大同盆地盐碱荒地开发利用适宜性评价

朱楚馨，张建杰，王晋民，张藕珠，毕如田*

(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801； 2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西 太原 030006； 3.山西省土壤肥料工作站，山西 太原 030001)



大同盆地盐碱荒地开发利用适宜性评价

朱楚馨1，张建杰2，王晋民3，张藕珠3，毕如田1*

(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801； 2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西 太原 030006； 3.山西省土壤肥料工作站，山西 太原 030001)

为有效开发盐碱荒地的潜力和利用土地后备资源，本文以大同盆地盐碱荒地为研究区，从自然、社会及农业角度选取评价指标，基于AHP层次分析法，并结合专家经验，对研究区进行开发利用适宜性评价。根据评价综合得分，把盐碱荒地分为六个等级，其中一级盐碱程度最轻，占总面积的12.10%，二级占16.07%,三级23.58%，四级21.67%，五级18.07%，六级盐碱程度最重，占总面积8.51%。将一级至四级划为宜耕地区，五级划分为宜林草区，六级划分为其他利用区。评价结果为科学合理地制定盐碱荒地开发利用规划、有效防止盐碱荒地面积的增加提供了参考。

大同盆地；盐碱荒地；评价；开发利用

盐碱化是一个需要高度重视的问题，对盐碱土地的研究在环境科学中起着重要的作用[1]。目前，全球盐碱地面积已达9.5亿hm2，土壤盐碱化已成为重要的环境问题之一，我国的盐碱地面积，约有3 665.80万hm2[2]。在世界干旱和半干旱地区分布着大面积的盐渍土，在原来没有盐渍化的地区，由于管理不当，也会引起土壤次生盐渍化，严重影响农业的发展。土壤盐渍化的防治问题已成为农业生产中的重要问题[3]。

盐碱荒地是由于土壤盐渍化和次生盐渍化而形成的未开发利用的土地。近年来对盐碱荒地的研究主要集中在生态改良[4～6]、盐渍化变化发展[7]、工程措施[8～10]等方面，针对盐碱荒地开发利用评价的研究较少。Acosta等[11]对西班牙半干旱地区的穆尔西亚市集约耕种的土壤进行了盐碱化状况的评价，利用GIS和先进的实验室分析技术识别出盐分来源、空间分布以及脆弱地区的位置。秦元伟等[12]对黄河三角洲滨海盐碱退化地进行了恢复与再利用评价。姚荣江等[13]利用电磁感应方法对黄河三角洲地区的土壤含盐量和空间分布进行了定量分析。类淑霞等对山西省大同市生态脆弱区未利用土地进行了开发适宜性评价[14]。

大同盆地盐碱地面积20.44万hm2，占山西省盐碱地面积的67.8%，盐碱低产成为大同盆地农业生产与发展的主要障碍因素[15]。由于地域差异，大同盆地与东北松嫩平原[16,17]、黄河三角洲[12,13,18]、滨海盐碱荒地[19]在盐碱荒地成因、分布规律以及治理对策上存在较大区别，而且目前对于大同盆地盐碱荒地评价和分布规律的研究较少。本文以大同盆地盐碱荒地作为研究区，利用地理信息手段和传统统计学相结合的方法对其进行开发利用程度综合评价，探寻其分布规律及今后的开发利用方向，研究结果对认识大同盆地盐碱荒地现状，以及探寻其开发利用方向有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

大同盆地位于中国山西省北部，地理坐标为111°53'～114°33′E，39°03′～40°44′N，平均海拔在1 100 m左右。地处半干旱的温带大陆性季风气候区，四季分明，春季风沙大、蒸发量大，经常出现干旱天气；夏季雨量集中；秋季雨水少，早晚凉爽，中午炎热；冬季风多雪少，气候寒冷。年平均气温6～7℃，年均降水量在300～400 mm之间，年均蒸发量约2 000 mm[20]，蒸发量远远超过降水量。盆地内主要流经的河流有桑干河、御河、恢河、十里河和南洋河等。大同盆地是流水作用形成的冲洪积平原。土壤类型主要以栗褐土、栗钙土等为主，但也存在潮土和盐土，形成了大面积的盐碱荒地。主要土地利用类型有耕地、林地、草地、城镇工矿用地等。农作物以谷子、玉米、马铃薯、小麦、莜麦、胡麻等为主。

