松遼平原土地鹽堿化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與遙感分析

馬馳

摘要：以1975年MSS遙感影像、1990年TM遙感影像、2012年CBERS遙感影像為信息源，建立科學(xué)的遙感解譯標(biāo)志與鹽堿化分類(lèi)體系，結(jié)合GIS的分析方法，對(duì)松遼平原38年間土地鹽堿化動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，松遼平原鹽堿化土地的面積總體呈增加趨勢(shì)，土地輕度鹽堿化呈先增加后減少的趨勢(shì)，中度鹽堿化、重度鹽堿化均有增加的趨勢(shì)，其中重度鹽堿化增加的速度較快。1975—1990年期間，松遼平原土地鹽堿化在面積和程度上呈擴(kuò)大和加重的趨勢(shì)，惡化面積遠(yuǎn)大于逆轉(zhuǎn)面積，生態(tài)環(huán)境趨于惡化；1990—2012年間，研究區(qū)內(nèi)鹽堿化逆轉(zhuǎn)勢(shì)力較強(qiáng)，逆轉(zhuǎn)的土地面積已經(jīng)接近于惡化的面積，說(shuō)明整個(gè)區(qū)域鹽堿化的狀況有所改善。鹽堿土地重心分析結(jié)果表明，松遼平原鹽堿化土地的重心在38年內(nèi)有向東、向北偏移的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：遙感；地理信息系統(tǒng)；土地鹽堿化；松遼平原；重心

中圖分類(lèi)號(hào)： TP79；S127 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）07-0495-03

土地鹽堿化一般發(fā)生在干旱、半干旱地區(qū)，主要是由于排水不暢而導(dǎo)致地下水位上升或土壤底層或地下水的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發(fā)后，使鹽分積累在土壤表層，當(dāng)土壤鹽分含量過(guò)高（超過(guò)0.3%）就會(huì)形成鹽堿化土壤[1]。作為一種環(huán)境災(zāi)害，土地的鹽堿化會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降，造成田地減產(chǎn)甚至棄耕，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境安全及國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[2-3]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿化土地約為 9.5 億hm2，占地球陸地總面積的7.3%。我國(guó)是受鹽堿化影響的最嚴(yán)重國(guó)家之一，鹽堿化土地面積達(dá)到1.0億hm2，約占總國(guó)土面積的1/4。因此，保護(hù)耕地、監(jiān)測(cè)土地鹽堿化是有效解決我國(guó)人口糧食問(wèn)題、實(shí)施國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的必由之路。對(duì)土地鹽堿化監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方式是通過(guò)野外實(shí)地觀察、采樣，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。遙感技術(shù)的誕生，是由于其具有觀察范圍廣、信息量豐富等特點(diǎn)，而將遙感技術(shù)應(yīng)用于獲取土壤鹽堿化信息，并以GIS處理、分析遙感影像中的土壤鹽堿化信息，為人們實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)大區(qū)域土地鹽堿化提供一條良好的方法[4-7]。本研究以1975年MSS遙感影像、1990年TM遙感影像、2012年CBERS遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用GIS的分析方法，對(duì)松遼平原土地鹽堿化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析。

1 研究區(qū)概況

松遼平原位于大興安嶺、小興安嶺和長(zhǎng)白山之間，北起嫩江中游，南至遼東灣，氣候?yàn)橹袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，春季干燥多大風(fēng)，夏季炎熱且降雨量較集中，秋季涼爽溫差較大，冬季寒冷少雪，年平均降水量400～600 mm，平均蒸發(fā)量為1 000～1 800 mm。這種特殊的氣候地與理位置，使該地區(qū)極容易發(fā)生土地鹽堿化災(zāi)害。松遼平原是世界三大蘇打鹽堿土分布區(qū)之一，也是我國(guó)最大的蘇打鹽堿土分布區(qū)。20世紀(jì)中葉以來(lái)，受全球氣候變暖、我國(guó)人口的迅猛增加以及對(duì)土地資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用等多方面影響，松遼平原的生態(tài)環(huán)境日趨惡化，部分土地鹽堿化、草場(chǎng)退化嚴(yán)重[8-10]。

