基于“三層”融合的松嫩平原鹽堿地資源特征

姚東恒，廖宇波，孔祥斌，高秉博，趙振庭，張 炎，曹 穎，李 亮，馬 原

該研究基于地球關(guān)鍵帶理論與邏輯，以松嫩平原為例，采用中國(guó)科學(xué)院地理所的2020年全國(guó)土地利用類型遙感監(jiān)測(cè)空間分布數(shù)據(jù)產(chǎn)品和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所基于全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)編撰形成的1:50 000縣級(jí)土壤數(shù)據(jù)圖以及DEM圖，構(gòu)建涵蓋利用層、土壤層和DEM三層融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，界定鹽堿地與鹽堿土概念及類型，分析松嫩平原鹽堿地資源特征，并得出了與其他學(xué)者相似的研究結(jié)果，從側(cè)面驗(yàn)證鹽堿地分析方法的科學(xué)性。該研究的主要目標(biāo)是構(gòu)建鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法，解決以往資源數(shù)據(jù)交叉重疊的問題，重在理論探討，而不是為了摸清區(qū)域鹽堿地底數(shù)。松嫩平原鹽堿地?cái)?shù)量及其分布要以官方發(fā)布的數(shù)據(jù)為依據(jù)。本刊發(fā)表此文，僅供學(xué)術(shù)交流和同行參考，不代表本刊立場(chǎng)和觀點(diǎn)，也不主張僅以該文的數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)。希望廣大讀者和用戶負(fù)責(zé)任的合理使用。特此說明。

基于“三層”融合的松嫩平原鹽堿地資源特征

姚東恒，廖宇波，孔祥斌※，高秉博，趙振庭，張 炎，曹 穎，李 亮，馬 原

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2. 自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

構(gòu)建鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，清晰界定鹽堿地概念與分類，對(duì)于鹽堿地資源調(diào)查、治理與利用具有重要的意義。該研究基于地球關(guān)鍵帶理論與邏輯，構(gòu)建涵蓋利用層、土壤層和DEM“三層”融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，界定鹽堿地與鹽堿土概念及類型，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖和DEM圖，采用GIS疊加分析方法，分析松嫩平原鹽堿地資源特征。結(jié)果表明：1）基于地球關(guān)鍵帶理論和邏輯，以立體空間作為組織和聯(lián)系各層級(jí)的紐帶，以數(shù)字高程為基底，按照垂直和水平緯度，構(gòu)建起的土地利用層、土壤層、DEM層“三層”融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架清晰地界定和表達(dá)了鹽堿地概念和特征；2）鹽堿地是一種土壤類型為鹽堿土的土地利用類型，下屬鹽堿耕地、鹽堿林地、鹽堿草地、鹽堿濕地、鹽堿未利用地和其他鹽堿地6個(gè)類別，鹽堿土分為鹽土、堿土和鹽堿化土3種類型；3）松嫩平原鹽堿地總面積254.77萬hm2，主要分布于松嫩平原西南部地區(qū)，類型以鹽堿耕地和鹽堿未利用地居多，土壤類型以鹽-堿化土為主；4）鹽堿耕地和鹽堿未利用地海拔集中在100～150 m，坡度平緩。該研究可為鹽堿地資源調(diào)查提供理論和方法支撐，為松嫩平原鹽堿地治理與開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

三層融合；松嫩平原；鹽堿地；鹽堿土；資源特征；空間分析

0 引 言

全球約有9.56億hm2的鹽堿地資源，中國(guó)是世界上鹽堿地資源分布最多的國(guó)家之一[1]。作為一種重要的后備耕地資源，鹽堿地的合理開發(fā)與高效利用對(duì)于中國(guó)乃至全球的糧食安全都具有重要意義[2]。然而，當(dāng)前鹽堿地概念不清，類型不明，導(dǎo)致對(duì)鹽堿地資源特征把握不準(zhǔn)的問題，制約了鹽堿地治理與開發(fā)，也威脅到了國(guó)家糧食和生態(tài)安全[3-4]。因此，構(gòu)建科學(xué)的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，界定鹽堿地概念與分類，對(duì)于鹽堿地資源調(diào)查、治理與利用具有重要意義。

鹽堿地概念之所以不明確，未形成統(tǒng)一認(rèn)知，關(guān)鍵在于傳統(tǒng)的地表資源系統(tǒng)研究大多是基于大氣、水文、土壤等單一要素的學(xué)科發(fā)展起來，這些學(xué)科各自相對(duì)獨(dú)立地研究地表各要素，導(dǎo)致在一定程度上限制了對(duì)于整個(gè)資源系統(tǒng)的組成與功能以及各個(gè)要素之間相互作用的全面理解[5]。21世紀(jì)初，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)提出了“地球關(guān)鍵帶”(Earth’s Critical Zone)的概念。地球關(guān)鍵帶是由地球表層各部分和相互作用過程組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)，在這一理論框架中，對(duì)地球表層系統(tǒng)進(jìn)行了具有操作意義上的劃分，在垂直方向上包含了從巖石-土壤風(fēng)化界面到植被冠層頂部的近地表大氣，在水平方向，可以被森林、農(nóng)地、荒漠、河流、湖泊、海岸帶與淺海環(huán)境所覆蓋[6]。將地球關(guān)鍵帶作為一個(gè)整體開展研究能夠突破傳統(tǒng)研究的局限，為地球資源系統(tǒng)科學(xué)研究提供了一個(gè)可以操作的實(shí)體框架[7]?；诘厍蜿P(guān)鍵帶思想，構(gòu)建地表資源系統(tǒng)分析框架，對(duì)地表資源系統(tǒng)進(jìn)行定義與劃分，前人已經(jīng)有些嘗試。Zhang等[8]基于地球關(guān)鍵帶理論，定義了SOTER的概念及其分類，即土壤（Soil）和地體（TERrain）綜合體；Lü等[9]基于地球關(guān)鍵帶，使用地質(zhì)、生態(tài)、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)對(duì)中國(guó)黃土高原進(jìn)行了地球關(guān)鍵帶類型劃分；張甘霖等[6]在梳理地球關(guān)鍵帶構(gòu)成及其形成的基礎(chǔ)上，采用氣候、成土母質(zhì)、土壤類型、地下水深度、地貌類型與土地利用要素構(gòu)建了地球關(guān)鍵帶三級(jí)分類方案；李曉亮等[10]基于地球關(guān)鍵帶思想，構(gòu)建了陸地表層系統(tǒng)分類研究框架，分析了各分類體系結(jié)構(gòu)的異同。

