滄州濱海區(qū)鹽堿地時(shí)空變化及治理研究

■ 陳 景/韓素卿/肖唯文

（1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)公共管理學(xué)院，石家莊 050061；2.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)土地資源利用與評(píng)價(jià)研究所，石家莊 050061）

0 引言

土地鹽堿化是引起全球土地退化的主要問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有9.55×108km2的土地存在不同程度的鹽堿化[1]，每年大約有10×104km2土地因鹽堿化而廢棄[2]。我國(guó)鹽堿地面積達(dá)9913×104hm2，主要分布于東北、華北、西北干旱半干旱地區(qū)[3]。滄州濱海地區(qū)作為河北省重要的海岸帶，受氣候、地形地貌、水文以及人為不合理開(kāi)發(fā)利用的影響，生態(tài)環(huán)境脆弱，土地鹽堿化程度高、面積廣，占黑龍港流域鹽堿地面積的67.38%[4]。土地鹽堿化不僅導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，破壞土地生態(tài)平衡，引起生態(tài)環(huán)境惡化，而且制約著區(qū)域農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對(duì)這種情況，學(xué)者們以黑龍港流域或河北濱海地區(qū)為研究對(duì)象，從鹽堿地的類型劃分、演變規(guī)律、治理技術(shù)等方面開(kāi)展大量調(diào)查研究[5-7]。然而，對(duì)滄州濱海區(qū)鹽堿化的時(shí)空變化及成因探討仍然較少。因此，本文以1984年、2015年遙感影像為基礎(chǔ)，應(yīng)用GIS與RS技術(shù)手段，分析了滄州濱海區(qū)30多年來(lái)鹽堿地時(shí)空變化特征，并從氣候、土壤、地形、水文、人為因素等方面分析了其驅(qū)動(dòng)因素，旨在為當(dāng)?shù)佧}堿地治理和土地生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

滄州濱海區(qū)位于河北省東部，渤海灣穹頂處，介于117°04′～117°47′E， 37°56′～38°37′N之間，包括黃驊市、海興縣、黃驊港開(kāi)發(fā)區(qū)、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)、化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)6個(gè)行政單元，總面積2930.22km2。滄州濱海地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)為降雨集中、蒸發(fā)量大、日照時(shí)間長(zhǎng)，多年平均氣溫12.1℃，降水量580～620mm，74.8%集中于夏季，干燥度1.2～1.5，無(wú)霜期210d，日照2718.8h，日照百分率為61%。研究區(qū)地勢(shì)平坦，自西南向東北微微傾斜，地面坡降1/8000～1/15000，海拔高程-0.6～9.4m。土壤類型以潮土、鹽土、沼澤土為主，含鹽量0.112～1.67%，PH值〉7。地下水賦存于第四系松散巖層，淺層地下水多為咸水，礦化度〉3g/L；深層地下水多為淡水，礦化度〈1.5g/L，埋深320～600m。研究區(qū)適宜種植小麥、玉米、大豆等多種農(nóng)作物，但產(chǎn)量不高，土地多生長(zhǎng)有耐鹽植物，如羊胡子草、蘆葦、黃須菜、堿蓬棵、苜蓿、蒿子、馬齒莧等，水庫(kù)濕地生長(zhǎng)著蘆葦和其他水生植物。

2 研究區(qū)鹽堿地時(shí)空變化特征

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究時(shí)間跨度為31年，數(shù)據(jù)包括研究區(qū)1984年Landsat TM遙感影像、2015年高分一號(hào)衛(wèi)星影像、氣象資料、土地利用數(shù)據(jù)、土壤普查圖、DEM高程、地下水?dāng)?shù)據(jù)，以及野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)。

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2007）[8]，結(jié)合區(qū)域土地利用特點(diǎn)，匯總整理出耕地、建設(shè)用地、水域與養(yǎng)殖水面、沼澤地4種土地利用類型[9]。不同地表景觀在遙感影像上的光譜特征不同[10]，參考張樹(shù)文等[11]、賴寧等[12]建立適用于研究區(qū)的鹽堿地解譯標(biāo)志：重度鹽堿地以白色、亮白色為主，幾乎無(wú)植被覆蓋；中度鹽堿地以灰色或淺灰色為主，有稀疏植被覆蓋；非或輕度鹽堿地主要呈現(xiàn)紅色，顏色比較鮮艷，植被覆蓋度較高。采用監(jiān)督分類與實(shí)地驗(yàn)證相結(jié)合的方法展開(kāi)遙感影像解譯，得到了1984年、2015年滄州濱海區(qū)鹽堿地空間分布圖（圖1）。