2 技術(shù)與方法

在前人研究基礎(chǔ)上，選取覆蓋松遼平原全區(qū)無(wú)云或少云的1975年MSS遙感影像、1990年TM遙感影像及2012年CBERS 遙感影像作為信息源，以1 ∶ 10萬(wàn)地形圖為基礎(chǔ)對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何精校正，校正誤差小于1個(gè)像元，保證3期遙感影像的空間一致性；通過(guò)野外實(shí)地調(diào)研，輔以研究區(qū)地形圖、土壤、氣候、水文等資料，建立遙感影像的解譯標(biāo)志；在MapGIS下采用人機(jī)交互解譯的方法獲得研究區(qū)內(nèi)土地鹽堿化信息，并利用其空間分析功能，對(duì)松遼平原土地鹽堿化信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，探索松遼平原38年來(lái)土地鹽堿化的時(shí)空變化規(guī)律。

2.1 遙感影像中鹽堿土信息的解譯

本試驗(yàn)在對(duì)MSS、TM、CBERS遙感影像進(jìn)行綜合判讀的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)地物的自然屬性、輔助資料以及野外調(diào)研結(jié)果，建立研究區(qū)內(nèi)鹽堿土的遙感解譯標(biāo)志（表1）。將處理后的3期遙感影像根據(jù)遙感解譯標(biāo)志在MapGIS系統(tǒng)中進(jìn)行人機(jī)交互解譯。在解譯過(guò)程中，在遙感影像中精確地勾繪出不同類(lèi)型鹽堿土的邊界，以供后期分析。

2.2 鹽堿土信息的統(tǒng)計(jì)與分析

將MSS、TM、CBERS等3個(gè)時(shí)期遙感影像解譯得到的鹽堿圖斑在MapGIS系統(tǒng)中進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析、疊加分析，獲得1975—1990年、1990—2012年間的變化規(guī)律，并引入重心偏移等表征參數(shù)建立鹽堿化土地重心遷移模型，衡量松遼平原土地鹽堿化38年間的變化趨勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 鹽堿化土地面積統(tǒng)計(jì)

遙感影像的解譯結(jié)果顯示，松遼平原內(nèi)重度鹽漬化主要分布在嫩江、第二松花江東側(cè)的黑龍江省大慶市、肇源縣及蘭西縣西部；嫩江與第二松花江西側(cè)的松原市松花江與第二松花江之間低洼地帶、白城市鎮(zhèn)賚縣、通榆縣和松原市的乾安縣、長(zhǎng)嶺縣及長(zhǎng)春市西部；輕、中度鹽漬化散布范圍較大，但基本包含在長(zhǎng)軸為北東方向的以黑龍江省齊齊哈爾市富?？h、綏化市蘭西縣、內(nèi)蒙古通遼市科左后旗吉爾嘎朗鎮(zhèn)、通遼市扎魯特旗查布嘎圖為4個(gè)端點(diǎn)的平行四邊形范圍內(nèi)，如圖1、圖2、圖3所示。

對(duì)解譯結(jié)果圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果（表2）顯示，1975年松遼平原鹽堿化土地的面積為19 049 km2，其中重度鹽堿化土地 1 292 km2，占鹽堿化土地面積的6.8%；中度鹽堿化土地面積 6 281 km2，占鹽堿化土地面積的33%；輕度鹽堿化土地面積11 467 km2，占鹽堿化土地面積的60.2%。1990年鹽堿化土地面積23 824 km2，其中重度鹽堿化土地面積 3 292 km2，比1975年增加2 000 km2；中度鹽堿化土地面積 7 543 km2，比1975年增加1 262 km2；輕度鹽堿化土地 12 989 km2，比1975

