松辽平原土地盐碱化动态监测与遥感分析

马驰

摘要：以1975年MSS遥感影像、1990年TM遥感影像、2012年CBERS遥感影像为信息源，建立科学的遥感解译标志与盐碱化分类体系，结合GIS的分析方法，对松辽平原38年间土地盐碱化动态变化进行研究。结果表明，松辽平原盐碱化土地的面积总体呈增加趋势，土地轻度盐碱化呈先增加后减少的趋势，中度盐碱化、重度盐碱化均有增加的趋势，其中重度盐碱化增加的速度较快。1975—1990年期间，松辽平原土地盐碱化在面积和程度上呈扩大和加重的趋势，恶化面积远大于逆转面积，生态环境趋于恶化；1990—2012年间，研究区内盐碱化逆转势力较强，逆转的土地面积已经接近于恶化的面积，说明整个区域盐碱化的状况有所改善。盐碱土地重心分析结果表明，松辽平原盐碱化土地的重心在38年内有向东、向北偏移的趋势。

关键词：遥感；地理信息系统；土地盐碱化；松辽平原；重心

中图分类号： TP79；S127 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0495-03

土地盐碱化一般发生在干旱、半干旱地区，主要是由于排水不畅而导致地下水位上升或土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在土壤表层，当土壤盐分含量过高（超过0.3%）就会形成盐碱化土壤[1]。作为一种环境灾害，土地的盐碱化会导致土壤肥力下降，造成田地减产甚至弃耕，严重威胁生态环境安全及国民经济可持续发展[2-3]。据联合国粮农组织统计，全世界盐碱化土地约为 9.5 亿hm2，占地球陆地总面积的7.3%。我国是受盐碱化影响的最严重国家之一，盐碱化土地面积达到1.0亿hm2，约占总国土面积的1/4。因此，保护耕地、监测土地盐碱化是有效解决我国人口粮食问题、实施国家可持续发展的必由之路。对土地盐碱化监测的传统方式是通过野外实地观察、采样，其劳动强度大、工作效率低。遥感技术的诞生，是由于其具有观察范围广、信息量丰富等特点，而将遥感技术应用于获取土壤盐碱化信息，并以GIS处理、分析遥感影像中的土壤盐碱化信息，为人们实时、动态监测大区域土地盐碱化提供一条良好的方法[4-7]。本研究以1975年MSS遥感影像、1990年TM遥感影像、2012年CBERS遥感影像为数据源，利用GIS的分析方法，对松辽平原土地盐碱化进行动态监测与分析。

1 研究区概况

松辽平原位于大兴安岭、小兴安岭和长白山之间，北起嫩江中游，南至辽东湾，气候为中温带大陆性季风气候，四季分明，春季干燥多大风，夏季炎热且降雨量较集中，秋季凉爽温差较大，冬季寒冷少雪，年平均降水量400～600 mm，平均蒸发量为1 000～1 800 mm。这种特殊的气候地与理位置，使该地区极容易发生土地盐碱化灾害。松辽平原是世界三大苏打盐碱土分布区之一，也是我国最大的苏打盐碱土分布区。20世纪中叶以来，受全球气候变暖、我国人口的迅猛增加以及对土地资源的过度开发利用等多方面影响，松辽平原的生态环境日趋恶化，部分土地盐碱化、草场退化严重[8-10]。

2 技术与方法

在前人研究基础上，选取覆盖松辽平原全区无云或少云的1975年MSS遥感影像、1990年TM遥感影像及2012年CBERS 遥感影像作为信息源，以1 ∶ 10万地形图为基础对遥感影像进行几何精校正，校正误差小于1个像元，保证3期遥感影像的空间一致性；通过野外实地调研，辅以研究区地形图、土壤、气候、水文等资料，建立遥感影像的解译标志；在MapGIS下采用人机交互解译的方法获得研究区内土地盐碱化信息，并利用其空间分析功能，对松辽平原土地盐碱化信息进行统计与分析，探索松辽平原38年来土地盐碱化的时空变化规律。

