渭干河-庫車河綠洲土壤鹽漬化時(shí)空變化及其影響因素分析

吐爾遜·艾山

（1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃辦公室，新疆 烏魯木齊 830004；2.農(nóng)業(yè)部遙感應(yīng)用中心烏魯木齊分中心,新疆 烏魯木齊 830004）

土壤鹽漬化作為影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性、限制作物長勢、制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及發(fā)展的障礙因素之一，已上升為全球問題，并受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［1-5］。掌握土壤鹽漬化空間分布、程度、類型和動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素，有助于人們更好地管理和防治土壤鹽漬化，保護(hù)土地資源，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量［6-9］。

我國鹽漬化土地總面積達(dá)3600×104hm2，全國鹽漬化耕地面積占我國耕地總面積的6.62%［5］，尤其是干旱半干旱地區(qū)的新疆最為典型，據(jù)統(tǒng)計(jì)新疆現(xiàn)有耕地中31.1%的面積受到不同程度的鹽漬化危害，分布廣闊，類型眾多，被稱為世界鹽堿土的博物館［10］。近50年來，渭干河-庫車河綠洲人口激增，受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，大規(guī)模開墾，綠洲景觀格局不斷發(fā)生變化［11］。由于該綠洲氣候干旱、土地過度利用和水資源匱乏，加之耕地重用輕養(yǎng)，土壤鹽漬化問題仍然突出［12-13］。阿迪力江［14］等利用渭干河-庫車河綠洲1989年TM，2001年ETM+及2007年ALOS遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)，對研究區(qū)鹽漬地動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行了分析。近10年來綠洲內(nèi)部及交錯(cuò)帶區(qū)域內(nèi)的大面積開墾以及在新修建排堿渠的排鹽作用下，該綠洲的土地利用/覆被及鹽漬化情況發(fā)生了較大的變化。阿迪力江［14］等人的研究范圍包含離綠洲較遠(yuǎn)的東部和南部很大區(qū)域，而這些離綠洲較遠(yuǎn)的區(qū)域和人類生產(chǎn)生活的關(guān)系不大。因此，文章在前人研究［14］的基礎(chǔ)上，對渭干河-庫車河綠洲核心區(qū)域的土壤鹽漬化變化情況進(jìn)行了分析。這一研究結(jié)果在掌握該綠洲核心區(qū)當(dāng)前土壤鹽漬化變化情況及驅(qū)動(dòng)因素，以及在該綠洲土地資源保護(hù)及相關(guān)政策的制定等方面具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

渭干河-庫車河綠洲是典型的扇形平原綠洲，地處塔里木盆地北緣［15］。平原區(qū)干燥度系數(shù)為44.37，年蒸發(fā)量為1374.1mm，降水量為46.4mm，蒸發(fā)量是降水量的29.6倍，植被稀疏，屬于大陸性暖溫帶干旱氣候［16-19］。因灌區(qū)氣候干燥、農(nóng)業(yè)灌溉不合理、土地下層透水性差、蒸發(fā)強(qiáng)烈等原因，研究區(qū)存在地下水位高，土壤鹽堿化嚴(yán)重，作物減產(chǎn)，自然植被死亡等問題［20］。平原區(qū)次生鹽漬化土地面積較大，土地的氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量較低，綠洲大部分土地質(zhì)量屬于中等地［19、20］。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

文章采用的遙感圖像有1989年9月、2001年8月、2006年7月、2011年9月以及2016年9月的TM/ETM+及OIL數(shù)據(jù)；野外調(diào)查及收集資料所獲取的研究區(qū)水文、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料及野外調(diào)查資料；9次野外采集（2006年7月至2016年7月）所獲得的土壤特性數(shù)據(jù)（八大離子、含鹽量、礦化度、電導(dǎo)率、pH值等）。