年減少1 501 km2。2012年鹽堿化土地面積25 269 km2，其中重度鹽堿5 504 km2，比1990年增加2 212 km2；中度鹽堿土地面積10 120 km2，比1990年增加 2 577 km2；輕度鹽堿化土地9 645 km2，比1990年減少 3 344 km2。

3.2 土地鹽堿化的動(dòng)態(tài)分析

為了揭示松遼平原土地鹽堿化的空間動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，本研究利用MapGIS空間分析功能，將3期鹽堿化遙感解譯數(shù)據(jù)在MapGIS中進(jìn)行疊加分析。為了分析研究方便，將研究區(qū)內(nèi)土地類(lèi)型分級(jí)賦屬性（表3），疊加的結(jié)果被劃分為強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)、逆轉(zhuǎn)、穩(wěn)定、惡化、強(qiáng)烈惡化5個(gè)級(jí)別（表4），得到松遼平原土地鹽堿化3期數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化。

松遼平原土地鹽堿化動(dòng)態(tài)分析結(jié)果顯示，1975—1990年期間，研究區(qū)內(nèi)鹽堿化發(fā)生逆轉(zhuǎn)和強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)的面積為 7 565 km2，惡化和強(qiáng)烈惡化的面積為15 982 km2，穩(wěn)定的面積為7 338 km2，說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)松遼平原土地鹽堿化在面積和程度上呈擴(kuò)大和加重的趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境趨于惡化（圖4）；1990—2012年間，研究區(qū)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈惡化和惡化的面積為 10 889 km2，強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)的鹽堿化土地面積為8 457 km2，處于穩(wěn)定狀態(tài)的為10 859 km2，表明該時(shí)期研究區(qū)內(nèi)逆轉(zhuǎn)勢(shì)力較強(qiáng)，已經(jīng)接近于惡化的土地面積，說(shuō)明整個(gè)區(qū)域鹽堿化的狀況有所改善（圖5）。

1975—1990年期間，土地鹽堿化主要發(fā)生在黑龍江和吉林2省。其中，強(qiáng)烈惡化類(lèi)型在松遼平原西南部廣大地區(qū)普遍存在，并沿河流、湖泊、行政邊界分布，主要集中在白城東部、大慶南部、松原西部。惡化類(lèi)型更加普遍，主要分布于松原、大慶、白城的全部地區(qū)以及齊齊哈爾的南部、綏化的西南部。逆轉(zhuǎn)類(lèi)型在研究區(qū)內(nèi)分布比較分散，主要分布于白城南部，松原西南部。強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)類(lèi)型在研究區(qū)只有零星分布，主要分布在湖泊、沼澤的周?chē)貐^(qū)，與1990年前后東北地區(qū)為豐水年份，湖沼水位上漲，淹沒(méi)了周?chē)柠}堿地有關(guān)。1990—2012年期間，發(fā)生逆轉(zhuǎn)及強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)的鹽堿化土地面積較大。其中，鹽堿化土地發(fā)生強(qiáng)烈逆轉(zhuǎn)的面積比較小，零散分布在湖泊沼澤周?chē)?。逆轉(zhuǎn)類(lèi)型主要分布于松遼平原鹽堿化邊緣地帶，尤其是綏化西部、大慶東北部、齊齊哈爾市的音河、魯河及嫩江沿岸，白城西部與科爾沁右翼前旗，松原市長(zhǎng)嶺縣等地；強(qiáng)烈惡化只有零星分布，相對(duì)集中于大慶市與安達(dá)市交界地區(qū)。惡化類(lèi)型面積較大，主體仍分布在黑龍江大慶、綏化、齊齊哈爾以及吉林白城、松原市。

3.3 鹽堿土地重心變化分析

為了定量分析松遼平原土地鹽堿化的時(shí)空演變規(guī)律，本研究引入土地利用空間變化指數(shù)中的重心計(jì)算方法，建立鹽堿土重心遷移模型[11-12]：

