张利华

(中国地质大学地球科学学院地理系，武汉 430074)

基于ALOS影像的内蒙古杭锦后旗土地盐渍化程度分级

张利华

(中国地质大学地球科学学院地理系，武汉 430074)

土地盐渍化是影响区域生态环境质量和农业生产安全的重要因素，掌握其区域分布规律对盐渍化的预防和治理具有重要意义。基于ALOS影像和实地调查、土壤样品分析数据建立内蒙古杭锦后旗农用地盐渍化等级划分标准和遥感解译标志，分析了不同地物在不同波段的光谱特征，获得杭锦后旗土地盐渍化等级分类图。结果表明，杭锦后旗农用地盐渍化严重，中度以上盐渍化农用地占土地总面积的15.76%，占农用地总面积的25.68%；重度以上盐渍化农用地占土地总面积的3.28%，占农用地总面积的5.33%。研究区微度和轻度盐渍化农用地分布最广，中度盐渍化农用地分布比较分散，重度盐渍化农用地和盐土则主要沿灌渠和海子边缘分布，由西北向东南重度以上盐渍化土地比例有增加的趋势。

ALOS影像；杭锦后旗；光谱特征；土地盐渍化程度分级

0 引言

土地盐渍化是在特定气候、水文、地质、地形及土壤等自然因素以及灌溉不当等人为因素综合作用下发生的土壤盐化与碱化的土地质量退化过程，是造成土地资源短缺和生态环境恶化的主要原因之一。据国家统计局资料显示，我国盐渍化土地总面积约为3 466.7×104hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带[1]。因此,监测不同等级盐渍化土地的时空分布，对掌握土地盐渍化的演变规律及其预防具有重要意义。基于卫星影像和遥感分析技术对区域土地盐渍化进行监测具有实时性、动态性、省时、省力等特点，是监测大尺度区域土地盐渍化及其变化的重要途径[2-7]，但在分析精度上仍存在诸多困难，需要结合地面调查和土壤样品分析等手段来提高分析结果的准确度。

土地盐渍化是内蒙古杭锦后旗的主要环境问题之一。干旱的气候条件、高含盐量的成土母质、高矿化地下水、灌排失调引起的地下水位过高等条件造成杭锦后旗土地盐渍化严重[8-10]。本文基于2010年8月的ALOS影像和实地调查、土壤样品分析数据建立杭锦后旗土地盐渍化分级标准和遥感解译标志，提取研究区不同等级的土地盐渍化空间分布信息，并对提取精度进行评价，以期为干旱半干旱地区土地盐渍化状况快速监测提供一个可行的方法。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

杭锦后旗位于内蒙古自治区巴彦淖尔市西部，地处河套平原，地理位置在E106°34′～107°24′，N40°26′～41°13′之间，南北长约87 km，东西宽约52 km，总面积约1 767 km2，辖8个镇、109个行政村和一个农场，总人口约31.2 万。该旗属中温带大陆性气候，冬季漫长寒冷，夏季短促温热，风多雨少，蒸发强烈，年日照时数平均4 449.6 h，年均气温8.7 ℃，年均无霜期126 d，年均降水量135.9 mm，年均蒸发量1 984.3 mm。旗内地貌为冲击平原、洪积平原和河漫滩，地势西南高，东北低，由西南向东北微度倾斜。境内由12条分干渠、68道支渠、267道斗渠、4 100道农渠、12 900道毛渠组成了纵横交错的灌水渠系网络，年均径流总量为7.895 8 亿m3。

1.2 数据源

本研究所采用数据源包括主信息源和辅信息源。主信息源为卫星遥感影像，采用日本陆地卫星ALOS影像，包括分辨率为2.5 m的PRISM全色影像和10 m的AVNIR-2多光谱影像(B1： 0.42～0.50 μm，B2： 0.52～0.60 μm，B3： 0.61～0.69 μm，B4： 0.76～0.89 μm)，成像时间为2010年8月，投影系为高斯-克吕格投影。根据土地覆盖光谱特征和各波段的应用范围，选择4，3，2波段进行分析，经过地面控制点配准后合成假彩色图像(R(4)G(3)R(2))，然后将掩模后的多光谱图像和全色图像基于主分量法[11-12]进行融合，获得全旗融合影像(图1)，进行影像判读和地物的监督分类。辅信息源包括杭锦后旗相关年鉴、地下水埋深和水位数据以及地图集、行政区划图等图件。

图1 杭锦后旗ALOS融合影像Fig.1 Fused image of ALOS in Hanggin Rear Banner

2 研究方法

2.1 样品采集与分析

图2 杭锦后旗表层土壤样品采集点位Fig.2 Distribution of soil sampling point in Hanggin Rear Banner

