1986—2019年河套灌区土壤盐渍化动态变化规律及成因

李谷丰，黄洪照，苏春利，胡 甜，谢先军*

(1.内蒙古第十地质矿产勘查开发院，内蒙古 赤峰 024005 ；2.中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉 430078)

内蒙古河套灌区是我国最大的自流型灌区，具有广阔的耕地，是我国重要的商品粮生产基地，位于干旱内陆区，常年蒸发强烈、降水少，地下水水位较高，土壤盐渍化问题突出[1-2]，加上人类活动的影响，土壤次生盐渍化广泛分布[3]，监测和治理灌区土壤盐渍化演变迫在眉睫。随着遥感技术、GIS技术的发展，为大面积、重复获取区域多波段、多时相的信息，实时动态监测盐渍土演化状况提供了可能，更弥补了传统方法费时费力、测点少而代表性差、无法大面积实时动态监测的缺陷[4]。

土壤盐渍化是土壤中可溶性盐的富集过程，是不同的盐分重新分布复杂过程的结果，自然条件、系统特征、排水和用水管理不当都有可能导致盐渍化土壤的形成[5]，而盐渍化土壤的形成过程随时间和空间的动态变化很大，实现长期、稳定的土壤盐渍化演变动态监测对研究和治理土壤盐渍化十分重要。当前针对河套灌区土壤盐渍化演化长期监测的研究较少[6]，且缺少对河套灌区盐渍化土地空间结构变迁和景观格局变化特征的分析。因此，本文以内蒙古河套灌区为研究区，利用Landsat系列多光谱数据、地物光谱信息和地表特征对1986—2019年研究区盐渍化土壤进行解译分析，并基于研究区土壤盐渍化演变动态监测，结合景观格局指数探讨该地区长期的土壤盐渍化分布特征和变化规律，为了解研究区土壤盐渍化的变化特征，评估河套灌区土壤盐渍化控制措施的有效性提供依据。

1 研究区概况

内蒙古河套灌区(北纬40°19′～41°18′，东经106°20′～109°19′)位于黄河中段北岸的内蒙古自治区西部的巴彦淖尔市，北抵阴山，南临黄河，东至包头市郊，西部为沙漠，见图1。该河套灌区北部为阴山山脉的狼山和乌拉山的冲积、洪积平原，主体为冲积、湖积平原，灌区地形西高东低、南高北低，总体上向东北倾斜，北部排干处为较低洼地带，在地质构造上为封闭断陷盆地，地势平坦。河套灌区内主要含水系统为第四系孔隙含水层系统，地下水水位埋深较浅，在非灌溉期地下水水位埋深为1.50～4.26 m，在 10 月份的冬灌期地下水水位埋深可上升到0.50 m。地下水补给来源充沛，除灌溉及降雨补给之外，还有北部山前侧向径流和南部黄河侧渗补给；而潜水径流路径短，水动力较弱，径流排泄不畅，主要的排泄方式是潜水蒸发[1]。河套灌区属大陆性干旱、半干旱气候，气候干燥，降水量少，蒸发强烈，春、秋季节干燥并伴有大风，全年土壤积盐最高峰期在土壤冻结后(12月份至次年3月份)[5]。该地区年平均降水量为63～177 mm，且多集中于夏季 7～9 月份，约占全年降水量的2/3以上，年平均蒸发量在2 000 mm以上。

图1 内蒙古河套灌区地理位置

2 研究数据与方法

2.1 遥感数据的获取及预处理

本研究采用的遥感影像为美国国家航空航天局(NASA)的陆地卫星(Landsat)提供，影像来源为美国地质调查局(http://www.usgs.gov)。1972年以来，美国NASA陆地卫星提供了具有中等空间和光谱分辨率较为长期、连续、稳定的遥感影像[7]。根据目视及影像的云量参数情况，对1972—2020年研究区的Landsat系列遥感影像数据进行了初步筛选，选取1986—2019年研究区春季(3～5月份)、夏季(6～8月份)和秋季(9～11月份)39期轨道号为129031和129032的78景Landsat遥感影像数据(见表1)，用于探究河套灌区盐渍化土地的长期变化特征。图像预处理是在美国Exelis Visual Information Solutions公司旗下的ENVI平台进行的，在ENVI 5.3中使用GDEMV2 30m 分辨率的数字高程数据对所有遥感影像进行几何校正，保证其空间误差不超过1个像元，之后对遥感影像进行辐射定标、大气校正、拼接、裁剪，最终得到研究区多时段的多光谱遥感影像。