松嫩平原是中國(guó)鹽堿地主要分布區(qū)域之一，農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮骩11]，區(qū)域水土資源匹配良好，土地面積巨大且集中連片，如果加以治理與開發(fā)，能夠有效激發(fā)東北地區(qū)糧食增產(chǎn)潛能，緩解全國(guó)糧食生產(chǎn)壓力[12-13]。目前，對(duì)該區(qū)域鹽堿地及其氣候、土壤、作物以及治理與改良等方面研究逐漸趨于成熟[14-16]。然而現(xiàn)有研究中，學(xué)者們對(duì)松嫩平原鹽堿地分布面積的認(rèn)知差異較大。如Wen等[17]在研究中提出松嫩平原鹽堿地面積為257萬hm2；李取生等[18]指出松嫩平原西部鹽堿化土地面積300萬hm2；王志春等[19]在研究中表達(dá)為松嫩平原鹽堿化土地面積342萬hm2；鄧偉等[20]研究表明松嫩平原鹽堿地面積為233.3萬hm2；徐璐等[21]表述為松嫩平原蘇打鹽堿土面積為257.3萬hm2；田玉福等[22]在文章中提到中國(guó)東北松嫩平原鹽堿地面積已經(jīng)達(dá)到373萬hm2；王云賀[23]則表述為東北松嫩平原鹽堿土面積約為239 萬hm2；花錦溪[24]利用時(shí)間序列MODIS影像，提取松嫩平原不同時(shí)期鹽堿地信息，結(jié)果表明松嫩平原鹽堿地110.03萬hm2；孫廣友等[25]根據(jù)最新遙感測(cè)算結(jié)果，得出松嫩平原鹽漬土面積為393.7萬hm2。不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于松嫩平原鹽堿地面積說法不一，并且存在鹽堿地、鹽堿土、鹽漬土、鹽堿化土地等多種表達(dá)方式。究其原因，缺乏鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法，未能厘清鹽堿地和鹽堿土的概念和關(guān)系，導(dǎo)致對(duì)鹽堿地概念認(rèn)知差異較大。

綜上，本研究基于地球關(guān)鍵帶理論和邏輯，構(gòu)建土地利用層、土壤層和DEM層三層融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，界定鹽堿土與鹽堿地概念內(nèi)涵，厘清鹽堿地與鹽堿土關(guān)系，構(gòu)建二者的分類標(biāo)準(zhǔn)，以期通過本研究，回答什么是鹽堿地和鹽堿土這一關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上利用區(qū)域土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、DEM圖等，采用空間疊加分析的方法，分析研究區(qū)鹽堿地、鹽堿土資源特征，側(cè)面驗(yàn)證本文構(gòu)建的鹽堿地系統(tǒng)分析方法的可行性和科學(xué)性，以期為鹽堿地調(diào)查提供理論參考，為鹽堿地治理與開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法

1.1 鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架構(gòu)建

明確地球關(guān)鍵帶思想和邏輯，理解地球關(guān)鍵帶垂直、水平維度上分層分類結(jié)構(gòu)和相互作用關(guān)系，是構(gòu)建鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，界定鹽堿地概念內(nèi)涵的關(guān)鍵。地球關(guān)鍵帶是由地球表層各部分和相互作用過程組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)，地球表層系統(tǒng)由巖石圈、土壤圈、水圈、生物圈、大氣圈等圈層構(gòu)成，并不斷地發(fā)生物質(zhì)循環(huán)、能量遷移、信息傳遞等過程。垂直方向上從地上植被到地表土壤再到地下巖石，水平方向上貫穿森林、草地、耕地、水域等不同的生態(tài)系統(tǒng)類型，系統(tǒng)內(nèi)各圈層在垂直和水平方向存在連續(xù)性和變異性，構(gòu)成了一個(gè)在三維空間上的立體結(jié)構(gòu)[6-7]。地球關(guān)鍵帶思想首先要解決的問題就是確定分析的對(duì)象。地球關(guān)鍵帶的各組成要素均是空間連續(xù)的獨(dú)立系統(tǒng)[5]。因此，與任何自然實(shí)體一樣，地球表層資源系統(tǒng)在不同維度下可以分割成相對(duì)獨(dú)立、均一的層級(jí)單元。本研究基于地球關(guān)鍵帶思想和邏輯，根據(jù)地球表層資源產(chǎn)生、發(fā)育、演化和利用的全過程，以立體空間位置作為組織和聯(lián)系各層級(jí)的基本紐帶，以數(shù)字高程模型為基底，按照垂直和水平維度，構(gòu)建起一個(gè)基于土地利用層，土壤層和DEM層三層融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，如圖1所示。

