瑪納斯河流域土壤鹽漬化時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

張?zhí)碛? 王 玲, 羅 沖, 彭 麗

(石河子大學(xué) 理學(xué)院, 新疆 石河子 832000)

?

瑪納斯河流域土壤鹽漬化時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

張?zhí)碛? 王 玲, 羅 沖, 彭 麗

(石河子大學(xué) 理學(xué)院, 新疆 石河子 832000)

土壤鹽漬化是土地荒漠化的重要方式之一，研究土壤鹽漬化時(shí)空動(dòng)態(tài)變化對(duì)土地管理利用具有重要意義。以瑪納斯河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，采用1975年、1990年、2000年、2014年4期遙感影像為數(shù)據(jù)源，結(jié)合野外調(diào)查分析，分別提取了瑪納斯河流域土壤鹽漬化信息，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)和空間分析方法對(duì)研究區(qū)近40 a的土壤鹽漬化時(shí)空動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，并對(duì)引起其變化的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：(1) 近40年瑪納斯河流域土壤受不同程度鹽漬化侵?jǐn)_復(fù)雜變化，總體呈逐漸減輕的趨勢(shì)，其中重度鹽漬化減少了2 369.4 km2，中度鹽漬化處于穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，輕度鹽漬化增加了1 408.0 km2，耕地面積增加了3 443.5 km2；(2) 瑪納斯河流域土壤鹽漬化在空間上分布具有明顯的區(qū)域性，其中重度、中度鹽漬化主要分布在中游水庫(kù)周圍以及下游與古爾班通古特沙漠的過(guò)渡帶，輕度鹽漬化與耕地鑲嵌分布；(3) 瑪納斯河流域土壤鹽漬化1975—1990年在空間總體變化上呈加重的趨勢(shì)；1990—2000年在空間分布上呈減輕的趨勢(shì)；2000—2014年又出現(xiàn)大面積的惡化趨勢(shì)；(4) 政策實(shí)施以及經(jīng)濟(jì)刺激是推動(dòng)土壤鹽漬化治理的有效措施。隨著全球氣候變暖，耕地面積的不斷擴(kuò)大，水資源利用的不合理，這將勢(shì)必增加土壤鹽漬化的不確定性。

土壤鹽漬化; 遙感; 時(shí)空變化; 瑪納斯河流域

隨著全球氣候變暖問(wèn)題日益突出，土壤鹽漬化問(wèn)題已經(jīng)成為各國(guó)所關(guān)切的全球性問(wèn)題，全球約有7%的土地資源受到鹽漬化的威脅，而且這個(gè)數(shù)字還在持續(xù)上升[1]。土壤鹽漬化以及由于灌溉引起的次生鹽漬化成為我國(guó)干旱、半干旱區(qū)重要的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一[2-3]。我國(guó)是鹽漬化影響嚴(yán)重的國(guó)家之一，土壤鹽漬化問(wèn)題非常突出[4]，是土地荒漠化的主要方式之一，造成土地資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重制約區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[5]。氣候干旱，蒸發(fā)強(qiáng)度大、地下水位高是引起土壤鹽漬化的主要因素[6-7]。以傳統(tǒng)的方式對(duì)土壤鹽漬化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅難度大、周期長(zhǎng)，而且耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力、物力[8]。然而，遙感的手段具有監(jiān)測(cè)范圍大、周期短、信息量大、成本低、快速的特征，因此使得在區(qū)域尺度上對(duì)鹽漬土分布狀況監(jiān)測(cè)成為可能[9-10]。

