王 宏，范英霞 ，高 珊，陳文平，樊亞輝 ，阿爾達(dá)克

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830013;2.鄭州市信息資源管理中心,河南 鄭州 450007； 3.新疆大學(xué) 干旱生態(tài)環(huán)境研究所,新疆 烏魯木齊 830046)

對(duì)土地鹽漬化的變化研究在西部干旱區(qū)綠洲環(huán)境演變中占據(jù)極其重要的地位[1]。國外利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)研究始于 20 世紀(jì) 70 年代，多波段、多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于鹽漬土和鹽生植被的監(jiān)測(cè)、調(diào)查制圖[2]。我國學(xué)者對(duì)土壤的鹽漬化研究主要集中在鹽漬化土壤的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、土壤鹽分積累及運(yùn)移模型、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及水化學(xué)環(huán)境、鹽漬化土壤的改良等方面[3-4]。本文選擇位于艾比湖流域生態(tài)系統(tǒng)中的博樂和精河2個(gè)綠洲作為研究對(duì)象，利用RS、GIS和GPS技術(shù)進(jìn)行土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)變化研究，為鹽漬化治理與土地的科學(xué)管理提供有力依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)源及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

基本數(shù)據(jù)包括：①研究區(qū)1990-10-05TM影像、2001-09-25ETM+影像和2010-10-12的TM影像；②1∶10萬地形圖及其矢量化數(shù)據(jù)；③土地利用圖；④研究區(qū)歷年的氣象、水文地質(zhì)、土壤、人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)資料；⑤野外考察資料與GPS點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的土地利用照片數(shù)據(jù)庫等。

1.2 研究方法

1）土地利用類型動(dòng)態(tài)度。它是指某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為[5]：

式中，Ua、Ub分別表示a時(shí)刻和b時(shí)刻土地利用面積(單位km2)；T為a時(shí)刻到b時(shí)刻的研究時(shí)段長(單位a)。正值表示增加，負(fù)值表示減少。

2）轉(zhuǎn)移矩陣。它可以全面而又具體地表現(xiàn)各種土地利用/覆蓋類型變化的結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，該方法源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)形式為：

式中，S代表面積；n代表土地利用/覆蓋類型；i、j分別代表不同時(shí)期土地利用/覆蓋類型[6]。在具體應(yīng)用中，通常將該矩陣用表格形式表示。

2 遙感影像信息提取

野外選取研究區(qū)80個(gè)采樣點(diǎn)，根據(jù)樣點(diǎn)的含鹽量以及參照相關(guān)文獻(xiàn)[7]制定遙感圖像鹽漬化土壤信息提取方案（見表1），利用ENVI軟件采用最大似然分類法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分類，分類后采用合并類、聚類處理等。如果發(fā)現(xiàn)精度較低則再進(jìn)行解譯，再評(píng)價(jià)，直到獲得一個(gè)符合精度要求的監(jiān)督分類影像（見圖1），最終得到符合分類精度要求的三期影像分類圖[8]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)變化分析

從表2可以看出，研究區(qū)非鹽漬化土壤分布的面積最為廣泛，1990年和2001年分布面積基本沒有發(fā)生變化，2010年比2001年面積增加了164.0 km2；輕度鹽漬地呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，2001年比1990年增加了400.09 km2，而2010年比2001年減少了287.79 km2；中度鹽漬地在這20a里一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，2001年比1990年下降了1.24%，到2010年面積下降到303.67 km2，百分比下降到3.75%；重度鹽漬地在1990年分布面積最多，為366.35 km2，而后經(jīng)歷了先減少后增加的過程，至2001年面積減少了217.35 km2，然而從2010年到2001年的9a中面積又增加了93.17 km2；研究區(qū)極重度鹽漬地分布面積最少，3年分別占研究區(qū)總面積的1.5%、0.51%和1.4%。

表1 研究區(qū)鹽漬地類型含義及分類標(biāo)準(zhǔn)

圖1 研究區(qū)土壤鹽漬化分類結(jié)果圖

表2 歷年各類型鹽漬化土壤面積統(tǒng)計(jì)表

表3可以真實(shí)地反映區(qū)域鹽漬化地類變化的程度。2001～2010年極重度鹽漬地動(dòng)態(tài)度最大為17.26，說明極重度鹽漬地從2001年到2010年發(fā)生了巨大的變化；重度鹽漬地1990～2001年動(dòng)態(tài)度為-5.39，2001～2010年動(dòng)態(tài)度為6.25，說明面積增加的幅度比減少的幅度大；中度鹽漬地在這20a里面積呈持續(xù)下降的趨勢(shì)，且前11a比后9a下降的速度快；輕度鹽漬地1990～2001年面積增加的幅度是2001～2010年面積減少幅度的2倍；非鹽漬地動(dòng)態(tài)度最小，在研究的20a間其面積基本沒有發(fā)生變化。