图1 大同盆地盐碱荒地范围Fig.1 Distribution of saline-alkali wasteland in Datong basin

本文研究区为大同盆地盐碱荒地，面积为3.27万hm2，如图1所示，主要分布在大同市新荣区、南郊区、大同县、浑源县、天镇县、阳高县，以及朔州市朔城区、山阴县、应县和怀仁县。

2 数据来源及处理

盐碱荒地开发利用适宜性评价是建立在前期调查采样和大量收集资料的基础上的。主要数据和图件资料包括ALOS遥感影像、第二次土地利用调查变更数据和第二次土壤普查图用以确定盐碱荒地图斑和室内布设采样点。其他资料包括《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》《测土配方施肥技术规范》《中国农业标准汇编》(土壤肥料卷)、《土壤分析技术规程》等。

采样点的布设遵循典型性、均匀性与代表性的原则，进行人工室内布设。确定采样深度为0～5 cm、5～20 cm两个层次，平均约每20 hm2采集土壤样品1个，最终确定大同盆地盐碱荒地开发利用适宜性评价的采样点共1919个，采样时间在2013年4-5月。在室外采样过程中，除了对土样和水样的采集之外，还对采样点及周边的地面坡度、土壤质地构型、地下水位、土地利用现状和水资源情况进行记录，对采集回的土样和水样进行实验室化验，分别测出评价指标所需的土壤全盐量、pH值、有机质和地下水矿化度。

对盐碱荒地的布点以及评价等处理，使用ArcGIS10.0进行处理，评价方法采用AHP(Analytic Hierarchy Process)方法和专家打分法相结合，使用yaahp软件进行判别矩阵的计算。

3 评价方法

3.1 评价单元的划分

利用GIS和遥感技术，首先将遥感影像中提取出的盐碱荒地和第二次土壤普查数据中提取的盐碱荒地相叠加，确定盐碱荒地的分布区域。再将上述分布区域与第二次土地利用变更图的图斑叠加，去除城镇、农村居民点、工矿用地、河流水库等地类，最后自动生成的9 024个图斑即为本次评价的评价单元。

3.2 评价指标体系的确定

指标是对客观现象的某种特征进行的度量，指标的重要特征和功能在于通过彼此相互比较，反映客观事物的状况和特征的不均衡性，为管理和决策提供依据[21]。本次评价遵循主导性、差异性、稳定性、敏感性的原则[12]，利用定性和定量的分析方法，由山西省农科教系统具有一定学术水平和生产实际经验的专家结合评价区域的实际情况，根据盐碱荒地的土地特性和对其综合治理的措施和目标，分别从影响农、林、牧、工、景适宜性发展的角度确定了盐碱荒地适宜性评价的指标。其中一级指标5个，分别为立地条件、土体构型、盐碱特性、土壤养分特性和其他盐碱特性，二级指标10个，指标体系如图2。

图2 盐碱荒地开发利用适宜性评价指标体系Fig.2 Index system of suitability evaluation of saline-alkali wasteland utilization

3.3 权重的确定

指标权重的确定方法采用AHP层次分析法。建立图2的指标层次结构，将盐碱荒地开发利用适宜性作为目标层，5个一级评价指标因素作为准则层，10个二级评价指标因素作为指标层。再构造判断矩阵，根据专家经验，对各指标层次的每个指标按照1～9标度方法，判断准则层和指标层中各指标两两比较的相对重要程度，判断矩阵的一致性比率CR<0.1，通过一致性检验。最后计算指标层对目标层的组合权重，每个指标的综合权重值见表1。

3.4 评价指标的标准化

评价指标需要进行无量纲标准化才能利用综合评价方法进行统一评价。盐碱荒地开发利用适宜性评价指标体系中的10个二级指标可以分为概念型评价指标和数值型评价指标两类。概念型评价指标为地面坡度、质地构型、盐碱类型、土地利用现状、水资源情况5个，量化方法采用经验赋值分级打分法，每个概念型评价指标级别如下：

地面坡度分为基本平坦<2°、略有起伏2°～6°、起伏较大>6°三级。

表1 开发利用适宜性评价指标权重Table 1 Index weights of suitability evaluation of saline-alkali wasteland utilization