瑪納斯河流域是天山北麓中段重要的發(fā)展區(qū)域，隨著城市人口的不斷擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力在不斷增加，由于在土地開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境了解不全面，水資源管理利用不合理，造成大面積土地次生鹽漬化[11]。土壤鹽漬化的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)區(qū)域鹽漬化發(fā)展過(guò)程全面了解的重要方法，這將為區(qū)域鹽漬化治理、土地退化防治、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)理論[12-13]。已有學(xué)者針對(duì)新疆干旱區(qū)土壤鹽漬化的特征對(duì)鹽漬化土壤的類型劃分、形成、治理及遙感信息提取等進(jìn)行了大量研究[14-15]，同時(shí)對(duì)我國(guó)受土壤鹽漬化影響明顯的區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[16-17]。本文將采用3S技術(shù)，以4期遙感影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合土地利用覆被、地形、地貌等數(shù)據(jù)對(duì)瑪納斯河流域近40 a來(lái)土壤鹽漬化信息進(jìn)行提取，利用重要性指數(shù)和面積變化率指數(shù)揭示土壤鹽漬化在不同時(shí)期的變化強(qiáng)度，依據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣模型對(duì)瑪納斯河流域時(shí)空演變特征及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行分析，為區(qū)域土地資源的合理開(kāi)發(fā)、管理提供技術(shù)支持，保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用1975—2014年四期美國(guó)陸地衛(wèi)星遙感影像為基本數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站(http:∥glovis.usgs.gov/)和地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)，空間分辨率為30 m，信息如表1所示。同時(shí)結(jié)合1∶50 000地形圖、行政區(qū)劃圖、土地利用現(xiàn)狀圖、DEM數(shù)字高程圖、土壤類型圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)資料(氣象、水文、人口、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等)以及野外調(diào)查數(shù)據(jù)。對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用Flaash模型對(duì)影像進(jìn)行輻射校正，通過(guò)行政邊界進(jìn)行拼接裁剪。

表1研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)源基本情況

年份傳感器Path/row時(shí)相選擇1975MSS155/28,29,301975年7月26日1990TM144/28,29,301995年7月27日2000ETM+144/28,29,302000年8月27日2014OLI144/28,29,302013年8月22日

1.3基于遙感影像的土壤鹽漬化信息提取

利用最大似然法的監(jiān)督分類方法與決策樹(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行土壤鹽漬化信息提取。通過(guò)資料查詢以及已有的影像解譯先驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合瑪納斯河流域鹽堿地影像特征及野外實(shí)地考察驗(yàn)證，在研究區(qū)將地類分為6類：重度鹽漬化、中度鹽漬化、輕度鹽漬化、耕地、水體、其他，并建立影像解譯標(biāo)志[17](表2)，利用Kappa系數(shù)對(duì)四期分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證：85.70%，87.39%，87.41%，90.02%，精度滿足研究需求。

1.4土壤鹽漬化時(shí)空演變分析方法

不同鹽漬化土壤類型變化的空間位置、類型、劇烈程度是研究的重要內(nèi)容，將有助于評(píng)估變化的后果，預(yù)測(cè)變化的趨勢(shì)[19]。

(1) 重要性指數(shù)

(1)

(2)

式中：Ci——第i種變化類型的土地利用變化重要性指數(shù)，取值0～1；Ai——第i類土地類型變化面積(km2)；A——該區(qū)域各類土地變化面積之和(km2)，Ci值越大，說(shuō)明第i類土壤類型變化越占主導(dǎo)。

(2) 變化面積比重

(3)

式中：D——土地利用變化面積的比重，取值0～1，百分?jǐn)?shù)；Ai——區(qū)域各類土地類型變化面積之和(km2)，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)；S——區(qū)域面積(km2)，D值越大，說(shuō)明該區(qū)域土地利用變化越劇烈。

表2瑪納斯河流域土壤鹽漬化分類及遙感影像解譯標(biāo)志

類別分布特點(diǎn)影像特征重度鹽漬化分布在洪積扇邊緣、平原、三角洲地區(qū)以及瑪納斯湖周圍、古爾班通古特沙漠邊緣作物嚴(yán)重受到抑制,白色片狀,土壤含鹽量≥10%,有明顯的鹽結(jié)皮,植被總覆蓋度0%～1%中度鹽漬化分布在洪積扇邊緣,地勢(shì)平坦,瑪納斯湖周圍以及新開(kāi)耕地、綠洲內(nèi),重度鹽漬化的邊緣淺灰色、白色圖斑混雜,土壤含鹽量5%～10%,片狀分布,植被總覆蓋度1%～5%輕度鹽漬化分布在地勢(shì)較為平緩、洪積扇中下部,耕地邊緣作物長(zhǎng)勢(shì)稍受抑制,呈現(xiàn)不均勻紅色,土壤含鹽量0%～5%,植被總覆蓋度較高5%～15%耕地分布在平原研究區(qū)中部,呈片狀分布色調(diào)鮮亮均一,植被長(zhǎng)勢(shì)旺盛,有明顯的規(guī)則幾何形狀。水體零星分布在綠洲中間呈黑色,水庫(kù)、坑塘、湖泊其它分布于洪積扇上部,區(qū)域北部戈壁灘,沙漠,海拔大于1200m的山地