2.2 杭锦后旗农用地盐渍化程度分级

表1 杭锦后旗农用地盐渍化程度分级标准Tab.1 Classification standard of agricultural land salinization in Hanggin Rear Banner

2.3 盐渍化土地的光谱特征和解译标志

2.3.1 基本地物光谱特征

依据土壤样品分析数据和GPS数据，在ERDAS9.2软件平台上建立各实测点感兴趣区(regions of interest,ROI)，提取ALOS影像上各ROI的灰度值(DN)，绘制不同地物样本的光谱特征折线图(图3)。

图3 杭锦后旗不同地类的像元DN均值分布Fig.3 Mean DN value distribution of different landscape in Hanggin Rear Banner

由图3可见，在ALOS融合影像中除近红外波段(B4)外，建设用地、沙地及河流的像元DN值均高于盐渍化土地，而湖泊的DN值最低。对于盐渍化农用地来说，像元DN值在绿波段(B2)和红波段(B3)均随土地盐渍化程度的加剧而升高，原因是随着盐渍化程度的加剧，地表出现结晶盐壳，提高了反射率；而在B4波段微度和轻度盐渍化土地的DN值高于其他程度盐渍化，原因是ALOS影像的成像时间是8月份，微度盐渍化土地和轻度盐渍化土地上长有植被，而植被在B4波段的反射率很高。盐土、重度盐渍化和中度盐渍化土地的DN平均值的折线趋势相似，微度盐渍化和轻度盐渍化土地DN平均值的折线趋势相似。

从地物的各波段光谱特征分析可知，像元DN值在B2和B3波段的变化趋势为建设用地>沙地>河流>盐土>重度盐渍化>中度盐渍化>轻度盐渍化>微度盐渍化>湖泊；像元DN值在B4波段的变化趋势为微度盐渍化>建设用地>沙地>轻度盐渍化>河流>盐土>重度盐渍化>中度盐渍化>湖泊，其中建设用地、沙地、河流、盐土、重度盐渍化、中度盐渍化、微度盐渍化土地像元DN值差别明显，易于区分；而中度盐渍化和轻度盐渍化土地虽然在B2和B3波段的DN值接近，但可以借助于B4波段的植被光谱效应进行区分。

2.3.2 盐渍化土地的解译标志

研究区不同程度的盐渍化土地地表覆盖特征如图4所示。

(a) 盐土(b) 重度盐渍化土地 (c) 中度盐渍化土地

(d) 轻度盐渍化土地 (e) 微度盐渍化土地 (e) 沙化土地

图4 杭锦后旗不同程度盐渍化土地地表覆盖特征

Fig.4 Land cover characteristics of different land salinization degree in Hanggin Rear Banner

结合实地调查、土壤样品分析、地物DN平均值分析、ALOS融合影像的色调、亮度、纹理等特征，建立了研究区不同地物类型的解译标志(表2)。

表2 基于 ALOS影像的杭锦后旗不同地类的解译标志Tab.2 Interpreting marks of different land types in Hanggin Rear Banner based on ALOS image

3 结果与分析

依据解译标志和22个样品采集点的光谱特征建立了9种地物类型的训练区，基于 ERDAS9.2平台和最大似然监督分类方法获得杭锦后旗土地盐渍化分类图。选用未参与训练的24个样品采集点和实地拍照数据为检验样本，选取200个离散点计算总分类精度和Kappa系数，总分类精度为86.00 %，整体Kappa系数为0.832 1,具体数据见表3。

表3 杭锦后旗不同地类的分类精度评价Tab.3 Accuracy evaluation of different land types classification in Hanggin Rear Banner

表3显示,重度盐渍化的分类精度比其他地类的分类精度低，分析认为是因为有部分建设用地被划分到了重度盐渍化类型里，结合目视解译对最大似然监督分类结果进行了修正，得到杭锦后旗地类分类图(图5)。由图5可知，杭锦后旗中度以上盐渍化土地和微度/轻度盐渍化土地交错分布，不同程度的盐渍化土地呈现大小不同的斑块状；中度盐渍化土地分布比较分散，多与微度盐渍化和轻度盐渍化农用地呈镶嵌分布；重度盐渍化土地和盐土主要沿灌渠和海子边缘分布，且两者多呈相邻分布；由西北向东南重度以上盐渍化土地比例有增加的趋势；靠近北部狼山山前洪积扇、西部乌兰布和沙漠等地区分布有少量的重度盐渍化土地和盐土。

对不同地类面积及其占杭锦后旗总面积的比重进行统计，结果见表4。

表4 杭锦后旗不同地类面积及比重Tab.4 Area and proportion of land types in Hanggin Rear Banner

杭锦后旗土地盐渍化程度很高，中度以上盐渍化土地占总土地面积的比例达16.59%，重度以上盐渍化土地占总土地面积的4.1%。另外，对杭锦后旗农用地盐渍化程度的统计(表5)也发现，中度以上盐渍化农用地占农用地总面积的25.68%，重度以上盐渍化农用地占农用地总面积的5.33%。表明农用地的盐渍化程度相当严重。

