王 宏，范英霞 ，高 珊，陈文平，樊亚辉 ，阿尔达克

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局 第一区域地质调查大队,新疆 乌鲁木齐 830013;2.郑州市信息资源管理中心,河南 郑州 450007； 3.新疆大学 干旱生态环境研究所,新疆 乌鲁木齐 830046)

对土地盐渍化的变化研究在西部干旱区绿洲环境演变中占据极其重要的地位[1]。国外利用卫星遥感进行土壤盐渍化监测研究始于 20 世纪 70 年代，多波段、多时相的遥感数据被广泛应用于盐渍土和盐生植被的监测、调查制图[2]。我国学者对土壤的盐渍化研究主要集中在盐渍化土壤的生态环境效应、土壤盐分积累及运移模型、生态地质环境及水化学环境、盐渍化土壤的改良等方面[3-4]。本文选择位于艾比湖流域生态系统中的博乐和精河2个绿洲作为研究对象，利用RS、GIS和GPS技术进行土壤盐渍化动态变化研究，为盐渍化治理与土地的科学管理提供有力依据。

1 数据源及方法

1.1 数据来源

基本数据包括：①研究区1990-10-05TM影像、2001-09-25ETM+影像和2010-10-12的TM影像；②1∶10万地形图及其矢量化数据；③土地利用图；④研究区历年的气象、水文地质、土壤、人口和社会经济等统计资料；⑤野外考察资料与GPS点相对应的土地利用照片数据库等。

1.2 研究方法

1）土地利用类型动态度。它是指某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为[5]：

式中，Ua、Ub分别表示a时刻和b时刻土地利用面积(单位km2)；T为a时刻到b时刻的研究时段长(单位a)。正值表示增加，负值表示减少。

2）转移矩阵。它可以全面而又具体地表现各种土地利用/覆盖类型变化的结构特征与各用地类型变化的方向，该方法源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述。转移矩阵的数学形式为：

式中，S代表面积；n代表土地利用/覆盖类型；i、j分别代表不同时期土地利用/覆盖类型[6]。在具体应用中，通常将该矩阵用表格形式表示。

2 遥感影像信息提取

野外选取研究区80个采样点，根据样点的含盐量以及参照相关文献[7]制定遥感图像盐渍化土壤信息提取方案（见表1），利用ENVI软件采用最大似然分类法对研究区进行分类，分类后采用合并类、聚类处理等。如果发现精度较低则再进行解译，再评价，直到获得一个符合精度要求的监督分类影像（见图1），最终得到符合分类精度要求的三期影像分类图[8]。

3 结果与分析

3.1 土壤盐渍化动态变化分析

从表2可以看出，研究区非盐渍化土壤分布的面积最为广泛，1990年和2001年分布面积基本没有发生变化，2010年比2001年面积增加了164.0 km2；轻度盐渍地呈现先增加后减少的趋势，2001年比1990年增加了400.09 km2，而2010年比2001年减少了287.79 km2；中度盐渍地在这20a里一直呈现下降的趋势，2001年比1990年下降了1.24%，到2010年面积下降到303.67 km2，百分比下降到3.75%；重度盐渍地在1990年分布面积最多，为366.35 km2，而后经历了先减少后增加的过程，至2001年面积减少了217.35 km2，然而从2010年到2001年的9a中面积又增加了93.17 km2；研究区极重度盐渍地分布面积最少，3年分别占研究区总面积的1.5%、0.51%和1.4%。

表1 研究区盐渍地类型含义及分类标准

图1 研究区土壤盐渍化分类结果图

表2 历年各类型盐渍化土壤面积统计表

表3可以真实地反映区域盐渍化地类变化的程度。2001～2010年极重度盐渍地动态度最大为17.26，说明极重度盐渍地从2001年到2010年发生了巨大的变化；重度盐渍地1990～2001年动态度为-5.39，2001～2010年动态度为6.25，说明面积增加的幅度比减少的幅度大；中度盐渍地在这20a里面积呈持续下降的趋势，且前11a比后9a下降的速度快；轻度盐渍地1990～2001年面积增加的幅度是2001～2010年面积减少幅度的2倍；非盐渍地动态度最小，在研究的20a间其面积基本没有发生变化。