表3 1990～2010年鹽漬化地動(dòng)態(tài)度統(tǒng)計(jì)表

3.2 土壤鹽漬化轉(zhuǎn)移矩陣分析

通過表4、表5可以看出：① 1990～2001年極重度鹽漬轉(zhuǎn)化為輕度鹽漬地面積最多；2001～2010年有39.1 km2的極重度鹽漬地轉(zhuǎn)化為了其他鹽漬地類；②1990～2001年重度鹽漬地轉(zhuǎn)化為輕度鹽漬地的面積最多，為222.59 km2；2001～2010年有124.46 km2的重度鹽漬地發(fā)生變化；③1990～2001年378.24 km2的中度鹽漬地發(fā)生變化，其中中度鹽漬地轉(zhuǎn)化為輕度鹽漬地的面積占中度鹽漬地面積的50%以上，2001～2010年有30%的中度鹽漬地轉(zhuǎn)化為輕度鹽漬地；④1990～2001年輕度鹽漬地發(fā)生變化的面積為270.96 km2，2001～2010年面積發(fā)生轉(zhuǎn)化的輕度鹽漬地為626.51 km2，占輕度鹽漬地總面積的78.20%；⑤1990～2001年有320.45 km2的非鹽漬地發(fā)生變化，占非鹽漬地總面積的4.74%，其中非鹽漬地轉(zhuǎn)化為輕度鹽漬地的面積最多，為151.93 km2，2001～2010年輕度鹽漬地未發(fā)生變化的面積為292.01 km2。

3.3 土壤鹽漬化變化驅(qū)動(dòng)力因素分析

1）氣候因素。氣候是形成鹽漬化土壤的驅(qū)動(dòng)力。本文選取研究區(qū)內(nèi)4個(gè)氣象站（阿拉山口、精河、博樂、烏蘇）1990～2007年的氣候資料：年平均氣溫為5.6～10.4 ℃，極端最高氣溫為44.2 ℃，極端最低氣溫為-36.4 ℃；空氣干燥，常年多風(fēng)，阿拉山口年均風(fēng)速4.5～6.2 m／s（見圖2）；降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均降水量為26.7～268.6 mm, 年均蒸發(fā)量是年均降水量的8～34倍（見圖3）。這種特殊的氣候條件加速了土壤鹽漬化的過程。

表4 研究區(qū)1990～2001年鹽漬地轉(zhuǎn)移矩陣

表5 研究區(qū)2001～2010年鹽漬地轉(zhuǎn)移矩陣

圖2 研究區(qū)代表站年均溫度和年均風(fēng)速變化

圖3 研究區(qū)代表站年均降水量變化

2）水文因素。在極端干旱區(qū)，水對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的安全起到重要作用。水體的巨大變化改變水鹽均衡體系，會(huì)影響到土壤鹽漬化過程。艾比湖為準(zhǔn)噶爾盆地最低洼地，湖面海拔為196 m，是地表水和地下水匯集的中心。艾比湖流域各河流補(bǔ)給以降水補(bǔ)給為主，其次是地下水。以地表徑流的形式直接補(bǔ)給湖泊的河流有奎屯河、精河和博爾塔河，而流域內(nèi)其他河流是通過地下潛流的形式補(bǔ)給湖泊[9]。由于近年來艾比湖入湖水量減少、湖面水位下降、湖水蒸發(fā)強(qiáng)烈、湖水礦化度不斷增高，使得干涸湖底鹽漠化，湖區(qū)周圍地表裸露鹽堿化現(xiàn)象明顯。

3）人文因素。①盲目墾荒，造成次生鹽漬地。人口的不斷增加，出現(xiàn)了大量新開墾的土地，這些耕地主要來自于草地和鹽堿地為主的未利用地，而草地主要位于綠洲和荒漠過渡地帶，具有明顯的鹽堿化特性，通常采用灌水排鹽的方式進(jìn)行土壤改良，但因地下水位較高以及灌溉的影響，比較容易發(fā)生次生鹽堿化現(xiàn)象[7]。②水資源不合理利用。上游大量引水灌溉導(dǎo)致入湖水量減少甚至部分河流斷流，直接造成了流域生態(tài)環(huán)境的破壞。同時(shí)，人類為滿足對(duì)水資源的充分利用，通過修建水庫和灌溉排水渠道來對(duì)水進(jìn)行調(diào)配，造成原有的湖濱平原較少得到水補(bǔ)給，出現(xiàn)干旱化和鹽漬化。③土地利用不合理。過度開墾，破壞原有的生態(tài)環(huán)境，造成草地退化。農(nóng)田內(nèi)部化肥施用量過大，改變土壤物理性狀、土壤結(jié)構(gòu)，降低了土壤肥力，使農(nóng)田內(nèi)部土壤鹽漬化加重。

4 結(jié) 語

本文選擇生態(tài)脆弱的艾比湖區(qū)域綠洲作為研究對(duì)象，利用3S技術(shù)對(duì)該區(qū)域的土壤鹽漬化問題進(jìn)行了研究。結(jié)論如下：①研究區(qū)在近20a里，極重度鹽漬地增加速度最快，2001～2010年動(dòng)態(tài)度為17.26，相當(dāng)于1990～2001年動(dòng)態(tài)度的3倍，說明極重度鹽漬地面積變化最為劇烈，重度鹽漬地和輕度鹽漬地變化次之，中度鹽漬地變化較為緩慢，而非鹽漬地面積變化最為緩慢。②氣候、水文因素對(duì)鹽漬化的形成影響較為明顯，加之盲目墾荒、水資源利用不合理和土地利用不合理等，更加速了鹽漬化的形成以及鹽漬地面積的不斷擴(kuò)大，使得次生鹽漬化現(xiàn)象更加嚴(yán)重。而土地資源遭受不同程度的鹽堿化，會(huì)造成土地質(zhì)量下降，引起植被退化、水土流失、黃沙漫舞等現(xiàn)象，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，最終導(dǎo)致艾比湖整個(gè)流域生態(tài)環(huán)境不斷惡化。

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