质地构型分为通体砂、通体壤、通体黏、夹砂、夹黏、底砂、深黏等15个类型。

盐碱类型分为盐化类型、苏打类型、碱化类型和混合类型4种。

土地利用现状主要为插花耕种50%；插花耕种，有荒草70%；有荒草50%；有荒草30%；没有荒草5种类型。

水资源情况分为水资源条件好，现已有灌溉条件；水资源条件较好，未来可利用地面水发展灌溉；有地下水但不充分，未来可发展非充分灌溉；基本无水资源可开发，未来无望灌溉4种类型。

各概念型评价指标等级所对应分值如表2。

表2 概念型评价指标及其量化分值Table 2 Quantification of qualitative indexes

数值型评价指标使用隶属度进行无量纲标准化，隶属度可以用隶属函数计算，经过模拟得到戒上型和戒下型2种类型的函数，其中土壤有机质、地下水位的隶属函数为戒上型，即越大越好，pH值、地下水矿化度、盐渍化程度为戒下型函数，即越小越好。其中盐渍化程度指标使用土壤全盐量值作为x进行计算。数值型评价指标隶属函数如表3。

表3 数值型评价指标及其隶属函数Table 3 Membership functions of quantitative indexes

3.5 盐碱荒地适宜性评价综合得分与等级确定

采用加权法计算每个评价单元的开发利用适宜性综合指数，即将各评价因子的组合权重与相应的因素等级分值相乘后累加，计算公式如下：

I=∑Bi×Wi(i=1,2,3 …,10)

式中：I为盐碱地地力评价综合指数；Bi为第i个评价因子的等级分值；Wi为第i个评价因子的组合权重。分析综合指数的分布，结合专家经验，确定盐碱地适宜性综合指数的分级方案，划分地力等级。根据组内差异最小化和组间差异最大化的原则，利用ArcGIS的自然断点法(Jenks natural breaks)，对综合指数的计算结果进行等级的划分，最后把盐碱荒地分为六个等级。一级为综合指数≥0.72的盐碱荒地，综合指数在0.65与0.72之间为二级，0.59到0.65为三级，0.53到0.59为四级，0.45到0.53为五级，<0.45的分为六级。

4 评价结果与分析

利用加权法计算出每个评价单元的综合得分，找出综合得分所在的适宜性等级，大同盆地3.27万hm2盐碱荒地的开发利用适宜性评价等级的面积和百分比如表4，各等级在盆地内的分布情况如图3。

最终评价结果中，一级3 950.28 hm2，占12.10%，二级共5 249.3 hm2，占16.07%，三级7 701.02 hm2，面积最大，所占比例为23.58%，四级7 077.02 hm2，占21.67%，五级5 900.21 hm2，占18.07%，六级面积最小，为2 780.23 hm2，占8.51%。

表4 大同盆地盐碱荒地开发利用适宜性评价结果
Table 4 Results of suitability evaluation of saline-alkali wasteland in Datong basin

等级Grades综合指数(I)Index面积/hm2Area/hm2比例/%Proportion/%一级≥0.723950.2812.10二级0.65≤I<0.725249.3016.07三级0.59≤I<0.657701.0223.58四级0.53≤I<0.597077.0221.67五级0.45≤I<0.535900.2118.07六级<0.452780.238.51合计32658.07100.00

从评价等级的分布情况(图3)中可以看出，一级盐碱荒地占约12.10%的面积，所占面积小，盐碱程度轻，分布在册田水库以西的桑干河下游，以及零散分布于山阴县、应县。地面坡度低于2°，水资源条件良好，盐碱荒地中有30%～70%的插花耕地；地下水埋深在2 m以下，矿化度小于3 g·L-1；盐碱类型以盐化草甸土、氯化物和硫酸盐化潮土为主；质地构型为通体壤、通体砂和夹黏；全盐量在2.57 g·kg-1以下，pH值范围在8.05～8.90，有机质变化范围在5～15 g·kg-1。

二级占16.07%，主要分布在朔州市山阴县、应县以及阳高县南部，主要的地形区基本平坦，长荒草的比例约为50%～70%；盐碱类型中盐化土所占比例最大；地下水埋深大于2 m，矿化度基本小于3 g·L-1；pH值在8.00～10.14之间，有机质范围在0.89～30.8 g·kg-1之间。总体来说，二级的盐碱化程度不高，但盐化土壤的面积与一级相比有所增加。