圖1 鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架

按照框架的層次結(jié)構(gòu)從下到上第一層是DEM層。DEM是由地面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩陣，用來描述地表形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，它主要描述區(qū)域現(xiàn)實(shí)的地形地貌情況，并可以衍生出氣象、地質(zhì)、水文、土壤等地表系統(tǒng)要素信息[26]，也為資源特征分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，是鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架的基礎(chǔ)層；第二層為土壤層。土壤是指地球表面上能夠生長(zhǎng)植物的疏松表層，由無數(shù)個(gè)體（單個(gè)土體）組成的復(fù)雜龐大的群體系統(tǒng)，是孕育和支撐森林、草原、水域等各類自然資源的基礎(chǔ)[5]。不同土體存在許多共性，同時(shí)，受氣候、地形、母質(zhì)等要素綜合作用，土體間存在相當(dāng)大的差異，產(chǎn)生了各種各樣的土壤類型。因此，需要將土體進(jìn)行分類和分級(jí)，以此來區(qū)分土體間土壤性質(zhì)的異同，理解它們間的相互關(guān)系。可根據(jù)土壤分類系統(tǒng)，構(gòu)建鹽堿土分類標(biāo)準(zhǔn)；第三層是利用層。利用層主要指土地利用，土地是由氣候、地貌、土壤、植被等要素綜合作用形成的，土地利用則是人類通過一定的活動(dòng)，利用和管理土地屬性滿足自身需求，從而形成不同的土地利用類型。在土壤層上，按照水平空間上在地表的實(shí)際覆蓋情況與土地自然屬性的相似性和差異性，對(duì)土地利用類型進(jìn)行分類分級(jí)，劃分為林地、草地、耕地等若干利用類型[27]，每個(gè)大類可再細(xì)分到多級(jí)類?？蓞⒖肌锻恋乩矛F(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，劃分鹽堿地利用類型。從鹽堿地資源水平和立體空間結(jié)構(gòu)看，各層級(jí)間要素相互作用，相互聯(lián)系，由此形成了完整的鹽堿地資源空間模型，而土壤層是銜接上下層級(jí)的紐帶，在鹽堿地資源中占有根和源的作用。在明確鹽堿地資源整體空間結(jié)構(gòu)后，需要確立各層級(jí)內(nèi)部物質(zhì)成分類型、含量和狀態(tài)等，它們是構(gòu)成鹽堿地資源的核心內(nèi)容。具體可參照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)或是成熟研究結(jié)果，確定各層級(jí)物質(zhì)類型，并根據(jù)需要進(jìn)行集中歸類。通過構(gòu)建鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，厘清不同層級(jí)和層級(jí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)要素間的關(guān)系，從利用和土壤兩個(gè)層級(jí)單元出發(fā)，界定鹽堿土與鹽堿地的概念和分類，厘清鹽堿土與鹽堿地的關(guān)系，并進(jìn)行鹽堿地資源特征分析，從而形成一套科學(xué)有效的鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法。

1.2 鹽堿土概念及分類界定

根據(jù)鹽堿地系統(tǒng)分析框架，土壤層作為整個(gè)系統(tǒng)的核心和連接其他兩個(gè)層級(jí)的紐帶，需要首先確定其概念和分類。鹽堿土是在各種自然環(huán)境因素和人為活動(dòng)因素綜合作用下，鹽類直接參與土壤形成過程，并以鹽（堿）化過程為主導(dǎo)作用而形成的，具有鹽化層或堿化層，土壤中含有大量可溶鹽類，從而抑制作物正常生長(zhǎng)的土壤[28]。國(guó)內(nèi)外常把鹽堿土作為各種鹽土、堿土以及其他不同程度鹽化和堿化土壤系列的總稱[29]。但是，在土壤分類學(xué)上，國(guó)內(nèi)外對(duì)鹽堿土的劃分有著不同的標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)土壤發(fā)生分類將鹽堿土分為鹽土和堿土兩個(gè)亞綱，但是將鹽化、堿化土壤歸于其他土類的亞類一級(jí)，沒有包含在鹽堿土綱中[30]。中國(guó)土壤系統(tǒng)分類設(shè)立了鹽成土綱及正常鹽成土和堿積鹽成土兩個(gè)亞綱，鹽土和堿土土類分屬兩個(gè)亞綱。而美國(guó)土壤系統(tǒng)分類中將鹽土（鹽化土）和堿土（堿化土）分別列入不同土綱和亞綱[29]?？梢钥闯鳆}堿土類型在各分類體系中劃分標(biāo)準(zhǔn)不一，表述上也存在較大差異，不同分類系統(tǒng)下鹽堿土參比也較為復(fù)雜。鑒此，本研究在前人研究基礎(chǔ)上[25]，結(jié)合《中國(guó)土壤》擬定的中國(guó)土壤分類系統(tǒng)，將鹽土、堿土及鹽堿化土三者并列，形成一個(gè)合理而簡(jiǎn)明的鹽堿土分類體系，使得復(fù)雜的土壤分類問題變得簡(jiǎn)單化。鹽堿土類別、概念及定量化劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 鹽堿土分類