2.1 遥感影像中盐碱土信息的解译

本试验在对MSS、TM、CBERS遥感影像进行综合判读的基础上，结合研究区地物的自然属性、辅助资料以及野外调研结果，建立研究区内盐碱土的遥感解译标志（表1）。将处理后的3期遥感影像根据遥感解译标志在MapGIS系统中进行人机交互解译。在解译过程中，在遥感影像中精确地勾绘出不同类型盐碱土的边界，以供后期分析。

2.2 盐碱土信息的统计与分析

将MSS、TM、CBERS等3个时期遥感影像解译得到的盐碱图斑在MapGIS系统中进行空间统计分析、叠加分析，获得1975—1990年、1990—2012年间的变化规律，并引入重心偏移等表征参数建立盐碱化土地重心迁移模型，衡量松辽平原土地盐碱化38年间的变化趋势。

3 结果与分析

3.1 盐碱化土地面积统计

遥感影像的解译结果显示，松辽平原内重度盐渍化主要分布在嫩江、第二松花江东侧的黑龙江省大庆市、肇源县及兰西县西部；嫩江与第二松花江西侧的松原市松花江与第二松花江之间低洼地带、白城市镇赉县、通榆县和松原市的乾安县、长岭县及长春市西部；轻、中度盐渍化散布范围较大，但基本包含在长轴为北东方向的以黑龙江省齐齐哈尔市富裕县、绥化市兰西县、内蒙古通辽市科左后旗吉尔嘎朗镇、通辽市扎鲁特旗查布嘎图为4个端点的平行四边形范围内，如图1、图2、图3所示。

对解译结果图进行统计，结果（表2）显示，1975年松辽平原盐碱化土地的面积为19 049 km2，其中重度盐碱化土地 1 292 km2，占盐碱化土地面积的6.8%；中度盐碱化土地面积 6 281 km2，占盐碱化土地面积的33%；轻度盐碱化土地面积11 467 km2，占盐碱化土地面积的60.2%。1990年盐碱化土地面积23 824 km2，其中重度盐碱化土地面积 3 292 km2，比1975年增加2 000 km2；中度盐碱化土地面积 7 543 km2，比1975年增加1 262 km2；轻度盐碱化土地 12 989 km2，比1975

年减少1 501 km2。2012年盐碱化土地面积25 269 km2，其中重度盐碱5 504 km2，比1990年增加2 212 km2；中度盐碱土地面积10 120 km2，比1990年增加 2 577 km2；轻度盐碱化土地9 645 km2，比1990年减少 3 344 km2。

3.2 土地盐碱化的动态分析

为了揭示松辽平原土地盐碱化的空间动态变化规律，本研究利用MapGIS空间分析功能，将3期盐碱化遥感解译数据在MapGIS中进行叠加分析。为了分析研究方便，将研究区内土地类型分级赋属性（表3），叠加的结果被划分为强烈逆转、逆转、稳定、恶化、强烈恶化5个级别（表4），得到松辽平原土地盐碱化3期数据的动态变化。

松辽平原土地盐碱化动态分析结果显示，1975—1990年期间，研究区内盐碱化发生逆转和强烈逆转的面积为 7 565 km2，恶化和强烈恶化的面积为15 982 km2，稳定的面积为7 338 km2，说明在这段时间内松辽平原土地盐碱化在面积和程度上呈扩大和加重的趋势，生态环境趋于恶化（图4）；1990—2012年间，研究区内发生强烈恶化和恶化的面积为 10 889 km2，强烈逆转和逆转的盐碱化土地面积为8 457 km2，处于稳定状态的为10 859 km2，表明该时期研究区内逆转势力较强，已经接近于恶化的土地面积，说明整个区域盐碱化的状况有所改善（图5）。