三级所占面积为7 701.02 hm2，所占盐碱荒地总面积的比例最大，为23.58%。水资源条件较好、水资源受限制地区约各占一半；土地利用现状以长草50%为主；地下水埋深大于2 m，70%以上的地区地下水矿化度小于3 g·L-1；质地构型以通体壤为主；盐碱类型以盐碱土、苏打盐化潮土和苏打盐化草甸土为主；pH值在8.04～9.56，有机质范围0.98～26.04 g·kg-1。

图3 大同盆地盐碱荒地开发利用适宜性评价等级分布图Fig.3 Grade distribution map of suitability evaluation of saline-alkali wasteland in Datong basin

四级占21.67%，地形部位基本平坦，坡度小于2°的地区占70%以上；水资源条件较好地区占一半以上；土地利用类型以荒草地长草30%为主；地下水位大于2 m的地区约占80%，出现了地下水位小于2 m的区域；地下水矿化度大于2 g·L-1的地区将近一半；盐碱类型以苏打盐土、盐化土为主；pH值大于9的地区占一半以上；质地构型以通体壤、通体黏、夹黏为主；有机质含量为0.75～16.09 g·kg-1。本级盐碱荒地pH值升高，土壤养分含量偏低。

五级占18.07%，是所占面积比例较大的等级，各县都有分布。地形部位基本平坦，地面坡度基本在2°～6°之间，一半以上的灌溉水资源条件受到限制，只能发展非充分灌溉；地下水位埋深小于2 m的地区占到80%以上，地下水矿化度为2～3 g·L-1；本级大部分地区的pH值大于9，有机质含量为0.04～28.6 g·kg-1。本级盐碱荒地土壤含盐量高，pH值较高。

六级占盐碱荒地总面积的8.51%，所占比例很小，主要分布于朔州市朔城区、应县以及大同市阳高县少部分地区，地面坡度在2°～6°之间，水资源条件受限制甚至无水资源可开发，地面上长荒草面积甚至都不到30%，地下水位在1～3 m之间，矿化度以大于3 g·L-1为主，pH值大于9，有机质含量低于10 g·kg-1。六级盐碱荒地的土地贫瘠，养分含量很低，含盐量高，pH值高，盐碱程度重。此类盐碱荒地开发困难，成本高且收效低，因此基本一直处于荒芜未利用状态。

5 讨论与结论

盐碱荒地的开发利用对大同盆地的农业发展、社会经济进步、可持续发展以及当地环境的改善有重要意义。本文选取了自然、农业、社会等综合评价指标，结合专家经验，利用层次分析法对大同盆地盐碱荒地进行了开发利用适宜性评价，评价结果把盐碱荒地的盐碱程度由轻到重分为一级至六级，呈现出中间等级面积大，两端等级面积小的特点。一级和二级盐碱荒地盐碱程度最轻，土壤综合质量相对其他等级较高，开发潜力最大；三级和四级所占面积最大，其土壤理化性状具有盐碱荒地的典型特点，应作为盐碱荒地治理的重点；五级和六级盐碱程度重，难以改良。评价结果反映了目前大同盆地盐碱荒地，同时也是山西省盐碱地存在的主要问题：地下水位高、地下水矿化度高；农田基础设施弱，排水不畅；耕作管理较粗放，耕地质量总体水平低；耕层浅薄、土壤板结、土壤理化性质不良；配套基础设施建设薄弱，农业生态环境脆弱[22]。

针对盐碱荒地存在的问题和本次评价中每个等级的不同特点，进一步划分盐碱荒地的开发利用适宜区，以便合理地对大同盆地盐碱荒地进行开发利用。划分适宜区主要遵循的原则有：1.主要限制因素为主导的原则。盐碱荒地较主要的限制性因素有盐碱类型、盐分含量、地下水位等，以这些因素的限制性作为分区的一个原则，便于分区在地域上集中连片。2.多种适宜性中，优先开发耕地的原则。如土壤特点、肥力、生产潜力特征及自然环境等适宜开发耕地，则优先考虑耕地开发，其次考虑草地、林地和其他用地。3.开发利用措施相对一致的原则。选择开发利用措施相同或相近的地区划分为同一适宜性分区，便于盐碱荒地的开发利用。