1.3 鹽堿地概念及分類界定

國(guó)家最新修訂的《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2017）對(duì)鹽堿地的表述為：鹽堿地是其他土地類下屬的二級(jí)地類，被定義為表層鹽堿聚集，生長(zhǎng)天然耐鹽堿植物的土地[31]。但是在實(shí)際土地利用調(diào)查中，根據(jù)地表覆蓋情況，鹽堿地也可能會(huì)被調(diào)繪為耕地、林地、草地等土地利用類型。在多數(shù)研究中鹽堿地與鹽堿土概念經(jīng)常被混淆，因?yàn)閺耐寥缹W(xué)角度，鹽堿地與鹽堿土概念相近，但是，土地又是一個(gè)綜合的自然地理概念[32]，所以不能單單從土壤學(xué)角度考慮鹽堿地的概念?；诒狙芯繕?gòu)建的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，鹽堿地的概念應(yīng)綜合土壤和土地利用兩個(gè)層面來定義。所以本研究綜合分析框架中的利用層和土壤層，將鹽堿地定義為土壤類型為鹽堿土的土地利用類型，并參照土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)試著劃分和定義鹽堿地利用類型和概念，鹽堿地分類及含義如表2所示。

表2 鹽堿地利用現(xiàn)狀分類

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)概況

松嫩平原位于東北腹地，由松花江、嫩江及其支流沖擊而成，地跨黑龍江和吉林兩省，介于121°40′E～128°30′E、42°30′N～51°20′N之間（圖2），總面積約為2 162.44萬hm2。松嫩平原是世界三大鹽堿地之一，同時(shí)也是中國(guó)重要的商品糧、豆生產(chǎn)基地。松嫩平原屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)、半干旱季風(fēng)氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季溫和多雨，年均降水量400～500 mm，年均蒸發(fā)量1 250～1 650 mm，蒸發(fā)量大于降水量致使氣候干旱，加之該區(qū)三面環(huán)山，地勢(shì)低洼，導(dǎo)致排水不暢，為鹽堿地的形成創(chuàng)造了氣候與地形條件[33-35]。

圖2 松嫩平原地理位置

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究采用的土壤圖來源于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所2017年編撰的1:50 000萬縣級(jí)土壤類型圖?；诒狙芯繕?gòu)建的鹽堿土分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合《中國(guó)土壤分類與代碼表》（GB/T 17296-2009）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鹽堿土類進(jìn)行統(tǒng)一歸并和部分修正，最終利用ArcGIS提取鹽堿土類圖斑，形成松嫩平原鹽堿土土壤類型圖。土地利用現(xiàn)狀圖源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心解譯生成的2020年全國(guó)土地利用類型遙感監(jiān)測(cè)空間分布數(shù)據(jù)，該套土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度高，受到學(xué)者們廣泛應(yīng)用，并且分類標(biāo)準(zhǔn)與三調(diào)相似，能夠精確地反映出區(qū)域土地利用現(xiàn)狀；全國(guó)DEM圖和行政區(qū)劃圖源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。具體數(shù)據(jù)說明見表3。

本研究利用ArcGIS軟件，主要采用柵格標(biāo)準(zhǔn)化、重分類與柵格疊加計(jì)算等方法[36]，將土壤類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、DEM圖及其形成的坡度圖等進(jìn)行空間疊加。首先在ArcGIS中運(yùn)用重分類方法對(duì)鹽堿土類柵格進(jìn)行歸一化處理，并提取出各縣級(jí)土壤類型圖中的鹽堿土類，最終將其合并，形成松嫩平原鹽堿土土壤類型圖，接著采用重分類方法將土地利用現(xiàn)狀圖、DEM圖和坡度圖進(jìn)行歸一化處理，以2020年土地利用現(xiàn)狀圖作為基礎(chǔ)圖件，采用順序疊加方法，運(yùn)用柵格計(jì)算器對(duì)上述圖層依次進(jìn)行疊加計(jì)算，得到的結(jié)果在空間位置上對(duì)應(yīng)各圖層?xùn)鸥裣裨\(yùn)算的數(shù)值，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終形成松嫩平原鹽堿地和鹽堿土面積、分布、海拔、坡度分類結(jié)果。

表3 數(shù)據(jù)說明

注：土壤數(shù)據(jù)源于國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作重點(diǎn)項(xiàng)目“中國(guó)1∶50 000土壤圖籍編撰及高精度數(shù)字土壤構(gòu)建（2006FY120200，2012FY112100）”，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，2017年。

Note: Data from State Key Research Project “China Digital Soil Maps (CDSM) at 1:50 000 Scale & Digital Soil with High Resolution (2006FY120200, 2012FY112100)”，Institute of Agricultural Resources and Regional Planning (IARRP), Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), 2017.