2.2 鹽堿地面積的時(shí)間變化特征

1984年，滄州濱海區(qū)鹽堿地面積為2058.91km2，占總面積的7 0.3%；2 0 1 5年，鹽堿地面積為1820.58km2，占總面積的62.1%，減幅達(dá)11.6%。1984年，非或輕度鹽堿地、中度鹽堿地和重度鹽堿地的面積比例為54.7%、18.3%、27.0%，2015年分別為57.6%、20.2%、22.2%，分別增減+2.9%、+1.9%、-4.8%。1984—2015年，非或輕度鹽堿地由1125.58km2減少到1048.59km2，減幅為6.8%；中度鹽堿地由377.74km2減少到367.31km2，減幅為2.8%；重度鹽堿地由555.59km2減少到404.68km2，減幅達(dá)27.2%。表明滄州濱海區(qū)鹽漬化程度呈現(xiàn)減輕的趨勢(shì)，重度鹽堿地減輕趨勢(shì)最為顯著。

2.3 鹽堿地及各地類轉(zhuǎn)換特征

在ArcGIS10.3軟件平臺(tái)上，對(duì)兩期鹽堿地分布圖進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，采用轉(zhuǎn)移矩陣模型[13]，生成鹽堿地及各地類轉(zhuǎn)移矩陣表（表1）。

表1中，行表示的是1984年各類鹽堿地及土地利用類型面積，列表示的是2015年各類鹽堿地及土地利用類型面積。其中各地類中第一行表示1984年各類鹽堿地及土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)?015年的面積。行、列合計(jì)表示1984年和2015年各類鹽堿地及土地利用類型面積的合計(jì)。

圖1 1984年、2015年滄州濱海區(qū)鹽堿地分布圖

表1 1984—2015年鹽堿地及各地類轉(zhuǎn)移矩陣單位：km2

由表1可知，1984—2015年，研究區(qū)鹽堿地總面積及不同等級(jí)鹽堿地面積均減少，體現(xiàn)了鹽堿地與其他地類間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系。研究期間，有45.58km2鹽堿地轉(zhuǎn)入水域與養(yǎng)殖水面，重度鹽堿地轉(zhuǎn)入最多，為27.80km2，水域與養(yǎng)殖水面轉(zhuǎn)出鹽堿地52.33km2，轉(zhuǎn)出量略大于轉(zhuǎn)入量；有107.72km2鹽堿地轉(zhuǎn)入沼澤地，非或輕度鹽堿地轉(zhuǎn)入最多，為58.96km2，沼澤地轉(zhuǎn)出鹽堿地103.73km2，轉(zhuǎn)入量略大于轉(zhuǎn)出量；建設(shè)用地面積急劇增加，有328.98km2鹽堿地轉(zhuǎn)入建設(shè)用地，非或輕度鹽堿地轉(zhuǎn)入最多，為154.98km2，建設(shè)用地轉(zhuǎn)出鹽堿地87.89km2，轉(zhuǎn)入量為轉(zhuǎn)出量的3.7倍?？梢?jiàn)，建設(shè)用地增加是引起鹽堿地總面積減少的主要原因。

不同等級(jí)鹽堿地之間也存在相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。研究期間，非或輕度鹽堿地轉(zhuǎn)出中、重度鹽堿地304.44km2，中、重度鹽堿地轉(zhuǎn)入非或輕度鹽堿地337.64k m2；中度鹽堿地轉(zhuǎn)出240.20k m2，轉(zhuǎn)入266.11k m2；重度鹽堿地轉(zhuǎn)出240.22k m2，轉(zhuǎn)入181.11km2。鹽堿地之間，重度鹽堿地多轉(zhuǎn)入非或輕度鹽堿地、中度鹽堿地，表明鹽漬化土地改良面積增加，鹽漬化程度具有減緩趨勢(shì)。

2.4 鹽堿地空間變化特征

研究區(qū)鹽堿地的空間變化可以通過(guò)鹽堿地的重心遷移進(jìn)行定量化分析[14]。土地鹽堿地重心坐標(biāo)計(jì)算方法為：

式（1）、式（2）中：Xt、Yt分別表示第t年某等級(jí)鹽堿地的重心坐標(biāo)；Xi、Yi分別表示某等級(jí)鹽堿地第i個(gè)斑塊的重心坐標(biāo)；Ct表示第t年某等級(jí)鹽堿地第i個(gè)斑塊的面積。