表3 1990～2010年盐渍化地动态度统计表

3.2 土壤盐渍化转移矩阵分析

通过表4、表5可以看出：① 1990～2001年极重度盐渍转化为轻度盐渍地面积最多；2001～2010年有39.1 km2的极重度盐渍地转化为了其他盐渍地类；②1990～2001年重度盐渍地转化为轻度盐渍地的面积最多，为222.59 km2；2001～2010年有124.46 km2的重度盐渍地发生变化；③1990～2001年378.24 km2的中度盐渍地发生变化，其中中度盐渍地转化为轻度盐渍地的面积占中度盐渍地面积的50%以上，2001～2010年有30%的中度盐渍地转化为轻度盐渍地；④1990～2001年轻度盐渍地发生变化的面积为270.96 km2，2001～2010年面积发生转化的轻度盐渍地为626.51 km2，占轻度盐渍地总面积的78.20%；⑤1990～2001年有320.45 km2的非盐渍地发生变化，占非盐渍地总面积的4.74%，其中非盐渍地转化为轻度盐渍地的面积最多，为151.93 km2，2001～2010年轻度盐渍地未发生变化的面积为292.01 km2。

3.3 土壤盐渍化变化驱动力因素分析

1）气候因素。气候是形成盐渍化土壤的驱动力。本文选取研究区内4个气象站（阿拉山口、精河、博乐、乌苏）1990～2007年的气候资料：年平均气温为5.6～10.4 ℃，极端最高气温为44.2 ℃，极端最低气温为-36.4 ℃；空气干燥，常年多风，阿拉山口年均风速4.5～6.2 m／s（见图2）；降水稀少、蒸发强烈，年均降水量为26.7～268.6 mm, 年均蒸发量是年均降水量的8～34倍（见图3）。这种特殊的气候条件加速了土壤盐渍化的过程。

表4 研究区1990～2001年盐渍地转移矩阵

表5 研究区2001～2010年盐渍地转移矩阵

图2 研究区代表站年均温度和年均风速变化

图3 研究区代表站年均降水量变化

2）水文因素。在极端干旱区，水对区域生态环境的安全起到重要作用。水体的巨大变化改变水盐均衡体系，会影响到土壤盐渍化过程。艾比湖为准噶尔盆地最低洼地，湖面海拔为196 m，是地表水和地下水汇集的中心。艾比湖流域各河流补给以降水补给为主，其次是地下水。以地表径流的形式直接补给湖泊的河流有奎屯河、精河和博尔塔河，而流域内其他河流是通过地下潜流的形式补给湖泊[9]。由于近年来艾比湖入湖水量减少、湖面水位下降、湖水蒸发强烈、湖水矿化度不断增高，使得干涸湖底盐漠化，湖区周围地表裸露盐碱化现象明显。

3）人文因素。①盲目垦荒，造成次生盐渍地。人口的不断增加，出现了大量新开垦的土地，这些耕地主要来自于草地和盐碱地为主的未利用地，而草地主要位于绿洲和荒漠过渡地带，具有明显的盐碱化特性，通常采用灌水排盐的方式进行土壤改良，但因地下水位较高以及灌溉的影响，比较容易发生次生盐碱化现象[7]。②水资源不合理利用。上游大量引水灌溉导致入湖水量减少甚至部分河流断流，直接造成了流域生态环境的破坏。同时，人类为满足对水资源的充分利用，通过修建水库和灌溉排水渠道来对水进行调配，造成原有的湖滨平原较少得到水补给，出现干旱化和盐渍化。③土地利用不合理。过度开垦，破坏原有的生态环境，造成草地退化。农田内部化肥施用量过大，改变土壤物理性状、土壤结构，降低了土壤肥力，使农田内部土壤盐渍化加重。

4 结 语

本文选择生态脆弱的艾比湖区域绿洲作为研究对象，利用3S技术对该区域的土壤盐渍化问题进行了研究。结论如下：①研究区在近20a里，极重度盐渍地增加速度最快，2001～2010年动态度为17.26，相当于1990～2001年动态度的3倍，说明极重度盐渍地面积变化最为剧烈，重度盐渍地和轻度盐渍地变化次之，中度盐渍地变化较为缓慢，而非盐渍地面积变化最为缓慢。②气候、水文因素对盐渍化的形成影响较为明显，加之盲目垦荒、水资源利用不合理和土地利用不合理等，更加速了盐渍化的形成以及盐渍地面积的不断扩大，使得次生盐渍化现象更加严重。而土地资源遭受不同程度的盐碱化，会造成土地质量下降，引起植被退化、水土流失、黄沙漫舞等现象，自然灾害频繁发生，最终导致艾比湖整个流域生态环境不断恶化。

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