3 松嫩平原鹽堿土、鹽堿地資源特征分析

3.1 鹽堿土資源特征分析

3.1.1 鹽堿土面積

通過對(duì)鹽堿土類型面積計(jì)算，得出松嫩平原鹽堿土總面積為254.77萬hm2，占松嫩平原總面積的11.78%。區(qū)內(nèi)鹽堿化土面積最多，為199.65萬hm2，占松嫩平原鹽堿土總面積的78.37%；鹽土類面積最少，為11.19萬hm2，占松嫩平原鹽堿土總面積的4.39%；堿土面積為43.93萬hm2，占鹽堿土總面積的17.24%（表4）。

表4 松嫩平原鹽堿土類型及面積

3.1.2 鹽堿土分布

松嫩平原鹽堿土在40個(gè)縣區(qū)內(nèi)均有分布，但多數(shù)集中在松嫩平原西南區(qū)。其中通榆縣鹽堿土分布面積最大，為29.84萬hm2，占松嫩平原鹽堿土總面積的11.71%，其次是大慶市，鹽堿土面積為26.86萬hm2，阿城市鹽堿土面積最少。松嫩平原鹽土類主要分布在松嫩平原西部通榆縣、肇源縣、長(zhǎng)嶺縣等19個(gè)市縣區(qū)，在通榆縣分布最多，面積為1.99萬hm2，占鹽土總面積的17.8%；松嫩平原堿土類主要分布在區(qū)內(nèi)西南部地區(qū)，分布在通榆縣、肇州縣、鎮(zhèn)賚縣等25個(gè)市縣區(qū)。通榆縣堿土類分布最多，為12.56萬hm2，占?jí)A土類總面積的28.58%；松嫩平原鹽-堿化土類主要分布在大慶市、前郭爾羅斯蒙古族自治縣、長(zhǎng)嶺縣等38個(gè)市縣區(qū)。其中大安市分布最多，為26.65萬hm2，占鹽-堿化土類總面積的13.33%。松嫩平原鹽堿土分布見圖3、圖4。

圖3 松嫩平原縣級(jí)鹽堿土類型及面積統(tǒng)計(jì)

圖4 松嫩平原鹽堿土分布圖

3.2 鹽堿地資源現(xiàn)狀特征

3.2.1 鹽堿地面積

松嫩平原鹽堿地類型多樣，主要有鹽堿耕地、鹽堿林地、鹽堿草地、鹽堿濕地和鹽堿未利用地等。松嫩平原鹽堿耕地面積最多，為96.55萬hm2，占松嫩平原鹽堿地總面積的37.9%；其次是鹽堿未利用地，面積為64.09萬hm2，占鹽堿地總面積的25.16%；鹽堿草地面積47.3萬hm2，占比為18.56%；濕地面積為32.29萬hm2，占比為12.67%；林地面積在松嫩平原鹽堿地類型中占比最小，面積為6.24萬hm2，占比為2.45%（表5）。

表5 松嫩平原鹽堿地類型及面積

3.2.2 鹽堿地分布

從鹽堿地整體空間分布情況來看，鹽堿耕地分布最廣，在各個(gè)市縣區(qū)均有分布，多分布在松嫩平原南部，在前郭縣分布最多，面積分別為10.56萬hm2；鹽堿草地分布也較為廣泛，集中分布在松嫩平原中西部，在安達(dá)市分布最多，面積為6.99萬hm2；鹽堿濕地在杜蒙縣分布最多，面積為3.7萬hm2；鹽堿林地在通榆縣分布最多，為1.54萬hm2；鹽堿未利用地在通榆縣分布最多，為13.3萬hm2。松嫩平原鹽堿地分布見圖5、圖6。

圖5 松嫩平原鹽堿地利用現(xiàn)狀圖

圖6 松嫩平原縣級(jí)鹽堿地面積

3.3 鹽堿耕地與鹽堿未利用地資源特征

松嫩平原是東北主要的糧食主產(chǎn)區(qū)，而為了進(jìn)一步提升糧食產(chǎn)量，一方面要通過合理利用現(xiàn)有耕地，保證耕地面積不減少，質(zhì)量不下降[37]，另一方面該區(qū)域還存在大量未利用地有待盤活，將這部分土地開發(fā)成耕地，對(duì)保障整個(gè)東北，乃至全國(guó)的糧食安全都是具有重要意義。所以本文重點(diǎn)對(duì)鹽堿地類型中的鹽堿耕地和鹽堿未利用地資源特征進(jìn)行分析，從而為區(qū)域鹽堿地治理改良與開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

3.3.1 鹽堿耕地資源特征分析

松嫩平原鹽堿耕地總面積96.55萬hm2，其中鹽土類面積2.24萬hm2；堿土類面積為10.88萬hm2；鹽-堿化土類面積83.43萬hm2（表6）。鹽堿耕地海拔主要集中在100～150 m，面積為64.83萬hm2，占鹽堿耕地總面積的67.15%，集中分布在松嫩平原中西部和西南部地區(qū)，其中鹽土面積1.62萬hm2，主要分布于肇源縣、長(zhǎng)嶺縣；堿土面積7.91萬hm2，主要分布于西南部的肇州縣和通榆縣；鹽堿化土面積為55.29萬hm2，多分布于中部的大慶市、扶余縣和前郭縣等地。海拔150～200 m的鹽堿耕地面積為29.83萬hm2，占鹽堿耕地總面積的30.90%，主要分布于松嫩平原南部和北部?jī)蓚?cè)，其中鹽土面積0.59萬hm2，多分布于農(nóng)安縣和通榆縣；堿土面積2.81萬hm2，多分布于農(nóng)安縣、通榆縣和明水縣；鹽堿化土面積26.43萬hm2，多分布于南部的農(nóng)安、長(zhǎng)嶺縣和北部的甘南縣。海拔在200 m以上的耕地面積為1.35萬hm2，占鹽堿耕地總面積的1.4%，主要分布于松嫩平原南部農(nóng)安縣和長(zhǎng)嶺縣。海拔在100 m以下耕地面積為0.53萬hm2，多分布于西南部通榆縣等地（表6、圖7）。

