渭干河-库车河绿洲土壤盐渍化时空变化及其影响因素分析

吐尔逊·艾山

（1.新疆维吾尔自治区农业资源区划办公室，新疆 乌鲁木齐 830004；2.农业部遥感应用中心乌鲁木齐分中心,新疆 乌鲁木齐 830004）

土壤盐渍化作为影响区域生态环境稳定性、限制作物长势、制约农业生产以及发展的障碍因素之一，已上升为全球问题，并受到国内外学术界的广泛关注［1-5］。掌握土壤盐渍化空间分布、程度、类型和动态变化及其驱动因素，有助于人们更好地管理和防治土壤盐渍化，保护土地资源，提高农业生产量［6-9］。

我国盐渍化土地总面积达3600×104hm2，全国盐渍化耕地面积占我国耕地总面积的6.62%［5］，尤其是干旱半干旱地区的新疆最为典型，据统计新疆现有耕地中31.1%的面积受到不同程度的盐渍化危害，分布广阔，类型众多，被称为世界盐碱土的博物馆［10］。近50年来，渭干河-库车河绿洲人口激增，受经济利益的驱动，大规模开垦，绿洲景观格局不断发生变化［11］。由于该绿洲气候干旱、土地过度利用和水资源匮乏，加之耕地重用轻养，土壤盐渍化问题仍然突出［12-13］。阿迪力江［14］等利用渭干河-库车河绿洲1989年TM，2001年ETM+及2007年ALOS遥感影像数据，结合野外调查数据，对研究区盐渍地动态变化情况进行了分析。近10年来绿洲内部及交错带区域内的大面积开垦以及在新修建排碱渠的排盐作用下，该绿洲的土地利用/覆被及盐渍化情况发生了较大的变化。阿迪力江［14］等人的研究范围包含离绿洲较远的东部和南部很大区域，而这些离绿洲较远的区域和人类生产生活的关系不大。因此，文章在前人研究［14］的基础上，对渭干河-库车河绿洲核心区域的土壤盐渍化变化情况进行了分析。这一研究结果在掌握该绿洲核心区当前土壤盐渍化变化情况及驱动因素，以及在该绿洲土地资源保护及相关政策的制定等方面具有重要意义。

1 研究区概况

渭干河-库车河绿洲是典型的扇形平原绿洲，地处塔里木盆地北缘［15］。平原区干燥度系数为44.37，年蒸发量为1374.1mm，降水量为46.4mm，蒸发量是降水量的29.6倍，植被稀疏，属于大陆性暖温带干旱气候［16-19］。因灌区气候干燥、农业灌溉不合理、土地下层透水性差、蒸发强烈等原因，研究区存在地下水位高，土壤盐碱化严重，作物减产，自然植被死亡等问题［20］。平原区次生盐渍化土地面积较大，土地的氮磷钾及有机质含量较低，绿洲大部分土地质量属于中等地［19、20］。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

文章采用的遥感图像有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数据；野外调查及收集资料所获取的研究区水文、土壤、社会经济资料及野外调查资料；9次野外采集（2006年7月至2016年7月）所获得的土壤特性数据（八大离子、含盐量、矿化度、电导率、pH值等）。

2.2 遥感影像前期处理

利用历年多次野外考察GPS定点记录信息及灌区1：5万地形图资料，在遥感软件（ERDASIMAGINE9.2）的支持下对研究区遥感图像进行了投影转换、格式转换、几何精校正等处理。然后对研究区域进行图像切割，切割后的研究区图像范围为：左上角：41°51′59″N ，82°11′23″E；右下角：41°02′46″N，83°38′57″E;切割面积为9696.70km2。

2.3 分类

2.3.1 分类方法

文章利用野外调查中所获得的解译标志点及土壤样品室内化验数据，以及按照各景观类型在遥感图像上的分布及形状特征［21］，确定了研究区景观类型的分类方案。按照研究区景观类型情况划分重度盐渍化地、水体、非盐渍化地、中轻度盐渍化地以及其它地类等5个景观类型，结果见表1。光谱角分类（SAM）方法是一个分类精度和稳定性比较高的分类方法，因此，本研究利用SAM分类方法对渭干河-库车河绿洲进行图像分类［22、23］。