(3) 轉(zhuǎn)移矩陣。轉(zhuǎn)移矩陣常用來(lái)具體刻畫(huà)區(qū)域不同土地類型的結(jié)構(gòu)變化特征與變化方向，可以對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行定量描述，其數(shù)學(xué)形式為[20]：

(4)

式中：S——面積；n——不同鹽漬化土壤類型數(shù)；i，j——研究初期與研究末期的鹽漬化土壤類型，在具體的表現(xiàn)中以表格的形式表示(表3，4，5)。

(4) 重心轉(zhuǎn)移模型。重心轉(zhuǎn)移模型可以定性定量地對(duì)鹽漬地空間變化進(jìn)行分析，坐標(biāo)計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

式中：X，Y——某個(gè)鹽漬地類型的重心坐標(biāo)；Ci——該類型鹽漬地的第i類型的面積，通過(guò)計(jì)算重心坐標(biāo)的變化研究不同時(shí)期鹽漬地的空間變化規(guī)律[21]。

2　結(jié)果與分析

2.1鹽漬化土壤分類面積統(tǒng)計(jì)分析

研究區(qū)四期遙感影像鹽漬化土壤面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3，重度土壤鹽漬化面積在1975年、1990年、2010年、2014年分別為3 763.8，3 256.7，1 046.8，1 394 km2，對(duì)比2000年前后有明顯的下降趨勢(shì)；四期中度鹽漬化面積分別為5 794.1，4 496.3，4 698.6，5 500.6 km2；四期輕度鹽漬化面積分別為2 081.6，3 316.7，3 395.7，3 489.6 km2，呈增加趨勢(shì)；同樣耕地面積從1975年的2 080.7 km2變化到2014年的5 524.2 km2，增長(zhǎng)了2.65倍(表3)。鹽漬化土壤主要分布在沖積扇邊緣、平原、三角洲等地勢(shì)平坦的區(qū)域；重度鹽漬化主要分布在在149團(tuán)、150團(tuán)、142團(tuán)、144團(tuán)、沙灣縣的中部地區(qū)；中度鹽漬化土壤主要分布在古爾班通古特沙漠的南緣及灌區(qū)；輕度鹽漬化主要分布在耕地與其它用地的交錯(cuò)帶。

2.2不同鹽漬化土壤類型時(shí)空動(dòng)態(tài)分析

為了更深入地分析在不同時(shí)間段不同土壤鹽漬化類型變化特征，根據(jù)分類結(jié)果，采用轉(zhuǎn)移矩陣模型，利用ENVI 5.2軟件Change Detaction Statistic模塊、ArcGIS軟件、Excel 的數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能，將1975年、1990年、2000年、2014年的土地鹽漬化分布結(jié)果圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得1975—1990年，1990—2000年，2000—2014年的土壤鹽漬化轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)(表4—6)，以及變化趨勢(shì)的空間分布(圖1)。

母松雞給追得精疲力盡；可是他自己也累壞了。它歪著身子倒在地上喘個(gè)不停，他也歪著倒在地上喘個(gè)不停，只隔著十來(lái)尺，然而沒(méi)有力氣爬過(guò)去。等到他恢復(fù)過(guò)來(lái)，它也恢復(fù)過(guò)來(lái)了，他的餓手才伸過(guò)去，它就撲著翅膀，逃到了他抓不到的地方。這場(chǎng)追趕就這樣繼續(xù)下去。天黑了，它終于逃掉了。由于渾身軟弱無(wú)力絆了一跤，頭重腳輕地栽下去，劃破了臉，包袱壓在背上。他一動(dòng)不動(dòng)地過(guò)了好久，后來(lái)才翻過(guò)身，側(cè)著躺在地上，上好表，在那兒一直躺到早晨。

