王 婷，辛 蕊，陆忠军※，张有智，付 斌，黄 楠，刘 凯

（1. 黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所，哈尔滨 150086；2. 黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086）

0 引言

土壤盐碱化是备受全球关注的环境热点问题，造成耕地质量下降、草场退化等，导致生态系统脆弱和资源利用率下降，又被称之为“不毛之地”，盐碱地的动态监测是盐碱地治理的前提。相比于传统的盐碱地研究方法，遥感技术更加省时、快速。近年来，利用遥感技术与ArcGIS相结合对盐碱地进行动态监测已成为研究热点。杨佳佳等［1］基于环境减灾卫星（HJ-1A）高光谱数据，利用最小二乘法回归模型对大庆盐碱地多种指标进行反演，并采用决策二叉树方法对试验区盐碱地进行了等级划分。高会等［2］以1992年、2011 年TM 影像位数据源，采用监督分类，提取盐碱耕地信息，分析盐碱耕地空间分布特征。王俊枝等［3］以第一次地理国情普查数据和Landsat TM/OLI、GF-1卫星影像为数据源，对2006—2014年耕地盐碱化进行动态监测，对不同盐碱化程度农田植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）时空变化特征进行分析。韩霁昌等［4］通过实验测定土壤理化性质分析盐碱地利用的障碍因子，研究盐碱地利用障碍因子的高光谱特征，建立其遥感定量反演模型。我国松嫩平原是世界最大的三大盐碱地分布区之一，也是次生盐碱发生最频繁的区域，盐碱地总面积约为2.9万km2，占我国盐碱地总面积的9.2%。因此，对松嫩平原盐碱地进行监测，为盐碱地治理提供数据参考和技术支撑。邹滨等［5］利用RS和GIS技术分析了区域内1992—2001年土地盐碱化演化特征，并在此基础上利用条件约束空间分析测算模型对松嫩平原西部通榆县未来49年内的土地盐碱化演化趋势进行了预测。刘世梁等［6］等基于2000年、2005年和2010年TM影像解译获取的土地利用数据与2000—2012 年增强型植被指数（EVI）的序列数据，结合传统景观格局方法分析大安市盐碱地的动态变化。花锦溪等［7］以MODIS影像为主要数据源，结合野外实测样点建立回归模型，对松嫩平原土壤含盐量进行定量反演。

安达市位于松嫩平原中部，受自然因素和人为因素的干扰，土地盐碱化现象明显，存在大量盐碱地。文章以安达市为研究区，基于Landsat 遥感影像数据，分析近20 年盐碱地时空分布特征，并因地制宜的提出相关治理建议，以期为盐碱地的治理和开发利用提供参考依据，对建设生态农业和促进区域发展有重要意义。

1 研究区概况

安达市地处黑龙江省西南部松嫩平原腹地（图1），地理坐标为（124°53'～125°55'E，46°01'～47°01'N），与大庆市接壤，与兰西县、青冈县、肇州县等比邻，行政区下辖13 镇1 乡。区域土地总面积为3 646.56 km2，其中耕地面积为1 489.41 km2，主要种植作物为玉米［8］，草地面积为1 219.40 km2，林地面积为299.49 km2。研究区属于北温带大陆性半干型季风性气候，年降雨量少，蒸发量大，降雨集中在6—9月，年平均降雨量为429 mm。年均气温为3.2℃，年均日照2 596 h，无霜期116 d。土壤类型以草甸土和黑土为主。地貌类型为松花江、嫩江冲积一级阶地。研究区海拔在134～212 m之间，地势平坦，雨季排水不畅，导致土壤盐渍化严重。

图1 研究区示意图Fig. 1 Schematic diagram of the study area

2 数据处理

2.1 数据来源

该文研究运用到的数据情况如下表，遥感数据主要来源于对地观测数据共享中心下载5 月和6 月的TM 影像，云量均小于5%；土地利用数据来源于土地利用数据来源GOLBELAND30全球地理信息平台，DEM数据来源于地理空间数据云；社会经济数据来源于安达市统计年鉴。

表1 数据来源Table 1 Data sources

2.2 数据处理

对下载好的影像进行预处理，首先运用ERDAS对下载的TM影像进行1～7波段的合成；然后应用ENIV5.3对合成的影像进行增强处理。通过辐射定标将影像的DN值转化为辐射亮度值；通过FLAASH 大气校正模块工具消除大气分子等散射对地物反射的影响。最后，利用ArcGIS提取出安达市影像区域，进行盐碱地信息提取。

2.3 盐碱地信息提取

依据研究区影像的地物光谱信息，采用人机交互和非监督分类方法对盐碱地信息进行提取。基于安达市TM影像、土地利用图、地貌图和GPS实地考察资料，建立盐碱地解译标志（表2）。通过假彩色合成对影像进行增强处理。运用最大似然法进行非监督分类，将分类后的结果与原影像进行对比，受“同谱异物”的影响，提取的盐碱地信息存在一定误差［9］。该文运用混淆矩阵法对提取的盐碱地信息进行评价，分类的精度为88%，满足研究要求。

表2 盐碱地解译标志Table 2 Interpretation marks of saline-alkali soil

该文通过野外采样点进行精度验证，将验证点与盐碱地分布矢量图进行空间叠加，计算分布在各类盐碱地的点数。2022年共采集验证点150个，其中非盐碱地50个，轻度盐碱地40个，中度盐碱地45个，重度盐碱地15个。非盐碱地、轻度盐碱地、中度盐碱地、重度盐碱地精度分别为92.16%、93.35%、90.65%、91.72%，总精度为92.46%。