表1 遥感图像的分类标准

2.3.2 分类精度检验及分类后处理

文章随机选取300个检验点，针对景观类型分类结果进行检验。同时，利用渭干河-库车河绿洲2001年土地利用图、不同时期野外调查数据及历年统计数据，对各时期分类结果进行评估，具体分类精度如表2所示。对各时期分类图进行噪声处理后得到的分类结果图（图1）如下。

图1 研究区分类图

表2 信息提取精度表

时间 类型 用户精度 生产者精度 系数 总体精度2006年0.88289.925 2011年0.875188.587 2016年非盐渍地其它地类水体重度盐渍化地中轻度盐渍化地非盐渍地其它地类水体重度盐渍化地中轻度盐渍化地非盐渍地其它地类水体重度盐渍化地中轻度盐渍化地非盐渍地其它地类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 结果与分析

3.1 各景观类型的动态变化特征分析

（1）从表3中可以看出，各时期研究区段，渭干河-库车河绿洲景观类型的面积及比例发生了明显变化。研究区内非盐渍地呈一直增长趋势，表明非盐渍地在景观中的优势有所增加。1989-2016年期间，这一景观类型的面积从原来的3226.56 km2增加到4801.16 km2，27年增加了1574.6 km2，在景观中所占比例从1989年的33.28%增加到2016年的49.51%。这主要跟最近几年来绿洲外围开垦的零星分布的农田有关。

（2）在整个研究时段内，中轻度盐渍化地面积的变化不是很明显，其中，在1989-2001年期间呈减少趋势，2001-2016年期间呈逐渐增长趋势。1989年面积最大为2611.499 km2，2016年为2682.455 km2，这27年来增加了71.81 km2。

（3）重度盐渍化地的面积一直呈下降趋势，即由1989年的2294.87 km2下降到2016年的874.654 km2，累计减少了1420.715 km2。1989年其它景观类型的面积为1401.57 km2，2001年的为1504.29 km2，之后一直在减少，到2016年其它景观类型的面积减少到1124.1 km2。这种变化跟研究区内戈壁、沙漠及其它未利用地的开发利用及大面积开垦等人为因素有关。整个研究期间水体面积的变化不明显。

文章对研究区单一土地利用动态度进行计算与分析，如表4所示。

表3 土地覆盖面积统计表/km2

表4 土地覆盖结构变化/km2

从研究区景观格局结构变化表（表4）中可以看出，1989-2011年期间研究区LUCC发生了普遍变化。

（1）1989-2016年，非盐渍地的动态度为1.81%，面积增加了1574.6km2，年均增加58.32km2，是增长面积最多的景观类型，这主要是与渭干河-库车河绿洲内部大量开垦荒地，而导致农用地面积不断扩大及周边其它类型面积不断减小有关。

（2）1989-2016年，中轻度盐渍化地的动态度为0.102%。1989-2001年，中轻度盐渍化地的面积有减少趋势，减少了667.4 km2，而2001-2016年有逐渐增长趋势，2001-2016年各监测时段，中轻度盐渍化地分别增长了414.12 km2、213.63 km2和111.463 km2，动态度分别为4.26%、1.81%和0.87%。1989-2016年整体上看，中轻度盐渍化地面积变化总体上不大，累计增多了71.81 km2。

（3）1989-2016年，重度盐渍地的动态度为-2.29%，面积累计减少了1420.715km2，年均减少了52.62km2，是减少面积最多的景观类型。从表4可以看出，重度盐渍化地的减少速度较快。

（4）1989-2016年，其它地类的动态度为-0.727%，面积减少了272.128 km2。1989-2001年，其它地类的面积有增长趋势，增长了104.864 km2。2001-2016年各监测时段，其它地类的面积分别减少了146.131km2、6 km2和226.861 km2，动态度分别为-1.95%、-0.089%和-3.36%，呈逐渐减少趋势。