1975—1990年期间，土地盐碱化主要发生在黑龙江和吉林2省。其中，强烈恶化类型在松辽平原西南部广大地区普遍存在，并沿河流、湖泊、行政边界分布，主要集中在白城东部、大庆南部、松原西部。恶化类型更加普遍，主要分布于松原、大庆、白城的全部地区以及齐齐哈尔的南部、绥化的西南部。逆转类型在研究区内分布比较分散，主要分布于白城南部，松原西南部。强烈逆转类型在研究区只有零星分布，主要分布在湖泊、沼泽的周围地区，与1990年前后东北地区为丰水年份，湖沼水位上涨，淹没了周围的盐碱地有关。1990—2012年期间，发生逆转及强烈逆转的盐碱化土地面积较大。其中，盐碱化土地发生强烈逆转的面积比较小，零散分布在湖泊沼泽周围。逆转类型主要分布于松辽平原盐碱化边缘地带，尤其是绥化西部、大庆东北部、齐齐哈尔市的音河、鲁河及嫩江沿岸，白城西部与科尔沁右翼前旗，松原市长岭县等地；强烈恶化只有零星分布，相对集中于大庆市与安达市交界地区。恶化类型面积较大，主体仍分布在黑龙江大庆、绥化、齐齐哈尔以及吉林白城、松原市。

3.3 盐碱土地重心变化分析

为了定量分析松辽平原土地盐碱化的时空演变规律，本研究引入土地利用空间变化指数中的重心计算方法，建立盐碱土重心迁移模型[11-12]：

X=∑ni=1（Ci×Xi）/∑ni=1Ci；Y=∑ni=1（Ci×Yi）/∑ni=1Ci。

式中：X、Y为盐碱土重心的坐标；Ci为第i个盐碱土斑块的面积；Xi、Yi分别表示第i个盐碱土斑块重心的坐标。

根据公式计算3期盐碱土斑块的重心坐标，连接各个时期重心点，得到盐碱土重心的移动规律以及松辽平原土地盐碱化的变化规律。分别计算松辽平原3期各类型盐碱地重心坐标，并以折线按类型连接得到盐碱土重心迁移规律图（图6）。图6显示，松辽平原盐碱地重心位于白城市以内，1975—2012年间松辽平原盐碱土整体向东偏移15.1 km，其中重度盐碱化土地重心向北偏东27.286°，偏移34.9 km；轻度盐碱化土地重心向南偏东7.605°，偏移15.1 km，从两者重心偏移规律和面积变化规律上推断，松辽平原轻度盐碱化土地在一定程度上向重度、中度盐碱化土地转化。这主要是受气候和人类活动等因素影响，松辽平原土地盐碱化格局变化剧烈，一方面1990年以后轻度盐碱化土地面积有所减少，另一方面北部重度盐碱土变化程度远大于南部。

1975—1990年，松辽平原盐碱土总体向北偏东68.742°，偏移19.3 km。其中，重度盐碱化土地重心向北偏东 15.945°，偏移50.9 km，偏移速率达3.2 km/年；中度盐碱化土地重心向北偏东79.695°，偏移11.2 km；轻度盐碱化土地重心向北偏东85.236°，偏移24.1 km。1990—2012年，松辽平原盐碱化土地重心总体向南偏西26.565°，移6.7 km。其中，重度盐碱化土地重心向南偏东6.659°，移18.1 km；中度盐碱化土地重心向北偏东63.435°，偏移17.9 km；轻度盐碱化土地重心向南偏西52.305°，偏移27.8 km。

4 结论

通过对松辽平原38年间盐碱化土地重心变化的分析可知，20世纪中后期，受全球气候变化及人类活动等因素的综合影响，松辽平原土壤环境受到很大影响，土地盐碱化的面积总体上呈增加趋势。轻度盐碱化呈阶段性变化，经历了一个从缓慢增加到快速减少的过程；中度盐碱化、重度盐碱化均有增加的趋势，其中重度盐碱化增加的速度较快，而中度盐碱化经历了一个从缓慢增加到快速增加的过程。松辽平原土地盐碱化动态分析结果表明，1975—1990年间，松辽平原土地盐碱化在面积和程度上呈扩大和加重趋势，生态环境趋于恶化；1990—2012年间，研究区内盐碱化逆转势力较强，逆转的土地面积已经接近于恶化的面积，说明整个区域盐碱化的状况有所改善。盐碱化土地重心变化分析结果表明，松辽平原盐碱化土地的重心在38年内有向东、北偏移的趋势，其中重度盐碱化土地重心向北偏东27.286°，偏移34.9 km；轻度盐碱化土地重心向南偏东7.605°，偏移 15.1 km，从两者重心偏移规律和面积变化规律可推断，松辽平原轻度盐碱化土地在一定程度上向重度、中度盐碱化转化。

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