表31975-2014年七期影像鹽漬化土壤分類面積統(tǒng)計(jì)

鹽漬化土壤類型1975年面積/km2百分比/%1990年面積/km2百分比/%2010年面積/km2百分比/%2014年面積/km2百分比/%其他20264.659.521723.863.822249.165.417950.152.7水體51.30.2164.70.5332.81.0174.60.5耕地2080.76.11093.13.22310.06.85524.216.2重度鹽漬化3763.811.13256.79.61046.83.11394.44.1中度鹽漬化5794.117.04496.313.24698.613.85500.816.2輕度鹽漬化2081.66.13316.79.73395.710.03489.610.3

1975—1990年各鹽漬化土壤類型相互轉(zhuǎn)化復(fù)雜，其中耕地轉(zhuǎn)出為重度鹽漬化、中度鹽漬化、輕度鹽漬化面積分別為25.1，71.8，868.8 km2，耕地受輕度鹽漬化侵?jǐn)_嚴(yán)重；重度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、中度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為40.7，1 106.7，221.1 km2；中度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為102.68，892.4，536.5 km2；輕度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、中度鹽漬化分別為280.7 km2，80.2 km2，179.1 km2(表4)；在空間分布上(圖1A)，灌區(qū)的土壤鹽漬化整體趨勢(shì)在不斷加重，在古爾班通古特北部及瑪納斯湖周圍土壤鹽漬化有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。C中度鹽漬化指數(shù)為0.33，重度鹽漬化D指數(shù)為0.1，表明中度鹽漬化類型在變化中占主導(dǎo)地位，且變化最為劇烈(表7)。

表4瑪納斯河流域1975-1990年鹽漬化土壤變化轉(zhuǎn)移矩陣km2

土地利用類型1975年其他耕地重度鹽漬化水體中度鹽漬化輕度鹽漬化耕地226.6441.540.70.8102.68280.7重度鹽漬化296.225.11958.20.9892.480.21990年水體37.742.97.139.017.8519.5中度鹽漬化722.0271.81106.71.12412.15179.1輕度鹽漬化821.8868.2221.15.1536.5861.0

表5瑪納斯河流域1990-2000年鹽漬化土壤變化轉(zhuǎn)移矩陣km2

土地利用類型1990年其他耕地重度鹽漬化水體中度鹽漬化輕度鹽漬化耕地492.3691.152.16.1135.7933.4重度鹽漬化93.22.5405.03.3457.58.62000年水體6.90.6211.867.436.79.5中度鹽漬化743.41.61842.13.12070.239.5輕度鹽漬化797.1334.8190.267.0452.11555.3

表6瑪納斯河流域2000-2014年鹽漬化土壤變化轉(zhuǎn)移矩陣km2

土地利用類型2000年其他耕地重度鹽漬化水體中度鹽漬化輕度鹽漬化耕地1230.61852260.04.7507.31669..4重度鹽漬化337.03.7346.6181.4410.0115.62014年水體23.11.015.791.011.432.3中度鹽漬化1870.829.7206.821.13156.0215.4輕度鹽漬化1437.8386.3181.624.1286.01173.8

表7瑪納斯河流域1975-1990年、1990-2000年、2000-2014年變化的主要鹽漬化土壤類型

鹽漬化土壤類型1975—1990指數(shù)CiD1900—2000指數(shù)CiD2000—2014指數(shù)CiD其他0.210.060.220.060.490.14耕地0.160.050.040.010.050.01重度鹽漬化0.180.050.290.080.070.02水體0.000.000.010.000.020.01中度鹽漬化0.330.100.250.070.150.05輕度鹽漬化0.120.040.170.050.220.07