（5）研究区水体面积的变化主要受季节性灌溉及绿洲外围积水的影响。1989-2016年研究区内没有永久性的水域面积增多或减少趋势。

3.2 转移矩阵分析

获得研究区5个时期的景观类型信息后，利用ArcGIS软件对研究区各时期景观类型进行空间分析。景观类型的转移概率矩阵信息如表5-8所示。

表5 研究区1989-2001年土地覆盖类型面积转移矩阵/km2（%）

表6 研究区2001-2006年土地覆盖类型面积转移矩阵/km（2%）

2006 2001年非盐渍地 中轻度盐渍化地 重度盐渍化地 水体 其它重度盐渍化地水体其它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 研究区2006-2011年土地覆盖类型面积转移矩阵/km2（%）

表8 研究区1989-2016年土地覆盖类型面积转移矩阵/km2（%）

表5-8中可以看出各个时期各种景观类型之间的相互转化趋势和量数。

（1）表5中可以看出，重度盐渍化地、中轻度盐渍化地和水体的转移概率变化比较大，即转移概率分别为47.86%、56.16%及63.12%，1989-2001年，其它地类的转移概率为19%左右，非盐渍地的转移概率为11.1%左右。其中，23.29%和19.91%的重度盐渍化地分别转化为中轻度盐渍化地和非盐渍地；15.8%和29.33%的中轻度盐渍化地分别转化为重度盐渍化地和非盐渍地；1989-2001年，63.12%水体转化为各地类。

（2）表6中可以看出，水体、中轻度盐渍化地和重度盐渍化地的变化比较大，即转移概率分别为60.55%、41.35%和63.94%。其它地类的转移概率为24.83%，非盐渍地的转移概率为9.53%，其中，41.63%和17.51%的重度盐渍化地分别转化为中轻度盐渍化地和非盐渍地；24.47%和10.56%的中轻度盐渍化地分别转化为重度盐渍化地和非盐渍地；2001-2006年，60.55%水体转化为各地类。

（3）表7中可以看出，水体、中轻度盐渍化地和重度盐渍化地的变化比较大，即转移概率分别为57.23%、32.09%、57.28%，其它地类的转移概率为17.28%，非盐渍地的转移概率为10%左右。其中，43.44%和10.59%的重度盐渍化地分别转化为中轻度盐渍化地和非盐渍地；10.76%和14.71%的中轻度盐渍化地分别转化为重度盐渍化地和非盐渍地；2006-2011年，57.24%的水域发生变化。

（4）表8中可以看出，从1989年到2016年的27年，0.934%和0.194%的非盐渍地转化为中轻度盐渍化地和重度盐渍化地，这主要与研究区内大量开垦荒地及部分开垦地被废弃有关。非盐渍地面积的增多，即25.106%的重度盐渍化地、31.96%的中轻度盐渍化地和15.896%的其它地类分别转化为非盐渍地。35.688%的重度盐渍化地转化为中轻度盐渍化地。

4 结论

（1）1989-2016年整体上看，渭干河-库车河绿洲土壤盐渍化类型有变化，总体呈逐渐减轻的趋势，其重度盐渍化减少比较明显，累计减少了1420.715 km2，年均减少了52.62 km2，中轻度盐渍化地面积变化总体上不大，累计增多了71.81 km2。非盐渍地面积具有一直增加的趋势，累计增加了1574.6 km2，是研究区各景观类型中面积最大的类型。

（2）经研究区的地物转移分析发现，各土地覆盖类型之间面积转换频繁，研究区非盐渍地面积增加了很多，但也存在部分非盐渍地转化为中轻度盐渍化地和重度盐渍化地的现象。整个研究时段内，重度盐渍地面积减少了很多，各时期重度盐渍地、中轻度盐渍化地及其它地类转化为非盐渍地的转移概率也比较大。

（3）干旱的气候条件、丰富的盐分来源、较浅的地下水位埋深并且较高的地下水矿化度等自然因素决定了土壤盐渍化空间分布的大体趋势，大规模绿洲水土资源开发利用间接地再影响土壤盐渍化的空间变化过程。

（4）研究区内的大量开垦导致了非盐渍地面积不断增长，但是这些耕地很容易受到不同程度次生盐渍化影响，而大量开垦的耕地很难持续利用。而把这些土地作为耕地资源利用会带来水资源、生态环境等方面的一系列问题，尤为慎重。