X=∑ni=1（Ci×Xi）/∑ni=1Ci；Y=∑ni=1（Ci×Yi）/∑ni=1Ci。

式中：X、Y為鹽堿土重心的坐標(biāo)；Ci為第i個(gè)鹽堿土斑塊的面積；Xi、Yi分別表示第i個(gè)鹽堿土斑塊重心的坐標(biāo)。

根據(jù)公式計(jì)算3期鹽堿土斑塊的重心坐標(biāo)，連接各個(gè)時(shí)期重心點(diǎn)，得到鹽堿土重心的移動(dòng)規(guī)律以及松遼平原土地鹽堿化的變化規(guī)律。分別計(jì)算松遼平原3期各類(lèi)型鹽堿地重心坐標(biāo)，并以折線按類(lèi)型連接得到鹽堿土重心遷移規(guī)律圖（圖6）。圖6顯示，松遼平原鹽堿地重心位于白城市以內(nèi)，1975—2012年間松遼平原鹽堿土整體向東偏移15.1 km，其中重度鹽堿化土地重心向北偏東27.286°，偏移34.9 km；輕度鹽堿化土地重心向南偏東7.605°，偏移15.1 km，從兩者重心偏移規(guī)律和面積變化規(guī)律上推斷，松遼平原輕度鹽堿化土地在一定程度上向重度、中度鹽堿化土地轉(zhuǎn)化。這主要是受氣候和人類(lèi)活動(dòng)等因素影響，松遼平原土地鹽堿化格局變化劇烈，一方面1990年以后輕度鹽堿化土地面積有所減少，另一方面北部重度鹽堿土變化程度遠(yuǎn)大于南部。

1975—1990年，松遼平原鹽堿土總體向北偏東68.742°，偏移19.3 km。其中，重度鹽堿化土地重心向北偏東 15.945°，偏移50.9 km，偏移速率達(dá)3.2 km/年；中度鹽堿化土地重心向北偏東79.695°，偏移11.2 km；輕度鹽堿化土地重心向北偏東85.236°，偏移24.1 km。1990—2012年，松遼平原鹽堿化土地重心總體向南偏西26.565°，移6.7 km。其中，重度鹽堿化土地重心向南偏東6.659°，移18.1 km；中度鹽堿化土地重心向北偏東63.435°，偏移17.9 km；輕度鹽堿化土地重心向南偏西52.305°，偏移27.8 km。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)松遼平原38年間鹽堿化土地重心變化的分析可知，20世紀(jì)中后期，受全球氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)等因素的綜合影響，松遼平原土壤環(huán)境受到很大影響，土地鹽堿化的面積總體上呈增加趨勢(shì)。輕度鹽堿化呈階段性變化，經(jīng)歷了一個(gè)從緩慢增加到快速減少的過(guò)程；中度鹽堿化、重度鹽堿化均有增加的趨勢(shì)，其中重度鹽堿化增加的速度較快，而中度鹽堿化經(jīng)歷了一個(gè)從緩慢增加到快速增加的過(guò)程。松遼平原土地鹽堿化動(dòng)態(tài)分析結(jié)果表明，1975—1990年間，松遼平原土地鹽堿化在面積和程度上呈擴(kuò)大和加重趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境趨于惡化；1990—2012年間，研究區(qū)內(nèi)鹽堿化逆轉(zhuǎn)勢(shì)力較強(qiáng)，逆轉(zhuǎn)的土地面積已經(jīng)接近于惡化的面積，說(shuō)明整個(gè)區(qū)域鹽堿化的狀況有所改善。鹽堿化土地重心變化分析結(jié)果表明，松遼平原鹽堿化土地的重心在38年內(nèi)有向東、北偏移的趨勢(shì)，其中重度鹽堿化土地重心向北偏東27.286°，偏移34.9 km；輕度鹽堿化土地重心向南偏東7.605°，偏移 15.1 km，從兩者重心偏移規(guī)律和面積變化規(guī)律可推斷，松遼平原輕度鹽堿化土地在一定程度上向重度、中度鹽堿化轉(zhuǎn)化。

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