1990—2000年耕地轉(zhuǎn)出為重度鹽漬土、中度鹽漬土、輕度鹽漬土分別為93.21，743.41，797.11 km2；重度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、中度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為52.11，1 842.11，190.21 km2；中度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為135.71，457.51，452.11 km2；輕度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、中度鹽漬化分別為933.41，8.61，39.51 km2(表5)；在空間分布上(圖1B)，鹽漬化在荒漠區(qū)及灌區(qū)土壤鹽漬化變化呈減緩趨勢(shì)。1990—2000年的C重度鹽漬化指數(shù)為0.29，C中度鹽漬化為0.25，重度鹽漬化D指數(shù)為0.08，中度鹽漬化D指數(shù)為0.07(表7)，因此，1990—2000年中度鹽漬化與重度鹽漬化類型的變化最為劇烈，主導(dǎo)區(qū)域土壤鹽漬化類型的變動(dòng)。

圖1　1975-2014年各時(shí)期瑪納斯流域土壤鹽漬化時(shí)空變化分布

2000—2014年耕地轉(zhuǎn)出為重度鹽漬土、中度鹽漬土、輕度鹽漬土分別為3.7，29.7，386.3 km2；重度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、中度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為260.0，206.8，181.6 km2；中度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、輕度鹽漬化分別為507.3 km2，410.0 km2，286 km2；輕度鹽漬化轉(zhuǎn)出為耕地、重度鹽漬化、中度鹽漬化分別為1 669.4，115.6，215.4 km2(表6)；在空間分布上(圖1C)，荒漠區(qū)域鹽漬化變化趨勢(shì)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在灌區(qū)有增加的區(qū)域，也有較少的區(qū)域。C其他為0.49，C輕度鹽漬化為0.22，C中度鹽漬化為0.15，C重度鹽漬化為0.07，其中C其他最大，表明其他用地類型在這一時(shí)期變化中占據(jù)主導(dǎo)，C輕度鹽漬化為0.22，D指數(shù)反映與Ci指數(shù)一致，表明這一時(shí)期變化最為劇烈的類型是其它，結(jié)合(表3)，輕度鹽漬化與耕地的轉(zhuǎn)化也表現(xiàn)明顯，耕地變化最為劇烈(表7)。

2.3不同土壤鹽漬化類型重心轉(zhuǎn)移分析

以重心轉(zhuǎn)移理論為依據(jù)，對(duì)區(qū)域土壤鹽漬化類型空間轉(zhuǎn)移進(jìn)行分析。利用ArcGIS軟件獲取各鹽漬化土壤類型的重心經(jīng)緯度坐標(biāo)，在Excel中制做圖表分析空間轉(zhuǎn)移情況(圖2)。1975—2014年耕地的轉(zhuǎn)移方向持續(xù)向東南方向遷移；1975—2014年輕度鹽漬化土壤的轉(zhuǎn)移方向是向東遷移；1975—2014年中度鹽漬化向東偏北的方向遷移；重度鹽漬化先向西南方向遷移，2000年之后又向東遷移。近40 a來(lái)耕地的不斷擴(kuò)張，鹽漬化分布發(fā)展也在不斷變化，土壤鹽漬化重心也在不斷轉(zhuǎn)移。

圖2過(guò)去40年不同鹽漬化土壤類型重心轉(zhuǎn)移

2.4土壤鹽漬化演變的成因分析

2.4.1地下水位變化影響水庫(kù)以及灌溉支流下滲是引起地下水位上升的重要因素之一，2012年喬木等[17]對(duì)渭干河流域河道水庫(kù)等水網(wǎng)系統(tǒng)滲透率進(jìn)行分析，得出水庫(kù)儲(chǔ)水除了地表蒸發(fā)耗散外，滲漏是造成水庫(kù)水耗散的重要部分，也是引起水庫(kù)周圍鹽漬化重要因素[23]。在中游的水庫(kù)周圍重度鹽漬化以及中度鹽漬化分布明顯。在中游區(qū)域水庫(kù)水不僅對(duì)其自身周圍造成土壤鹽漬化，同時(shí)由于下滲造成地下水位上升，對(duì)受影響的地下水區(qū)域同樣造成土壤鹽漬化。