2.2 遙感影像前期處理

利用歷年多次野外考察GPS定點(diǎn)記錄信息及灌區(qū)1：5萬地形圖資料，在遙感軟件（ERDASIMAGINE9.2）的支持下對研究區(qū)遙感圖像進(jìn)行了投影轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、幾何精校正等處理。然后對研究區(qū)域進(jìn)行圖像切割，切割后的研究區(qū)圖像范圍為：左上角：41°51′59″N ，82°11′23″E；右下角：41°02′46″N，83°38′57″E;切割面積為9696.70km2。

2.3 分類

2.3.1 分類方法

文章利用野外調(diào)查中所獲得的解譯標(biāo)志點(diǎn)及土壤樣品室內(nèi)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及按照各景觀類型在遙感圖像上的分布及形狀特征［21］，確定了研究區(qū)景觀類型的分類方案。按照研究區(qū)景觀類型情況劃分重度鹽漬化地、水體、非鹽漬化地、中輕度鹽漬化地以及其它地類等5個(gè)景觀類型，結(jié)果見表1。光譜角分類（SAM）方法是一個(gè)分類精度和穩(wěn)定性比較高的分類方法，因此，本研究利用SAM分類方法對渭干河-庫車河綠洲進(jìn)行圖像分類［22、23］。

表1 遙感圖像的分類標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 分類精度檢驗(yàn)及分類后處理

文章隨機(jī)選取300個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，針對景觀類型分類結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)，利用渭干河-庫車河綠洲2001年土地利用圖、不同時(shí)期野外調(diào)查數(shù)據(jù)及歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對各時(shí)期分類結(jié)果進(jìn)行評估，具體分類精度如表2所示。對各時(shí)期分類圖進(jìn)行噪聲處理后得到的分類結(jié)果圖（圖1）如下。

圖1 研究區(qū)分類圖

表2 信息提取精度表

時(shí)間 類型 用戶精度 生產(chǎn)者精度 系數(shù) 總體精度2006年0.88289.925 2011年0.875188.587 2016年非鹽漬地其它地類水體重度鹽漬化地中輕度鹽漬化地非鹽漬地其它地類水體重度鹽漬化地中輕度鹽漬化地非鹽漬地其它地類水體重度鹽漬化地中輕度鹽漬化地非鹽漬地其它地類93.890 94.251 90.153 90.370 88.610 90.110 90.070 90.895 91.940 88.150 89.520 90.231 93.960 93.590 86.280 92.720 86.060 93.190 93.541 90.691 89.530 86.320 89.240 90.157 91.598 90.530 86.280 88.240 90.967 94.830 92.460 85.670 91.170 86.380 0.89290.021

3 結(jié)果與分析

3.1 各景觀類型的動(dòng)態(tài)變化特征分析

（1）從表3中可以看出，各時(shí)期研究區(qū)段，渭干河-庫車河綠洲景觀類型的面積及比例發(fā)生了明顯變化。研究區(qū)內(nèi)非鹽漬地呈一直增長趨勢，表明非鹽漬地在景觀中的優(yōu)勢有所增加。1989-2016年期間，這一景觀類型的面積從原來的3226.56 km2增加到4801.16 km2，27年增加了1574.6 km2，在景觀中所占比例從1989年的33.28%增加到2016年的49.51%。這主要跟最近幾年來綠洲外圍開墾的零星分布的農(nóng)田有關(guān)。

（2）在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，中輕度鹽漬化地面積的變化不是很明顯，其中，在1989-2001年期間呈減少趨勢，2001-2016年期間呈逐漸增長趨勢。1989年面積最大為2611.499 km2，2016年為2682.455 km2，這27年來增加了71.81 km2。

（3）重度鹽漬化地的面積一直呈下降趨勢，即由1989年的2294.87 km2下降到2016年的874.654 km2，累計(jì)減少了1420.715 km2。1989年其它景觀類型的面積為1401.57 km2，2001年的為1504.29 km2，之后一直在減少，到2016年其它景觀類型的面積減少到1124.1 km2。這種變化跟研究區(qū)內(nèi)戈壁、沙漠及其它未利用地的開發(fā)利用及大面積開墾等人為因素有關(guān)。整個(gè)研究期間水體面積的變化不明顯。