表1 1986—2019年研究区遥感影像数据参数表

2.2 分类方法与变化检测

当前常用的分类方法主要有监督分类和非监督分类，如支持向量机(SVM)、决策树分类等。传统的分类方法主要是根据各类地物的光谱信息特征来实现影像分类，但其对地物空间相互关系和其他特征利用不足[8-10]，对光谱信息比较复杂的地物区分能力不够。相比于传统的分类方法，决策树分类是机器挖掘的一种学习方法，它提供了对各数据层之间的非参数判别统计关系来生成二叉树，通过递归将训练数据像元分割成更多的同质子集，并根据训练样本定义的类别来度量同质性，可以按照地物光谱信息、空间关系和其余特征关系处理噪声数据并自动选择特征来完成整个分类过程，适用于多源数据，具有较高的分类精度[11]。在决策树分类中，CART (Classification And Regression Tree)算法相对稳定，已在大量研究中被成功应用[12-14]。因此，本文使用基于CART算法的决策树分类方法对研究区的土地利用类型进行分类，详细流程见图2。

图2 研究区土地利用类型分类流程图

图像分类后，采用分类后比较法工具Thematic Change Workflow对分类结果进行比较，分析不同时期遥感数据的地表变化特征，这是最常见的动态检测方法[15]。分类后比较法工具Thematic Change Workflow提供同一场景在不同时间拍摄[16-17]两个分类图像之间的信息和类型的变化情况。本文使用分类后比较法工具Thematic Change Workflow分别对1986—2003年和2003—2019年研究区春季、夏季和秋季土壤盐渍化的年际变化进行动态检测，以探究研究区土壤盐渍化的年际变化；对1986年、2003年和2019年研究区春夏季和夏秋季土壤盐渍化的季节变化进行动态检测，以探究研究区土壤盐渍化的季节变化特征。

2.3 解译标志与特征指数

土地利用类型种类繁多，已有许多研究提出各土地利用类型分类系统以满足不同的研究目的[15-17]。内蒙古河套灌区地势平坦，绝大部分土地都被开发为农业用地，其他多为无法开发的沙漠、岩质山体、荒地等。为了能够简明地了解研究区土壤盐渍化的空间分布特征和变迁，本文基于谷歌地图，结合先验知识和野外实地考察，将研究区遥感影像解译分为4种不同的土地利用类型，建立了研究区各土地利用类型的解译标志，见表2。

表2 研究区不同土地利用类型解译标志(标准假彩色合成)

研究区许多土地虽然已发生盐渍化，但仍在耕作种植中，由于水分和植物的影响导致土壤盐渍化特征不明显，另外植被覆盖率低的部分裸地则与盐渍化土地的反射率特征比较相近，所以为了准确地区分不同的土地利用类型，提高分类的精度，本文选取调整土壤亮度的植被指数、水体指数、土壤指数、非监督分类结果和多光谱影像叠加形成的综合多波段多源属性图像来开展遥感解译。

调整土壤亮度的植被指数(Soil-Adjusted Vegetation Index，SAVI)是Huete[18]为了解释背景的光学特征变化并修正归一化植被指数(NDVI)对土壤背景的敏感性而提出的，其可降低土壤背景的影响，是可适当描述土壤-植被系统的模型，适用于植被覆盖率低的地区，其表达式如下：

(1)

式中：R为红光波段(Landsat TM/ETM+的Band3、Landsat8 OLI的Band4)的反射率；NIR为红光波段和红外波段(Landsat TM/ETM+的Band4、Landsat8 OLI的Band5)[19-20]的反射率;L为先验的土壤调整常数,研究区适合取0.5[21]。

在Landsat TM/ETM+遥感图像中，水域具有独特的光谱特征，其第2、3波段光谱值之和大于第4、5波段光谱值之和。因此，对2013年以前的遥感图像，使用下式：

Indexwater=(Band2+Band3)-(Band4+Band5)

(2)

对于Landsat8 OLI遥感影像，相应的计算公式为

Indexwater=(Band3+Band4)-(Band5+Band6)

(3)