在下游的荒漠區(qū)域，地下水位1998—2004年有下降的趨勢(shì)，石河子市自20世紀(jì)60年代以來(lái)，地下水位累計(jì)下降13～20 m[24]，地下水位的下降與2000年前后在荒漠區(qū)重度鹽漬化與中度鹽漬化過(guò)渡明顯相對(duì)應(yīng)。

2.4.2土地利用類型變化的影響在流域范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)政策以及水土資源方面的優(yōu)勢(shì)使得1975—2014年耕地面積不斷擴(kuò)大，同時(shí)由于耕地經(jīng)營(yíng)方式不同，輕度鹽漬化與耕地轉(zhuǎn)化頻繁，但是總體趨勢(shì)是耕地增加明顯[25]。

野外調(diào)查與訪談農(nóng)戶得出，在2000年之前由于大面積的漫灌造成區(qū)域鹽漬化嚴(yán)重，在2000年之后隨著滴管技術(shù)的不斷應(yīng)用，耕地內(nèi)土壤鹽漬化受到明顯的抑制；通過(guò)不斷改良治理，在2000年之后耕地內(nèi)鹽漬化面積逐漸縮減，但是耕地面積不斷擴(kuò)大，管理上的缺陷滋生次生鹽漬化出現(xiàn)。在受影響的耕地內(nèi)，出苗率雖然很低，但是生產(chǎn)者堅(jiān)持種植農(nóng)作物，通過(guò)3～5 a的耕作使得耕地得到改良。

2.4.3氣候變化的影響瑪納斯河流域位于西北干旱區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，屬于典型的大陸性暖溫帶干旱氣候，區(qū)域降水少，蒸發(fā)量大。干旱氣候條件決定區(qū)域水分主要以蒸發(fā)為主的方式進(jìn)行輸出，這是造成土壤鹽漬化的重要?jiǎng)恿σ蛩?。隨著全球變暖的趨勢(shì)發(fā)展，西北干旱區(qū)氣溫和降水在過(guò)去50 a出現(xiàn)過(guò)“突變型”升高，進(jìn)入21世紀(jì)，降水與氣溫均處于高位震蕩，1993年西北干旱區(qū)蒸發(fā)潛力增加[26]。蒸散強(qiáng)度的增強(qiáng)，將又是加劇土壤受鹽漬化侵蝕的重要推力。

3　結(jié)論與討論

(1) 鹽漬化土壤總體數(shù)量有減少的趨勢(shì)，瑪納斯河流域耕地面積增加了3 442.6 km2，重度鹽漬化面積減少了2 369.4 km2，輕度鹽漬化面積增加了1 408.0 km2，中度鹽漬化面積減少了293.3 km2，瑪納斯河流域土壤鹽漬化整體呈減弱趨勢(shì)；在不同的時(shí)間段內(nèi)，主導(dǎo)變化的土壤鹽漬化類型不同，在1975—1990年主導(dǎo)鹽漬化變化的是中度鹽漬化類型，也是變化最為劇烈的類型，1990—2000年主導(dǎo)面積變化的是重度鹽漬化類型，變化最為劇烈的是重度鹽漬化類型，2000—2014年主導(dǎo)的面積變化類型是其他用地類型，變化最為劇烈的是耕地類型。

(2) 重度鹽漬化在古爾班通古特沙漠邊緣和瑪納斯湖周圍的荒漠區(qū)域分布突出，在受人類活動(dòng)影響大的灌區(qū)地下水自溢的部分區(qū)域，在149團(tuán)、150團(tuán)、142團(tuán)、144團(tuán)、沙灣縣都分布有大面積的重度鹽漬化；中度鹽漬化土壤主要分布在流域下游荒漠區(qū)域以及綠洲內(nèi)部，與重度鹽漬化分布相鄰；輕度鹽漬化主要分布在綠洲內(nèi)部，在耕地與其他用地鑲嵌分布。