一级、二级、三级和四级盐碱荒地盐碱程度较轻，面积约占盐碱荒地总面积的73.42%，盐碱类型以氯化物盐或硫酸盐为主的盐化类型，全盐量含量较低，通常在4 g·kg-1以下，地下水埋深通常大于2 m，适宜进行农业开发利用。此适宜区可以优先考虑开发为耕地，或种植牧草和灌木等耐盐碱作物。配合农艺措施和工程措施，井排井灌为主，增施有机肥，多施普钙磷肥，采用地膜覆盖玉米、小麦、甜菜等，或进行粮草轮作，如水电路网等条件便利，也可用作工矿企业用地或湿地公园。

五级盐碱程度较重，占总面积的18.07%，盐碱类型中不仅有氯化物盐和硫酸盐，还含有苏打盐，形成了多种盐化混合的类型，全盐量在4～7 g·kg-1之间，含量较高，大部分地区的pH值大于9，部分地区地下水埋深在2 m左右。本区域暂时不适宜开发利用，而是以保护为主，可适当种植牧草和灌木林等耐盐碱作物，发展井排井灌，开挖排水沟，打深井或引水灌溉，同时配合增施有机肥，结合平田整地、秋深耕，修缮田间路与生产路，种植防护林网等，条件允许也可以用作工矿企业用地。

六级的面积占盐碱荒地总面积的8.51%，主要由一些难以利用的盐碱土壤类型组成，如含有重碳酸根、碳酸根为主的苏打盐化类型和碱化类型，盐碱程度很重，全盐量在7 g·kg-1以上，地下水埋藏在2 m以上，地形低洼，雨季积水，不利于排水和养分分解释放，难以改良利用。仅具备工矿企业用地的条件，但要考虑与城镇的距离以及水、电和交通的便利程度。

此次评价基本摸清了大同盆地盐碱荒地的分布以及开发利用潜力状况，为科学合理地制定盐碱荒地开发利用规划、有效防止盐碱荒地面积的增加提供了参考。

致 谢

感谢大同市土壤肥料工作站和朔州市土壤肥料工作站对本研究中所用到的土壤采样点和地下水样品的采集、记录和分析化验。

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(编辑：武英耀)

Suitability Evaluation of Development and Utilization of Saline-alkali Wasteland in Datong Basin

Zhu Chuxin1,Zhang Jianjie2,Wang Jinmin3,Zhang Ouzhu3,Bi Rutian1*

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,TaiguShanxi030801,China; 2.InstituteofAgriculturalEnvironmentandResources,ShanxiAcademyofAgriculturalSciences,TaiyuanShanxi030006，China; 3.SoilandFertilizerWorkstationofShanxiProvince,TaiyuanShanxi030001,China)

For effective development of reserve potential of saline-alkali wasteland and use of land resources,based on the saline-alkali wasteland as the research area of datong basin,from the perspective of nature,society and agriculture selecting evaluation index,based on the AHP analytic hierarchy process (AHP),combined with the expert experience,the development and utilization of suitability was evaluated in the studied area.According to the evaluation score,the saline-alkali wasteland was divided into six grades,including salinity degree was the lightest,accounting for 12.10% of the total area,the secondary accounted for 16.07%,level 3 for 23.58%,level 4 for 21.67%,level 5 for 18.07% and level 6 of salinity degree heaviest,account for 8.51% of the total area.The level 1 to 4 was divided into appropriate arable land area,five area was divided into the waste grass,six levels was divided into other use area.The evaluation results set up a scientific and reasonable planning of development and utilization of saline-alkali wasteland,and provide the reference of preventing the increase of saline-alkali wasteland area.

Datong basin; Saline-alkali wasteland; Evaluation; Development and utilization

2014-11-12

2014-12-29

朱楚馨(1990-)，女(汉)，山西太原人，硕士研究生，研究方向：土地信息技术及应用

*通讯作者：毕如田，教授，博士生导师。Tel：0354-6288912；E-mail: brt@sxau edu cn

F323.21

A

1671-8151(2015)03-0311-07