表5 杭锦后旗不同程度盐渍化农用地面积及比重Tab.5 Area and proportion of salinized agricultural land in Hanggin Rear Banner

4 结论

1)本文基于主分量法对ALOS全色影像和多光谱影像进行融合，与土壤样品分析和实地调查结果相结合，建立了研究区农用地盐渍化程度分级标准和遥感解译标志，将研究区农用地分为微度盐渍化、轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化和盐土5个等级。

2)研究区盐渍化农用地的DN值在B2和B3波段随盐渍化程度的加剧而升高；在B4波段则由于植被光谱效应使得微度盐渍化和轻度盐渍化土地的DN值高于其他等级盐渍化土地。

3)研究区农用地盐渍化严重，中度以上盐渍化农用地对农业生产影响显著，其面积占农用地总面积的比例高达25.68%，分布比较分散；重度以上盐渍化农用地占农用地总面积的5.33%，主要沿灌渠和海子边缘分布。为了改善研究区的生态环境和保障农业生产安全，需要采取措施防止盐渍化面积和程度进一步扩大。

4)本研究为干旱半干旱地区土地盐渍化程度分级及其空间分布特征分析提供了可行的办法，对河套平原土地盐渍化时空变化规律分析也具有借鉴意义。不足之处是由于训练区选择、图像质量和分类方法等原因获得的杭锦后旗地类分类图的总分类精度为86.00 %，在研究区域扩大时分类精度可能会有所下降，需要结合其他分类方法和辅助数据进一步提高遥感盐渍化分级的分类精度。

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(责任编辑： 李瑜)

Study of land salinization of Hanggin Rear Banner in Inner Mongolia based on ALOS image

ZHANG Lihua

(FacultyofEarthSciences,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Land salinization can lead to the degradation and disappearance of soil resources, so it is an important factor affecting the eco-environmental quality and agricultural production security, especially in arid and semi-arid environments. Land salinization is a main environmental problem in Hetao irrigation area of Inner Mongolia including Hanggin Rear Banner, because of arid climate, high salinity soil material, highly mineralized groundwater, and high groundwater level caused by improper irrigation and drainage. In this study, the intensity of land salinization was divided into five grades according to lab data of surface soil samples. Interpreting marks and spectral characteristics of different landscapes in Hanggin Rear Banner were built and analyzed by using ERDAS, fused ALOS image, field investigation and lab data of surface soil samples. The map for classification of land salinization in Hanggin Rear Banner was compiled based on interpreting marks, spectral characteristics and supervised classification method. The results indicate that the area of slightly salinized land (total content of water-soluble salt is 0～0.3%), weakly salinized land (total content of water-soluble salt is 0.3%～0.5%) , moderately salinized land (total content of water-soluble salt is 0.5%～1.0%) , strongly salinized land (total content of water-soluble salt is 1.0%～1.6%) and saline soil (total content of water-soluble salt is more than 1.6%) are 181.38 km2, 658.45 km2, 213.96 km2, 41.86 km2and 28.38 km2respectively. The land whose content of water-soluble salt is lower than 0.5% has little influence on agricultural production. The salinized land possesses as high as 55.02% of the total area in Hanggin Rear Banner. The salinized agricultural land with water-soluble salt content more than 0.5% accounts for 15.76% of the total area and 25.68% of the total agricultural land respectively, and the salinized places are distributed dispersedly among agricultural lands. The salinized agricultural land with water-soluble salt content more than 1.0% accounts for 3.28% of the total area and 5.33% of the total agricultural land respectively, and the salinized places are mainly distributed around irrigation channels and lakes, with their proportion tending to increase from northwest to southeast. The results have an important significance for land salinization control and eco-environment improvement in the Hetao irrigation area of Inner Mongolia.

ALOS image; Hanggin Rear Banner; spectral characteristics；classification standard of land salinization

2013-12-11；

2014-01-25

国家杰出青年科学基金项目(编号： 40425001)及中央高校基本科研业务费专项资金项目(编号： 2011019017)共同资助。

10.6046/gtzyyg.2015.01.19

张利华.基于ALOS影像的内蒙古杭锦后旗土地盐渍化程度分级[J].国土资源遥感,2015,27(1):121-126.(Zhang L H.Study of land salinization of Hanggin Rear Banner in Inner Mongolia based on ALOS image[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(1):121-126.)

X 87

A

1001-070X(2015)01-0121-06

张利华(1974-)，女，副教授，博士,主要从事环境遥感及土地退化等方面的研究。Email: huaz83@gmail.com。