(3) 1975—1990年鹽漬化空間變化復(fù)雜，整體呈惡化的趨勢(shì)，尤其在灌區(qū)中部；在荒漠區(qū)域呈減輕的趨勢(shì)；1990—2000年整體變化趨勢(shì)呈良性發(fā)展，在灌區(qū)以及荒漠區(qū)鹽漬化都呈現(xiàn)出減輕的趨勢(shì)；2000—2014年流域下游的荒漠區(qū)鹽漬化加重明顯，在灌區(qū)有惡化的態(tài)勢(shì)。(4) 近40 a重度鹽漬化先向西南遷移，再向東北轉(zhuǎn)移；中度鹽漬化向東北方向轉(zhuǎn)移變化；輕度鹽漬化向東轉(zhuǎn)移；耕地持續(xù)向東南方向轉(zhuǎn)移，水域的變化較為復(fù)雜，先向東北轉(zhuǎn)移，再向東南方向轉(zhuǎn)移，最后向東北方向遷移。

土壤鹽漬化的形成蔓延受多方面復(fù)雜因素影響，人類活動(dòng)是影響土壤鹽漬化的主導(dǎo)因素，在土地利用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人類盲目地開(kāi)墾擴(kuò)張，加上灌溉的不合理，最終導(dǎo)致土壤鹽漬化面積不斷蔓延。近40 a來(lái)，瑪納斯河流域土壤鹽漬化受區(qū)位條件和人類活動(dòng)的共同作用發(fā)生復(fù)雜變化，在受人類活動(dòng)頻繁的灌區(qū)，鹽漬化出現(xiàn)好轉(zhuǎn)也出現(xiàn)惡化，這與人類利用土地資源的合理性有直接的關(guān)系。隨著全球變暖的趨勢(shì)，將深刻影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，水資源的分布、土地資源的變化以及人類活動(dòng)的發(fā)展方向，這都將直接或間接影響土壤鹽漬化的變化。

[1]李建國(guó),濮勵(lì)杰,朱明,等.土壤鹽漬化研究現(xiàn)狀及未來(lái)研究熱點(diǎn)[J].地理學(xué)報(bào),2012,67(9):1233-1245.

[2]Muyen Z, Moore G A, Wrigley R J. Soil salinity and sodicity effects of wastewater irrigation in South East Australia[J]. Agricultural Water Management,2011,99(1):33-41.

[3]Wang H, Jia G. Satellite-based monitoring of decadal soil salinization and climate effects in a semi-arid region of China[J]. Advances in Atmospheric Sciences,2012,29(5):1089-1099.

[4]楊勁松.中國(guó)鹽漬土研究的發(fā)展歷程與展望[J].土壤學(xué)報(bào),2008,45(5):837-845.

[5]王佳麗,黃賢金,鐘太洋,等.鹽堿地可持續(xù)利用研究綜述[J].地理學(xué)報(bào),2011,66(5):673-684.

[6]Bouksila F, Bahri A, Berndtsson R, et al. Assessment of soil salinization risks under irrigation with brackish water in semiarid Tunisia[J]. Environmental and Experimental Botany,2012,92:176-185.

[7]單奇華,張建鋒,唐華軍,等.質(zhì)量指數(shù)法表征不同處理模式對(duì)濱海鹽堿地土壤質(zhì)量的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2012,49(6):1094-1102.

[8]呂真真,劉廣明,楊勁松.新疆瑪納斯河流域土壤鹽分特征研究[J].土壤學(xué)報(bào),2013,50(2):289-295.

[9]Metternicht G I, Zinck J A. Remote sensing of soil salinity: potentials and constraints[J]. Remote Sense Environment,2003,85(1):1-20.

[10]李艷華,丁建麗,孫永猛,等.基于三維特征空間的土壤鹽漬化遙感模型[J].水土保持研究,2015,22(4):113-117,121.

[11]封玲.瑪納斯河流域農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境變遷研究[D].南京:南京師范大學(xué),2005.

[12]李會(huì)志,李新國(guó),王影.基于遙感技術(shù)的開(kāi)都河下游綠洲區(qū)土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究[J].國(guó)土資源遙感,2010(1):85-88.

[13]王宏,塔西甫拉提·特依拜,謝霞,等.艾比湖區(qū)域土壤鹽漬化時(shí)空演變研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011,25(12):137-144.