3 结果分析

3.1 盐碱地时空变化

研究区的盐碱地总体分布情况呈片状集中分布，呈现由北向南的发展趋势。轻度盐碱地主要分布在草地周围；重度盐碱地多分布在水系周边，并存在盐碱化较严重的盐碱泡；中度盐碱地主要集中在重度盐碱地周围。由表3得出，2002年和2022年的盐碱地总面积分别为938.54 km2、857.20 km2，占研究区总面积的25.74%和23.51%。两个时段的轻度盐碱地面积占总盐碱地面积的39.31%和38.64%，面积变化率为-11.39%。中度盐碱地面积占总盐碱地面积的32.03%和41.70%，面积变化率为18.90%。重度盐碱地面积占总盐碱地面积的28.66%和19.66%，面积变化率为-37.33%。总体来看，20年间研究区盐碱化情况有所减轻。

表3 盐碱地面积统计情况Table 3 Statistics of saline-alkali land area

图2 盐碱地空间分布Fig.2 Spatial distribution of saline-alkali land

3.2 盐碱地转移分析

通过ArcGIS面积统计工具得出2002—2022年研究区各类型盐碱地转移情况，由表4可知，近20 年研究区盐碱地转化呈现多元化，土地盐碱化程度整体有所减轻。2002—2022 年，有48.33 km2盐碱地转化为非盐碱地。轻度盐碱地有21.08 km2转移到中度盐碱地。中度盐碱地有16.96 km2转移到轻度盐碱地，有8.03 km2转移到重度盐碱地；重度盐碱地有33.44 km2转移到轻度盐碱地，有67.63 km2转移到中度盐碱地。总体来看，研究区盐碱地面积减少81.34 km2，盐渍化程度有一定程度的减轻。

表4 2002—2022盐碱地转移矩阵Table 4 Saline-alkali land transfer matrix from 2002 to 2022

3.3 盐碱地重心迁移

根据ArcGIS重心迁移模型计算研究区盐渍化土地的坐标，分析安达盐碱地空间动态变化。近20 年盐碱地重心较为稳定，集中在安达的中西部。2002 年盐碱地重心坐标为（125°40'52″E，46°50'45″N），2022年移至（124°54'33″E，46°30'44″N），总体向西南方向迁移了8 km。综上所述，研究区土地盐碱化程度有东北向西南迁移，但由于针对盐碱化较轻的土地采取治理措施，该时段的盐碱化程度整体有所减轻［10］。

3.2 盐碱地景观特征变化

借助Fragstas 和ArcGIS 对安达盐碱地景观格局指数进行分析，近20年研究区盐碱地斑块数量有所减少，虽然斑块密度变化较小，但仍可见安达市盐渍化程度减轻。最大斑块指数有所减少，较大且严重的盐碱地斑块破碎化为多个零星地块，景观存在一定程度破碎化。聚合度指数的减少和分离度指数增加，说明盐碱地由少数聚集的大斑块变为多个零散的小斑块，进一步说明了研究区盐碱地景观呈现一定破碎化趋势。

表5 盐碱地景观格局指数Table 5 Landscape pattern index of saline-alkali land

4 讨论与结论

4.1 讨论

土地盐碱化是自然因素和社会经济因素共同作用的结果。通过对2002—2022安达盐碱地时空变化分析，盐碱化较严重的地区主要集中在耕地边缘。土地盐碱化主要与气候、植被覆盖等因素相关。安达属于大陆干旱性气候，降雨量少，蒸发量大，加之植被覆盖率减少，造成区域内干旱现象严重，盐碱化现象凸显。近年来，安达水域面积减少，也是土地盐碱化的主要诱因［11］。水域周围气温较高，地下水位上涨。同时水域蒸发量大，导致区域内盐碱化现象严重。另外，盐碱化现象与人为因素也密切相关。主要由于人类不合理利用，表现为不合理灌溉，排水设施不完善等。人们对次生盐碱化发生的警惕性不高，在生产的同时，不注意排灌设施和用水管理，导致盐碱地面积增大。从2002—2022 年整体变化看，盐渍化现象有所减轻，主要由于在安达采取土壤盐碱化治理措施。盐碱地的治理应从保证社会—生态系统可持续发展的角度出发，因地制宜的进行治理。因此，安达市盐碱地治理应从以下几个方面进行。

（1）生态恢复措施。安达盐碱地主要是草地盐碱化，恢复草地的生态功能是盐碱地治理的重要环节。对轻度盐碱地进行播种牧草，通过牧草的生态修复能力使盐碱化程度有所改善。对中度和重度盐碱地进行围封禁止放牧、人工干预，恢复牧草的生态功能［12］。另一方面，种植防护林可以调节气候、改善土壤渗透性，使盐碱地得到治理。

（2）耕地开垦。盐碱地作为重要的耕地后备资源，将盐碱地开垦为耕地，通过实行以种植水稻为主的复合农业，达到治理盐碱地的目的。

4.2 结论

（1）利用遥感技术监测盐碱地安达市土地盐碱地动态变化。结果表明：近20年土地盐碱化程度呈减缓趋势，盐碱地总面积减少81.3 km2。盐碱地总体分布情况呈片状集中分布，呈现由北向南的发展趋势。斑块数减少20块，聚合度减少，分离度增加，景观格局呈现破碎化趋势。

（2）不同类型盐碱地呈动态变化，轻度盐碱地主要转移为非盐碱地，中度盐碱地主要转移为轻度盐碱地，重度盐碱地主要转移为中度盐碱地。由于采取一系列生态修复和改良利用措施，重度盐碱地面积及程度均有所减轻。但部分中度盐碱地受人文和治理程度的影响，盐碱化面积有所增加。

（3）两个时段的盐碱地重心坐标分别为（125°40'52″E，46°50'45″N）和（124°54'33″E，46°30'44″N），总体向西南迁移8 km，盐碱化程度由东北向西南迁移。