文章對研究區(qū)單一土地利用動(dòng)態(tài)度進(jìn)行計(jì)算與分析，如表4所示。

表3 土地覆蓋面積統(tǒng)計(jì)表/km2

表4 土地覆蓋結(jié)構(gòu)變化/km2

從研究區(qū)景觀格局結(jié)構(gòu)變化表（表4）中可以看出，1989-2011年期間研究區(qū)LUCC發(fā)生了普遍變化。

（1）1989-2016年，非鹽漬地的動(dòng)態(tài)度為1.81%，面積增加了1574.6km2，年均增加58.32km2，是增長面積最多的景觀類型，這主要是與渭干河-庫車河綠洲內(nèi)部大量開墾荒地，而導(dǎo)致農(nóng)用地面積不斷擴(kuò)大及周邊其它類型面積不斷減小有關(guān)。

（2）1989-2016年，中輕度鹽漬化地的動(dòng)態(tài)度為0.102%。1989-2001年，中輕度鹽漬化地的面積有減少趨勢，減少了667.4 km2，而2001-2016年有逐漸增長趨勢，2001-2016年各監(jiān)測時(shí)段，中輕度鹽漬化地分別增長了414.12 km2、213.63 km2和111.463 km2，動(dòng)態(tài)度分別為4.26%、1.81%和0.87%。1989-2016年整體上看，中輕度鹽漬化地面積變化總體上不大，累計(jì)增多了71.81 km2。

（3）1989-2016年，重度鹽漬地的動(dòng)態(tài)度為-2.29%，面積累計(jì)減少了1420.715km2，年均減少了52.62km2，是減少面積最多的景觀類型。從表4可以看出，重度鹽漬化地的減少速度較快。

（4）1989-2016年，其它地類的動(dòng)態(tài)度為-0.727%，面積減少了272.128 km2。1989-2001年，其它地類的面積有增長趨勢，增長了104.864 km2。2001-2016年各監(jiān)測時(shí)段，其它地類的面積分別減少了146.131km2、6 km2和226.861 km2，動(dòng)態(tài)度分別為-1.95%、-0.089%和-3.36%，呈逐漸減少趨勢。

（5）研究區(qū)水體面積的變化主要受季節(jié)性灌溉及綠洲外圍積水的影響。1989-2016年研究區(qū)內(nèi)沒有永久性的水域面積增多或減少趨勢。

3.2 轉(zhuǎn)移矩陣分析

獲得研究區(qū)5個(gè)時(shí)期的景觀類型信息后，利用ArcGIS軟件對研究區(qū)各時(shí)期景觀類型進(jìn)行空間分析。景觀類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣信息如表5-8所示。

表5 研究區(qū)1989-2001年土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣/km2（%）

表6 研究區(qū)2001-2006年土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣/km（2%）

2006 2001年非鹽漬地 中輕度鹽漬化地 重度鹽漬化地 水體 其它重度鹽漬化地水體其它65.975（1.544）29.451（0.689）69.544（1.627）475.763（24.465）17.689（0.91）105.441（5.422）638.074（36.063）42.541（2.404）42.374（2.395）22.983（11.114）81.579（39.45）9.31（4.502）56.333（3.752）9.497（0.632）1128.713（75.172）

表7 研究區(qū)2006-2011年土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣/km2（%）

表8 研究區(qū)1989-2016年土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣/km2（%）