[14]王海江.瑪納斯河流域土壤鹽漬化過(guò)程和格局特征及鹽漬土改良模式探討[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[15]李新國(guó),李會(huì)志,王影,等.開(kāi)都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化研究[J].水土保持研究,2010,17(6):111-114.

[16]李新國(guó),樊自立,李會(huì)志,等.開(kāi)都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)變化研究[J].水土保持研究,2011,18(3):64-67,72.

[17]喬木,周生斌,盧磊,等.新疆渭干河流域土壤鹽漬化時(shí)空變化及成因分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2012,31(7):904-910.

[18]凌紅波,徐海量,張青青,等.1956—2007年新疆瑪納斯河流域氣候變化趨勢(shì)分析[J].冰川凍土,2011,33(1):64-71.

[19]羅婭,楊勝天,劉曉燕,等.黃河河口鎮(zhèn)—潼關(guān)區(qū)間1998—2010年土地利用變化特征[J].地理學(xué)報(bào),2014,69(1):42-53.

[20]朱會(huì)義,李秀彬.關(guān)于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論[J].地理學(xué)報(bào),2003,58(5):643-650.

[21]王宏衛(wèi),塔西甫拉提·特依拜.干旱區(qū)鹽漬地遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其驅(qū)動(dòng)力研究:以渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲為例[J].干旱區(qū)地理,2009,32(3):445-453.

[22]姚遠(yuǎn),丁建麗,王剛,等.土庫(kù)曼斯坦穆?tīng)柤硬?捷詹綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的響應(yīng)[J].干旱區(qū)地理,2014,37(1):134-143.

[23]謝曉勇,侍克斌.干旱區(qū)平原水庫(kù)滲流及下游土壤鹽漬化分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2014,25(2):180-183.

[24]文力.西北典型內(nèi)陸河流域地下水開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)模式：以瑪納斯河流域?yàn)槔齕D].北京:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院,2006.

[25]李均力,姜亮亮,包安明,等.1962—2010年瑪納斯流域耕地景觀的時(shí)空變化分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(4):277-285.

[26]陳亞寧,李稚,范煜婷,等.西北干旱區(qū)氣候變化對(duì)水文水資源影響研究進(jìn)展[J].地理學(xué)報(bào)，2014,69(9):1295-1301.

Spatiotemporal Change of Soil Salinization in Manasi River Basin

ZHANG Tianyou, WANG Ling, LUO Chong, PENG Li

(SchoolofScience,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832003,China)

Soil salinization is one of the main forms of land desertification. Therefore, study on the dynamic changes of soil salinization is very important for land management and utilization. Soil salinization information in the Manas River basin was extracted from four sets of Landsat TM/ETM+images in 1975, 1990, 2000 and 2014. Then spatiotemporal dynamic changes were analyzed using statistical and spatial analysis methods. The results show that: (1) the severe salinization area reduced by 2 369.4 km2; the moderate salinization area remained stable; the slight salinization area increased by 1 408.0 km2; and the cultivated land area increased by 3 443.5 km2from 1975 to 2014; (2) the distribution of soil salinization had the obvious spatial characteristics, with the severe and moderate salinization areas mainly distributing around the reservoir in the middle reaches and around the Gurbantunggut Desert in the downstream, mild salinization embedded in the cultivated land; (3) the degree of soil salinization had increased from 1975 to 1990, decreased from 1990 to 2000, and deteriorated from 2000 to 2014; (4) valid policy and economic measure are effective to improve the management of soil salinization. With the global climate warming, the continuous expansion of cultivated land area, and the unreasonable utilization of water resources, the uncertainty of soil salinization change will increase.

soil salinization; remote sensing; spatiotemporal changes; Manas River Basin

2015-08-11

2015-09-01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41361073);國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410759081)

張?zhí)碛?1991—),男,甘肅靖遠(yuǎn)人,碩士研究生,研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)學(xué)地理信息系統(tǒng)與遙感應(yīng)用。E-mail:t_youzhang@163.com

王玲(1974—),女,新疆伊犁人,博士,副教授,研究方向?yàn)檫b感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用。E-mail:rain_ling@163.com

S156.4+1

A

1005-3409(2016)01-0228-06