穗帽变换(Tasseledcap Transform，TC)是由Kauth等[22]提出的一种特殊的主成分变换方法，是通过对Landsat遥感数据的各个波段分别赋予固定的权重进行线性变换，得到多个新轴，其中第1个新轴(TC1)就是由非植被特性决定的“土壤亮度(Soil Brightness)”指数，反映了土壤对光线的反射强度和裸露程度，更有助于识别裸地，其与第2个新轴(TC2)的“绿度”(Greenness)指数构成互补。在本次研究中，对于Landsat TM/ETM+数据，采用土壤亮度(TC1)指数表征土壤特征，其计算公式如下：

TC1=0.290 8×Band1+0.249 3×Band2+0.480 6×Band3+0.556 8×Band4+0.443 8×Band5+0.170 6×Band7

(4)

对于Landsat8 OLI数据，土壤亮度(TC1)指数的计算如下：

TC1=0.290 98×Band2+0.249 3×Band3+0.480 6×Band4+0.556 8×Band5+0.443 8×Band6+0.170 6×Band7

(5)

上式中：Band1、Band2、Band3、Band4、Band5、Band6、Band7均为Landsat影像中波段的反射率。

2.4 景观格局指数

景观格局指数是用来提取景观格局信息，反映景观空间格局特征的定量指标，可表征生态系统的形态学特征[23]。景观格局特征可以在3个层次上分析：单个斑块、由所有同种单个斑块组成的斑块类型以及包括所有单个斑块类型的整个景观镶嵌体。相对地，景观格局指数亦可分为斑块水平上的指数、斑块类型水平上的指数和景观水平上的指数。其中，斑块类型水平上的指数主要表征同一类型所有斑块的统计学特点，对于描述和理解不同类型斑块的景观格局特征十分重要[24]，本文利用3种斑块类型水平上的景观格局指数来反映各种土地利用类型斑块在不同时期的变化特征，探究其土地利用类型斑块的景观格局特征，见表3。

表3 斑块类型水平上的景观格局指数

3 研究结果与讨论

3.1 研究区盐渍化土地总体特征

长期以来，内蒙古河套灌区分布着大量的盐渍化土地，盐渍化土地面积整体呈现下降趋势，但在不同年份其分布特点存在一定的差异。其中，1986年研究区春季盐渍化土地空间分布面积大、集中程度高，延展走向与干沟干渠方向一致，主要分布于农业用地之间，其中在义长灌域东南部、乌拉特灌域西部和解放闸灌域西部地区盐渍化土地聚集程度较高(见图3)。

根据1986—2019年土地利用类型面积变化曲线(见图4)可以看到:1986—1995年间研究区春季盐渍化土地面积整体上都平稳在1 200 km2，占比在12%上下变化，尽管该时期盐渍化土地面积的变化不大，但在研究区东部的义长灌域和乌拉特灌域内盐渍化土地集中程度降低，盐渍化土地变得更破碎;1995—2003年间研究区春季盐渍化土地面积从1 263.91 km2下降到205.35 km2，占比降为1.9%，进入到一个快速下降的时期，盐渍化土地面积下降速度为105 km2/a，至2003年盐渍化土地仅在解放闸灌域西部和义长灌域内分布较为集中，其余灌域内其分布较为零散；在2003年之后，研究区盐渍化土地面积在300 km2上下浮动，其主要分布于研究区中部的永济灌域和西部的解放闸灌域内。郭姝姝[25]指出，1996—2002年间为内蒙古河套灌区盐渍化土地面积明显下降时期，其前后两个时间段为盐渍化土地面积变化较稳定期。1986年以来，研究区农业用地的面积有所增加，由1986年的6 086.74 km2增加到2000年的7 718 km2，此后农业用地的面积维持在7 000 km2左右；裸地面积比较稳定，维持在20%左右，多为难开发为农业用地的岩质山体和荒漠，主要分布于狼山及研究区西部的乌兰布和沙漠，少部分零散分布于农业用地之中。

图4 1986—2019年研究区不同季节土地利用类型面积变化曲线

1986年研究区夏季盐渍化土地较为零散，主要分布于乌兰布和灌域和永济灌域内，大部分盐渍化土地发生于裸地和农业用地的边界和水体周边，农业用地中间零散分布着少许的盐渍化土地(见图5)。30余年来，研究区夏季盐渍化土地面积整体上也是下降的，但是下降幅度相对较小，盐渍化土地面积是在1998年开始下降的，1986—1998年间研究区盐渍化土地面积在300 km2左右，1998年以后则在100 km2左右。