表5-8中可以看出各個(gè)時(shí)期各種景觀類型之間的相互轉(zhuǎn)化趨勢和量數(shù)。

（1）表5中可以看出，重度鹽漬化地、中輕度鹽漬化地和水體的轉(zhuǎn)移概率變化比較大，即轉(zhuǎn)移概率分別為47.86%、56.16%及63.12%，1989-2001年，其它地類的轉(zhuǎn)移概率為19%左右，非鹽漬地的轉(zhuǎn)移概率為11.1%左右。其中，23.29%和19.91%的重度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地和非鹽漬地；15.8%和29.33%的中輕度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為重度鹽漬化地和非鹽漬地；1989-2001年，63.12%水體轉(zhuǎn)化為各地類。

（2）表6中可以看出，水體、中輕度鹽漬化地和重度鹽漬化地的變化比較大，即轉(zhuǎn)移概率分別為60.55%、41.35%和63.94%。其它地類的轉(zhuǎn)移概率為24.83%，非鹽漬地的轉(zhuǎn)移概率為9.53%，其中，41.63%和17.51%的重度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地和非鹽漬地；24.47%和10.56%的中輕度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為重度鹽漬化地和非鹽漬地；2001-2006年，60.55%水體轉(zhuǎn)化為各地類。

（3）表7中可以看出，水體、中輕度鹽漬化地和重度鹽漬化地的變化比較大，即轉(zhuǎn)移概率分別為57.23%、32.09%、57.28%，其它地類的轉(zhuǎn)移概率為17.28%，非鹽漬地的轉(zhuǎn)移概率為10%左右。其中，43.44%和10.59%的重度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地和非鹽漬地；10.76%和14.71%的中輕度鹽漬化地分別轉(zhuǎn)化為重度鹽漬化地和非鹽漬地；2006-2011年，57.24%的水域發(fā)生變化。

（4）表8中可以看出，從1989年到2016年的27年，0.934%和0.194%的非鹽漬地轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地和重度鹽漬化地，這主要與研究區(qū)內(nèi)大量開墾荒地及部分開墾地被廢棄有關(guān)。非鹽漬地面積的增多，即25.106%的重度鹽漬化地、31.96%的中輕度鹽漬化地和15.896%的其它地類分別轉(zhuǎn)化為非鹽漬地。35.688%的重度鹽漬化地轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地。

4 結(jié)論

（1）1989-2016年整體上看，渭干河-庫車河綠洲土壤鹽漬化類型有變化，總體呈逐漸減輕的趨勢，其重度鹽漬化減少比較明顯，累計(jì)減少了1420.715 km2，年均減少了52.62 km2，中輕度鹽漬化地面積變化總體上不大，累計(jì)增多了71.81 km2。非鹽漬地面積具有一直增加的趨勢，累計(jì)增加了1574.6 km2，是研究區(qū)各景觀類型中面積最大的類型。

（2）經(jīng)研究區(qū)的地物轉(zhuǎn)移分析發(fā)現(xiàn)，各土地覆蓋類型之間面積轉(zhuǎn)換頻繁，研究區(qū)非鹽漬地面積增加了很多，但也存在部分非鹽漬地轉(zhuǎn)化為中輕度鹽漬化地和重度鹽漬化地的現(xiàn)象。整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，重度鹽漬地面積減少了很多，各時(shí)期重度鹽漬地、中輕度鹽漬化地及其它地類轉(zhuǎn)化為非鹽漬地的轉(zhuǎn)移概率也比較大。

（3）干旱的氣候條件、豐富的鹽分來源、較淺的地下水位埋深并且較高的地下水礦化度等自然因素決定了土壤鹽漬化空間分布的大體趨勢，大規(guī)模綠洲水土資源開發(fā)利用間接地再影響土壤鹽漬化的空間變化過程。

（4）研究區(qū)內(nèi)的大量開墾導(dǎo)致了非鹽漬地面積不斷增長，但是這些耕地很容易受到不同程度次生鹽漬化影響，而大量開墾的耕地很難持續(xù)利用。而把這些土地作為耕地資源利用會(huì)帶來水資源、生態(tài)環(huán)境等方面的一系列問題，尤為慎重。