松嫩平原鹽堿耕地較為平緩，起伏度小，鹽堿耕地坡度集中在6°以下。2°～6°的鹽堿耕地面積最多，為43.95萬hm2，占鹽堿耕地總面積的45.52%，主要分布在松嫩平原中西部和西南部地區(qū)。其中鹽土類耕地面積為1.02萬hm2，堿土類耕地面積為4.75萬hm2，鹽堿化土類耕地面積為38.18萬hm2。坡度在2°以下的鹽堿耕地面積為42.11萬hm2，占鹽堿耕地總面積的43.61%，主要分布在松嫩平原中部和西南部；鹽土類面積為1.04萬hm2；堿土類面積為5.32萬hm2；鹽堿化土類面積35.75萬hm2。6°～15°的鹽堿耕地面積為9.77萬hm2，占比為10.12%，多分布在松嫩平原南部地區(qū)。其中鹽土類面積為0.16萬hm2；堿土類面積為0.77萬hm2；鹽堿化土類面積為8.84萬hm2。15°以上的鹽堿耕地面積為0.72萬hm2，多分布在松嫩平原中南部和西北部（表6、圖8）。

表6 松嫩平原鹽堿耕地海拔和坡度分級(jí)

圖7 松嫩平原鹽堿耕地海拔分級(jí)圖

圖8 松嫩平原鹽堿耕地坡度分級(jí)圖

3.3.2 鹽堿未利用地資源特征

松嫩平原鹽堿未利用地面積為64.09萬hm2，占鹽堿地總面積的1/4。鹽土類面積4萬hm2，多分布于通榆縣和長(zhǎng)嶺縣；堿土類面積18萬hm2，多分布于通榆縣和肇州縣；鹽堿化土類面積為42.09萬hm2，多分布于大慶和大安市（表7）。作為松嫩平原第二大鹽堿地類，鹽堿未利用地的開發(fā)和利用將對(duì)于松嫩平原今后發(fā)展和國(guó)家耕地后備資源保障具有重要意義。

通過疊加高程和坡度圖層，分析鹽堿未利用地地形和地勢(shì)條件。結(jié)果顯示，松嫩平原鹽堿未利用地海拔主要在100～150 m，坡度集中在2°以下。海拔在100～150 m的未利用地面積為55.11萬hm2，占鹽堿未利用地總面積的85.99%，主要分布于西南部和中部地區(qū)，其中鹽土類面積3.16萬hm2，主要分布在長(zhǎng)嶺縣和肇源縣；堿土類面積14.69萬hm2，主要分布在通榆縣和肇州縣；鹽堿化土類37.26萬hm2，主要分布在大安市和大慶市。海拔在150～200 m的鹽堿未利用地面積為8.87萬hm2，占松嫩平原鹽堿未利用地總面積的13.84%，多數(shù)分布在西南部的通榆縣和長(zhǎng)嶺縣等地（表7、圖9）。

表7 松嫩平原鹽堿未利用地海拔和坡度分級(jí)

圖9 松嫩平原鹽堿未利用地海拔與土壤分級(jí)分類圖

圖10 松嫩平原鹽堿未利用地坡度與土壤分級(jí)分類圖

坡度在2°以下的鹽堿未利用地面積為42.91萬hm2，占鹽堿未利用地總面積的66.95%，其中鹽土類面積2.58萬hm2，主要分布于通榆縣和長(zhǎng)嶺縣；堿土類面積12.65萬hm2，主要分布于通榆縣和肇州縣；鹽堿化土類面積27.68萬hm2，主要分布鎮(zhèn)賚縣、大安市和通榆縣。2°～6°的鹽堿未利用地面積為19.96萬hm2，占松嫩平原鹽堿未利用地總面積的31.14%，主要分布于中部的肇州縣和肇源縣，其中鹽土類面積1.33萬hm2；堿土類面積5.08萬hm2；鹽堿化土類面積13.55萬hm2。6°以上的鹽堿未利用地面積為1.22萬hm2，占比較小（表7、圖10）?？傮w來看，松嫩平原鹽堿未利用地地勢(shì)較為平坦，起伏較小。

4 討 論

為摸清鹽堿地資源家底，提升鹽堿地治理與利用水平，自然資源部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相繼開展了第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查和土壤普查以及鹽堿地專項(xiàng)調(diào)查。在這樣一個(gè)大背景下，結(jié)合當(dāng)下鹽堿地概念界定不清的問題，本研究基于地球關(guān)鍵帶理論與邏輯，構(gòu)建了土地利用層、土壤層和DEM層三層融合的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，依據(jù)相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)劃分鹽堿地、鹽堿土類型，厘清了鹽堿地與鹽堿土概念關(guān)系，為鹽堿地資源概念界定和特征分析提供了一種科學(xué)且有效的方法。根據(jù)三層融合的鹽堿地系統(tǒng)分析框架，將鹽堿土作為眾多土壤類型中的一種，劃分為鹽土、堿土與鹽-堿化土3種類型，將鹽堿地劃入單獨(dú)的一級(jí)地類，下屬鹽堿耕地、鹽堿林地、鹽堿草地、鹽堿濕地、鹽堿未利用地和其他鹽堿地6個(gè)二級(jí)地類。在此基礎(chǔ)上，以DEM為基礎(chǔ)圖層，疊加土壤圖和土地利用現(xiàn)狀圖，分析鹽堿地與鹽堿土資源特征，分析得到最終的鹽堿地面積分布數(shù)據(jù)與Wen等[17]、Yang等[38]的研究結(jié)果基本一致，并且與其他研究相比，本研究探討了不同鹽堿地類型下土壤、地形、坡度等特征。由此看來，通過本文構(gòu)建的鹽堿地系統(tǒng)分析方法，對(duì)鹽堿地資源特征分析準(zhǔn)確且科學(xué)，并且對(duì)土地利用、土壤、DEM數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織，解決了以往資源數(shù)據(jù)交叉重疊的問題，滿足資源信息的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了鹽堿地資源的精細(xì)化綜合管理，對(duì)掌握區(qū)域鹽堿土資源特征，以及區(qū)域鹽堿地宜耕性和開發(fā)潛力評(píng)估具有重要意義，同時(shí)也能為三普與三調(diào)結(jié)果的融合提供一種解決思路和方法，也可為該區(qū)開展的第三次土壤普查和鹽堿地調(diào)查提供一些理論和方法參考。