图5 1986—1998年研究区夏季土地利用类型分布图

1986年研究区秋季盐渍化土地相比于夏季分布连续性和聚集程度更高，主要分布于研究区北部总排干两边、乌兰布和灌域和永济灌域内，发生于农业用地间和排干周边，走向与渠系方向相一致，而解放闸灌域和义长灌域内盐渍化土地相对较少，零散分布于农业用地之间(见图6)。研究区秋季盐渍化土地面积变化与春季相似，1995之前和2003年之后的时间段是两个稳定期，而1995—2003年间则是其面积下降比较快速的时期，1995年之前研究区秋季盐渍化土地面积稳定在700 km2左右，然后从1995年的700.58 km2下降至2003年的148.56 km2，该时期研究区北部总排干周围的盐渍化土地面积减少较多，乌兰布和灌域和永济灌域内的裸地盐渍化程度也有所减轻；2005—2019年研究区盐渍化土地面积在300 km2以内波动，此时期面积较大的盐渍化土地主要分布在永济灌域和乌兰布和灌域内的裸地周边，而农业用地间的盐渍化土地较为零散(见图6)。

图6 1986—2019年研究区秋季土地利用类型分布图

整体来看，春季和秋季是内蒙古河套灌区两个积盐期，其中以春季反盐最为严重，相比于春季，夏季和秋季研究区盐渍化土地面积明显较少[3,26]。此外，在两个积盐期研究区盐渍化土地的分布区域也有所不同，春季由于受到灌溉作用的影响较小，盐渍化土地分布区域更加广泛，而经过一整年的农业灌溉，秋季盐渍化土地在排干周边的聚集程度更高。夏季尽管不是积盐期，但是研究区中部永济灌域内的裸地、水体周边和西部乌兰布和灌域内也分布着不少的盐渍化土地。

3.2 研究区盐渍化土地迁移及景观格局

由1986—2019年研究区春季土地利用类型转移分布图(图7)可以看出：1986—2003年间研究区春季盐渍化土壤面积减少1 427.52 km2，新增86.10 km2，净减1 341.42 km2，主要转变为农业用地，少量转变为其他土地利用类型，发生转变的盐渍化土地主要集中在研究区的东部、北部和西北部，中部和西部也有较可观的盐渍化土地转变为农业用地，新增的盐渍化土地来源主要为农业用地和裸地，集中分布在研究区的西部乌兰布和灌域和永济灌域内，解放闸灌域西北部也有较多的其他土地利用类型重新转为盐渍化土地，另有较多的农业用地转为裸地[见图7(a)]；2003—2019年研究区春季盐渍化土地面积减少140.03 km2，主要去向为农业用地83.25 km2，少量转变为其他土地利用类型，主要分布在研究区西部乌兰布和沙漠中的水体周围，同期盐渍化土地面积累计新增275.61 km2，来源主要是农业用地和裸地，其面积分别为212.44 km2、62.70 km2，农业用地返盐渍化土地面积增加，新增盐渍化土地主要分布在研究区中部的永济灌域、解放闸灌域西部和黄河沿岸，其他灌域由零散的小面积农业用地转变为盐渍化土地[见图7(b)]。张银辉等[27]研究指出灌区的生态环境具有脆弱性、易变性和稳定性偏低的特点，不科学的人类灌溉活动容易导致农业用地重新产生次生盐渍化。

