bnu.edu.cn

王靜愛（1955-），女，滿族，河北定州人，教授，主要從事自然災害等研究.E-mail：jwang＠bnu.edu.cn