本文使用的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于中科院地理所2020年全國(guó)土地利用類型遙感監(jiān)測(cè)空間分布數(shù)據(jù)產(chǎn)品。因?yàn)槿{(diào)數(shù)據(jù)是保密數(shù)據(jù)，所以無法獲取。這套數(shù)據(jù)產(chǎn)品是當(dāng)前中國(guó)最具權(quán)威、精度最高的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)產(chǎn)品之一，土地利用類型包括了耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用地以及25個(gè)二級(jí)地類，其分類標(biāo)準(zhǔn)與三調(diào)的土地利用現(xiàn)狀分類有一定相似之處，并且在眾多研究中得到了廣泛應(yīng)用，其準(zhǔn)確性和科學(xué)性也已經(jīng)得到證實(shí)。本文采用的土壤數(shù)據(jù)是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所在國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，利用全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)編撰完成的1:50 000縣級(jí)尺度土壤類型圖，是當(dāng)前全國(guó)較為權(quán)威和精細(xì)的土壤類型圖之一。雖然二普距今已有30～40年，較如今部分土壤類型可能已發(fā)生變動(dòng)，例如會(huì)存在部分由于旱改水的原因?qū)е蔓}堿土變?yōu)樗就?，以及涉及到二普時(shí)期部分地區(qū)鹽堿土劃分標(biāo)準(zhǔn)和命名差異的問題，會(huì)影響鹽堿土資源分析結(jié)果。但是我們的研究目標(biāo)旨在構(gòu)建鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法，在此基礎(chǔ)上盡可能搜集權(quán)威數(shù)據(jù)，分析鹽堿地、鹽堿土的資源特征，側(cè)面驗(yàn)證鹽堿地分析方法的科學(xué)性，而不是為了摸清區(qū)域鹽堿地底數(shù)。此外二普數(shù)據(jù)雖然二普年代久遠(yuǎn)，但是二普的土壤分類系統(tǒng)和劃分標(biāo)準(zhǔn)沒有改變，依然沿用至今，并且在三普之前也沒有統(tǒng)一地開展過大尺度的土壤類型調(diào)查，本著遵照歷史，尊重權(quán)威的原則和態(tài)度，本文使用該套數(shù)據(jù)產(chǎn)品足以支撐本文的研究結(jié)果。未來，研究可以借助三普、三調(diào)最新的調(diào)查結(jié)果和二普以及相應(yīng)時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)或是通過遙感解譯的方法，進(jìn)一步深入探討和分析鹽堿地資源特征時(shí)空變化情況。這也從側(cè)面也體現(xiàn)了國(guó)家開展三調(diào)和三普工作的重要意義。

5 結(jié) 論

基于地球關(guān)鍵帶思想，本研究構(gòu)建了鹽堿地資源系統(tǒng)分析方法，清晰界定鹽堿土、鹽堿地內(nèi)涵及關(guān)系，構(gòu)建鹽堿地與鹽堿土分類體系，從而回答了什么是鹽堿地與鹽堿土的問題。在此基礎(chǔ)上，利用ArcGIS空間疊加分析方法將松嫩平原土壤類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖、坡度圖和DEM圖進(jìn)行空間疊加，分析松嫩平原鹽堿地和鹽堿土資源特征。主要結(jié)論如下：

1）本研究基于地球關(guān)鍵帶理論和邏輯，以立體空間作為組織和聯(lián)系各層級(jí)的紐帶，以數(shù)字高程為基底，按照垂直和水平緯度，構(gòu)建起利用層、土壤層、DEM層“三層融合”的鹽堿地資源系統(tǒng)分析框架，清晰地界定鹽堿土與鹽堿地的概念和分類，準(zhǔn)確地表達(dá)了鹽堿地資源特征。

2）鹽堿地是土壤類型為鹽堿土的土地，下屬鹽堿耕地、鹽堿林地、鹽堿草地、鹽堿濕地、鹽堿未利用地和其他鹽堿地6個(gè)類別；鹽堿土是在各種自然環(huán)境因素和人為活動(dòng)因素綜合作用下，鹽類直接參與土壤形成過程，并以鹽（堿）化過程為主導(dǎo)作用而形成的，具有鹽化層或堿化層，土壤中含有大量可溶鹽類，從而抑制作物正常生長(zhǎng)的土壤，下屬鹽土、堿土和鹽-堿化土3種類型。