图7 1986—2019年研究区春季土地利用类型转移分布图

由1986—2019年研究区盐渍化土地景观格局指数变化曲线(见图8)可以看出：1986—2003年间研究区春季盐渍化土地的MPS、PSCOV、AWMSI变化比较强烈，反映了这一时期盐渍化土地经历了比较大的变迁，1986年研究区春季盐渍化土地的MPS、PSCOV、AWMSI和盐渍化土地面积都在相对较高的水平，体现该年份盐渍化斑块拥有较高连续性的同时拥有数量较多的斑块，盐渍化斑块之间的大小差异性较大，离散程度较高，而且斑块形状较为复杂，说明该时期研究区大量分布大面积连片的盐渍化斑块，盐渍化斑块受到人类活动的影响较小，斑块形状是相对更加复杂的自然形状；1986—1995年间研究区春季盐渍化土地的MPS、PSCOV都呈较快的下降趋势，而盐渍化土地面积变化平稳，反映该时期研究区盐渍化斑块正趋向于破碎，而从研究区春季盐渍化土地分布图(见图3)可以看出，义长灌域东南部和乌拉特灌域内的农业用地间大块连片的盐渍化土地变得破碎，与此同时AWMSI的持续下降显示盐渍化斑块的形状在该时期变得愈加规则，说明此时的人类活动对盐渍化土地的改造作用比较强烈，景观格局受到人类活动的干扰作用在增加[28]；在1995—2003年间研究区春季盐渍化土地的MPS保持较快的下降，PSCOV和AWMSI下降趋势变缓，盐渍化土地的面积也在持续下降，体现该时期盐渍化斑块在减少的同时趋向于破碎，大块连片的盐渍化斑块在不断萎缩变小，人类活动对盐渍化斑块的改造作用仍在持续；2003—2019年间研究区春季盐渍化土地的MPS、PSCOV、AWMSI和盐渍化土地的面积在较低水平维持稳定，说明这个时期盐渍化土地趋于稳定，保持一个比较破碎零散的特征，人类活动对盐渍化土地的开发程度也相对较高。

图8 1986—2019年研究区盐渍化土地景观格局指数变化曲线

由研究区夏、秋两季土地利用类型转移分布及土地类型季节变化图(见图9)可以看出：

图9 研究区夏、秋两季土地利用类型转移分布及土地类型季节变化图

(1) 1986—2003年间研究区夏季盐渍化土地减少区域主要分布于义长灌域和乌拉特灌域内，该时期盐渍化土地减少面积为305.61 km2，主要转变去向为农业用地，同时期盐渍化土地面积累计新增87.62 km2，新增区域主要分布于研究区西部乌兰布和灌域内，主要来源是裸地。这是因为夏季为农业种植时期，在人类活动改造作用的影响下，盐渍化土地相对较为破碎零散且形状较为规则，该季节盐渍化土地的MPS、PSCOV和AWMSI整体上都处于相对较低的水平。1986—2003年间研究区盐渍化土地的MPS有少许上升，PSCOV则波动下降，说明该时期研究区较小的盐渍化斑块变少，向较大的盐渍化斑块趋近，此时盐渍化土地的AWMSI整体上呈波动下降的趋势，说明盐渍化土地受到人类活动改造的影响程度升高。

(2) 2003—2019年间研究区夏季盐渍化土地面积减少103.36 km2，新增5.10 km2，该时期减少的盐渍化土地主要分布于研究区西部的乌兰布和灌域内，而新增的盐渍化土地零散分布于研究区中部和东部的大部分区域，主要转变去向为裸地，主要来源变为农业用地。此时盐渍化土地的MPS整体上是下降的，而PSCOV和AWMSI都稳定在较低的水平，说明该时期研究区盐渍化土地在保持较高人类活动改造影响程度的同时大块的盐渍化斑块在萎缩变小。

(3) 1986—2003年间研究区秋季盐渍化土地面积减少660.63 km2，减少区域分布于研究区大部分区域，其中以北部总排干两边的盐渍化土地聚集连续程度最高，主要转变为农业用地和裸地，同时期盐渍化土地面积累计新增70.67 km2，分布较为零散，主要来源是农业用地和裸地。此时盐渍化土地的MPS、PSCOV和AWMSI都有所下降，体现该时期研究区盐渍化斑块向破碎和形状规则转变，盐渍化土地面积受到人类活动改造的影响程度升高。

(4) 2003—2019年间研究区秋季盐渍化土地面积减少132.27 km2，新增24.25 km2，主要去向仍然是农业用地，主要来源变为裸地。此时盐渍化土地的MPS、PSCOV和AWMSI整体上都在较低水平保持平稳，体现该时期研究区的盐渍化土地进入一个平稳时期，人类活动改造的影响程度趋于稳定。

(5) 研究区春季到夏季的土地利用类型变化中主要是盐渍化土地转变为农业用地，1986年转变区域分布于研究区的大部分地区，其中以解放闸灌域西部和乌拉特灌域较为连续集中，2003年研究区东部的转变区域变少，转变集中的区域变为解放闸灌域和永济灌域内，2019年的转变区域与2003年相似，但是转变的面积更少。

(6) 研究区夏季到秋季的土地利用类型变化中以农业用地转变为盐渍化土地为主，1986年转变较为集中的区域为研究区北部总排干地区，2003年主要转变区域为永济灌域内，2019年的转变区域与2003年相似，但是转变的面积变少。导致1986年研究区秋季北部总排干处大量积盐的原因可能是由于灌溉水携带大量可溶性盐进入总排干，而该时期总排干渗水问题较为严重，灌溉水在总排干两侧外渗后蒸发积盐。任志远等[29]研究指出1995年3月解决总排干渗水问题后，排干两边的土壤盐渍化问题得到了较大的改善。

3.3 研究区土壤盐渍化的影响因素

通过将研究区土壤盐渍化的影响因素的多年变化[见图10(c)]与盐渍化土地面积变化曲线(见图4)进行对比发现:1986—2003年间研究区春季盐渍化土地面积与地下水水位埋深(本文将灌区观测井整年数据的平均值定义为地下水水位埋深)的多年变化趋势具有相似性，两者的变化曲线均在1995年之前保持平稳，1995—2003年间保持较快的下降速度，2003年之后保持缓慢的下降趋势。

图10 研究区土壤盐渍化的影响因素年度和月均变化图

分别将1986—2003年7个年份和2005—2019年6个年份的研究区盐渍化土地面积与同年的年均降雨量、年均气温、年均地下水水位埋深、当年灌溉水量和上一年灌溉水量进行相关性分析，得到研究区盐渍化土地面积与各影响因素之间的相关性分析结果，其相关系数均在α=0.05水平上显著，如图11、图12所示。

图11 1986—2003年研究区盐渍化土地面积与影响因素之间的相关性分析结果

图12 2005—2019年研究区盐渍化土地面积与影响因素之间的相关性分析结果

通过分析图11可以发现：

(1) 1986—2003年间研究区春季、夏季和秋季盐渍化土地面积与地下水水位埋深的相关性最高，相关系数分别为-0.71、-0.80、-0.72,说明该时期地下水水位埋深是研究区盐渍化土地产生的主导因素。

(2) 1986—1995年间地下水水位埋深相对较浅，盐渍化土地面积的变化与地下水水位埋深的变化趋势并不相同，而与上一年灌溉水量的变化趋势相同。王学全等[5]研究指出，尽管该时期乌梁素海至黄河出水口工程及总排干已经完成建设，但是由于灌区地下水无法排泄，田间排水工程不配套，灌溉水难以向排干汇集，导致上一年灌溉水滞留田间蒸发，其溶解的可溶性盐及自身所带的盐分蒸发积盐都对研究区春季土壤盐渍化产生了重要的影响。

(3) 1995—2005年间研究区盐渍化土地面积随着地下水水位埋深的持续下降而不断缩小，灌溉水量在此期间有所上升， 但对研究区盐渍化土地面积的影响并不大，年均降雨量和年均气温等变化对其的影响也不大，可见该时期地下水水位埋深主导着盐渍化土地面积的变化。张义强等[30]研究指出，1995年国家以田间设施为主的第三次水利建设完成，大量完善了田间排水设施，有效控制了研究区地下水水位以及土壤盐渍化发展；马冬梅等[31]的研究也反映河套灌区排入乌梁素海湖的水量在1995年达到高峰。

(4) 夏季盐渍化土地面积除了受到地下水水位埋深的影响外，盐渍化土地面积与当年灌溉水量呈高度正相关关系(r=0.70)，从多年年均地下水水位埋深可以看出夏季是研究区地下水水位埋深的高峰期，而该时期正值夏灌期间，灌溉水量对地下水水位的埋深变化具有重要影响，因此推断该时期灌溉水量通过影响地下水水位埋深的方式来影响研究区盐渍化土地面积的变化。邹超煜等[3]研究指出，河套灌区的灌溉活动伴随着地下水水位的抬升，且短时间内无法排泄而蒸发积盐，致使大量的良田土壤盐渍化。

通过分析图12可以看出：

(1) 地下水水位埋深与研究区春季盐渍化土地面积的相关性变小，尽管年均地下水水位埋深依旧缓慢下降，但是研究区盐渍化土地面积不再持续下降，此时的地下水水位埋深是2 m左右。张义强等[30]研究指出，在河套地区将地下水水位埋深控制在1.8 m以下即可有效控制盐渍化土地的规模。与此同时，研究区春季盐渍化土地面积与上一年灌溉水量呈高度正相关关系(r=0.78)，在地下水水位埋深较深且排水通畅的情况下，上一年灌溉水量越多，输入研究区土壤中的盐分也就越多，尽管灌溉水能够将一部分表层土壤的盐分淋洗并排出，但仍有许多的灌溉水携带着盐分留存于土壤中，较多的灌溉水进入土壤中还会使得由于多年灌溉留存于深层土壤中的盐分运移至浅层，并在来年春季蒸发返盐，此时则表现出春季盐渍化土地面积与上一年灌溉水量呈正相关的现象。