3）基于鹽堿地系統(tǒng)分析框架，疊加土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖和DEM圖，分析得到松嫩平原鹽堿地總面積254.77萬hm2，集中分布在松嫩平原西部。其中鹽堿耕地面積最多，為96.55萬hm2，主要分布在通榆縣。鹽堿未利用地、鹽堿草地、鹽堿濕地和其他鹽堿地，面積為64.09、47.3、32.29、8.3萬hm2；松嫩平原鹽-堿化土類面積最多，為199.65萬hm2，堿土類面積為43.93萬hm2，鹽土面積11.19萬hm2。

4）松嫩平原鹽堿耕地海拔集中在100～200 m，整體上海拔從中部向周邊地區(qū)逐漸升高，坡度較為平緩，集中在6°以下，整體上從西向東坡度逐漸升高；鹽堿未利用地多分布在南部地區(qū)，且海拔集中在100～150 m，坡度多數(shù)在2°以下鹽堿未利用地地勢(shì)低，坡度緩，開發(fā)條件較好。

利益沖突聲明：本文采用數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果僅用于學(xué)術(shù)交流，所得數(shù)據(jù)結(jié)果不作為松嫩平原鹽堿地“家底”依據(jù)，實(shí)際研究區(qū)鹽堿地資源家底以國(guó)家“三調(diào)”“三普”等調(diào)查的數(shù)據(jù)結(jié)果為準(zhǔn)，本研究數(shù)據(jù)結(jié)果與其調(diào)查結(jié)果沒有任何關(guān)系。

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Characteristics of saline-alkali land and resources based on three-layer fusion of saline-alkali soil in Songnen Plain of China

Yao Dongheng, Liao Yubo, Kong Xiangbin※, Gao Bingbo, Zhao Zhenting, Zhang Yan, Cao Ying, Li Liang, Ma Yuan

(1.,100193,; 2.,100193,)

Saline-alkali land has been one of the most important reserve resources for the cultivated land in China. Rational and efficient utilization of land source is of great significance to the national food security in recent years. In this study, a systematic framework was constructed to classify the saline-alkali land resources, according to the key belt of the earth. Three layers were firstly fused, including the utilization, the soil, and discrete-element modeling (DEM) layer. The specific types were then defined to determine the saline-alkali land and soil. Furthermore, the GIS overlay analysis was implemented to acquire the land use status, the soil, and DEM maps for the characteristics of saline-alkali land resources in Songnen Plain. Finally, the three-layer fusion system was verified in the saline-alkali land. The results showed that: 1) The improved three-layer fusion system of saline-alkali land resources was achieved with the three-dimensional space as the organizing and connecting link to all levels. The digital elevation was also served as the base, according to the vertical and horizontal latitudes in the Earth's critical zone. An accurate classification was clearly defined as the regional characteristics of saline-alkali soil and land resources; 2) The soil types of saline-alkali soil included 6 categories: saline-alkali cultivated land, forest land, grassland, wetland, wasteland, and other saline-alkali land; The simple saline-alkali soil was belonged to three types: saline, alkaline, and saline-alkaline soil; 3) The data superposition showed that the total area of the saline-alkali land was 2.547 7 million hm2that concentrated in the west of the study area. Wherein the largest area of saline-alkali farmland was 0.965 5 million hm2mainly located in the southern Tongyu County. The saline-alkali wasteland, grassland, wetland, and other saline-alkali land were found with the area of 0.640 90, 0.473, 0.322 9, and 0.083 million hm2; respectively. In addition, the largest areas of saline-alkali, alkaline, and saline soil were 1.996 5, 0.439 3, and 0.111 9 million hm2. 4) The elevation of saline-alkali cultivated land was in the range of 100-200 m. A gradual increase of the elevation was observed from the middle to the surrounding area. The relatively gentle slope was concentrated below 6°. The pattern of slope gradually increased from the west to the east. By contrast, the saline-alkali unused land was mostly distributed in the southern, with the altitude in the range of 100-150 m. Most of the slopes were below 2° in the saline-alkali unused land, indicating the low terrain, slow slope, and excellent development conditions. Consequently, a saline-alkali land system can be expected to accurately characterize the saline-alkali land resources, and then to clarify the concept and relationship between saline-alkali land and soil. This finding can provide the theoretical and methodological reference to determine the saline-alkali land resources for the rational development, particularly for the Third National Soil Census on the saline-alkali land in Songnen plain.

three-layer fusion; Songnen Plain; saline-alkali land; saline-alkali soil; resources characteristics; space analysis

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.026

S155.1; S155.2+93

A

1002-6819(2022)-23-0247-11

姚東恒，廖宇波，孔祥斌，等. 基于“三層”融合的松嫩平原鹽堿地資源特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(23)：247-257.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.026 http://www.tcsae.org

Yao Dongheng, Liao Yubo, Kong Xiangbin, et al. Characteristics of saline-alkali land and resources based on three-layer fusion of saline-alkali soil in Songnen Plain of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(23): 247-257. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.026 http://www.tcsae.org

2022-05-09

2022-11-04

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42171289）；科技部科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)（2021FY100403）

姚東恒，博士研究生，研究方向?yàn)楦刭|(zhì)量評(píng)價(jià)。Email：b20203210945@cau.edu.cn

孔祥斌，教授，研究方向?yàn)橥恋刭Y源評(píng)價(jià)、利用與保護(hù)。Email：kxb@cau.edu.cn