(2) 地下水水位埋深对研究区夏季盐渍化土地面积变化的影响下降，此时盐渍化土地面积与年均降雨量之间的相关性最高(r=-0.48)，可能是由于研究区夏季为降雨高峰期，且该时期排水设施比较完善，聚集于地表的可溶性盐可以伴随着雨水入渗并较快排出，因此此时的降雨量是控制研究区盐渍化土地面积变化的重要因素之一。成萧尧等[32]研究指出，自1998年节水改造开始之后，河套灌区缩减了灌溉用水，在节水条件下降雨量一定程度上能够促进排盐。当年灌溉水量很大一部分用于春灌，由于地下水排泄不畅，前半年灌溉水自身带来的盐分大量滞留在浅层土壤中，从多年月均地下水水位埋深可以看出夏季是研究区地下水水位埋深的高峰期，此时上升的毛细水会将灌溉水滞留于浅层土壤的盐分重新带回地表。因此，当年灌溉水量对研究区夏季盐渍化土地面积变化有一定的影响。

(3) 研究区秋季盐渍化土地面积与地下水水位埋深之间的相关性系数为-0.57，与当年灌溉水量之间的相关性系数为0.48，说明地下水水位埋深对秋季盐渍化土地面积的影响下降，当年灌溉水量对研究区秋季盐渍化土地面积的影响有所上升，其原因可能与春季相似，在秋灌后有些无法排出的灌溉水经过蒸发作用后返盐，出现灌溉水量越多，盐渍化土地面积越大的现象。

4 结 论

(1) 1986—2019年间，内蒙古河套灌区春季和秋季盐渍化土地面积呈下降趋势，其中1995—2005年间是这两个季节盐渍化土地面积明显下降时期，其前后为两个较稳定的时间段。1986—2003年间，研究区春季盐渍化土地面积的减少区域主要分布在义长灌域和乌拉特灌域内，秋季盐渍化土地面积减少的区域为研究区北部总排干两边、乌兰布和灌域和永济灌域内，两个季节新增盐渍化土地区域集中在乌兰布和灌域和永济灌域内；2003—2019年间研究区春季盐渍化土地主要分布于研究区中部的永济灌域和西部的解放闸灌域内，夏季盐渍化土地的聚集程度最低，下降幅度较少，主要分布于裸地、水体周边。研究区各个季节的景观格局指数下降趋势先快后缓，反映了河套灌区盐渍化土地先快速变得破碎后逐渐稳定，受到人类活动改造的影响程度升高后趋于稳定。

(2) 对研究区盐渍化土地面积与上一年灌溉水量、当年灌溉水量、年均降雨量、年均气温、年均地下水水位埋深进行相关性分析，结果表明：1986—2003年间研究区春季、夏季和秋季3个季节盐渍化土地面积与地下水水位埋深的相关性最高(相关系数r分别为-0.71、-0.80、-0.72)，说明1986—2003年间地下水水位埋深是研究区盐渍化土地产生的主导因素。2005—2019年间，研究区各个季节盐渍化土地面积的主导因素不尽相同，其中：春季盐渍化土地面积与上一年灌溉水量呈显著正相关关系(r=0.78)，在地下水水位埋深较深且排水通畅的情况下，上一年灌溉水量对来年春季盐渍化土地面积变化有重要的影响；夏季盐渍化土地面积则与年均降雨量的相关性最高(r=-0.48)，在排水设施比较完善和节水条件下，夏季的大量降雨对地表盐分的淋洗对盐渍化土地面积的变化起着重要作用；秋季盐渍化土地面积与地下水水位埋深的相关性系数r为-0.57，与当年灌溉水量呈正相关(r=0.48)，而地下水水位埋深对盐渍化土地面积的影响下降，此时的灌溉水量对于盐渍化土地的影响有所上升，其原因可能是在秋灌后有些无法排出的灌溉水经过蒸发作用后返盐，出现了灌水越多盐渍化土地越多的现象。