1984年，研究區(qū)重度鹽堿地主要分布于南大港濕地周圍、海岸線區(qū)域、黃驊市西北部、海興縣的大部；到2015年，黃驊市西北部重度鹽堿地得到有效治理，轉(zhuǎn)為中度鹽堿地，海興縣南部重度鹽堿地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，海興縣北部地區(qū)尚有大片重度鹽堿地集聚，南大港濕地周圍及海岸線區(qū)域重度鹽堿地略有減少。可見(jiàn)，研究區(qū)南部、北部重度鹽堿地均呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，中部變化不大，因此重度鹽堿地重心基本保持不變，由1984年的117°25′N、38°19′E遷移到2015年的117°25′N、38°20′E（圖2）。

1984年，研究區(qū)中度鹽堿地主要分布于黃驊市南部與海興縣北部；到2015年，由于黃驊市西北部的排灌渠系年久失修，使該區(qū)域的鹽漬化程度有所加重，大部分非或輕度鹽堿地轉(zhuǎn)為中度鹽堿地，而黃驊市南部的中度鹽堿地得到有效治理，轉(zhuǎn)為非或輕度鹽堿地。因此，中度鹽堿地的重心向西北方向偏移7.9km，由1984年的117°25′N、38°16′E遷移到2015年的117°22′N、38°18′E（圖2）。

1984年，非或輕度鹽堿地主要分布于研究區(qū)中、北部，即黃驊市的西北部和中部；2015年由于黃驊市西北部鹽漬化程度加重和南部鹽堿地的有效治理，非或輕度鹽堿地分布更集中于黃驊市中部。因此，非或輕度鹽堿地重心向東南方向偏移2.0km，由1984年的117°20′N、38°19′E遷移到2015年的117°21′N、38°19′E（圖2）。

圖2 1984—2015年滄州濱海區(qū)鹽堿地重心變化

3 原因分析

3.1 氣候因素

干旱的氣候環(huán)境是鹽堿地產(chǎn)生和發(fā)展的外在驅(qū)動(dòng)力。研究區(qū)位于黃淮海平原，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年降水量為580～620mm，年內(nèi)分配不均，74.8%集中于夏季，干燥度1.2～1.5，蒸發(fā)量大于降水量。在蒸降比較高的情況下，土壤及地下水的可溶性鹽類則隨上升水流蒸發(fā)、濃縮、累積于地表，形成鹽堿地。受季風(fēng)的影響，土壤鹽分隨季節(jié)而變化，春季蒸發(fā)量增加，降水量較少，為積鹽期；夏季蒸發(fā)量與降水量均增加，基本保持平衡狀態(tài)，為脫鹽期；秋季降水量減少，由于溫度降低，蒸發(fā)量也減少，約是降水量的3倍，為回升期；冬季氣溫較低，鹽分運(yùn)動(dòng)基本停止，為潛伏期。夏季淋鹽時(shí)間一般為三個(gè)月左右，而積鹽時(shí)間長(zhǎng)達(dá)五六個(gè)月，積鹽過(guò)程大于淋鹽過(guò)程[15]。

3.2 土壤因素

土壤類型決定著土壤水毛細(xì)上升作用，影響著土壤水鹽運(yùn)動(dòng)，是決定土地鹽堿化程度的重要因素之一。一般情況下，土壤質(zhì)地越粘重其淋濾性越差，越細(xì)越容易導(dǎo)致土地鹽堿化的發(fā)生。研究區(qū)位于濱海低平原，主要土壤類型有潮土、鹽土、沼澤土（圖3a），其中鹽土發(fā)生重度以上鹽漬化的可能性很大[15]。土壤全鹽量是衡量土地鹽漬化的重要指標(biāo)，直接可以反映土壤的鹽化程度。研究區(qū)大部分區(qū)域土壤全鹽量小于0.6g/kg，表明無(wú)土壤鹽漬化或鹽漬化較輕程度；東部沿海區(qū)域、南大港濕地周圍土壤全鹽量大于1g/kg，表明土壤鹽漬化程度較重（圖3b）。

3.3 地形因素

地勢(shì)高低起伏和物質(zhì)組成的不同，直接影響到地面、地下徑流的運(yùn)動(dòng)，也影響土體中鹽分的運(yùn)動(dòng)，特定的地形地貌條件提供了鹽堿地形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)屬于典型的濱海低平原，地勢(shì)平坦，海拔高程-0.6～9.4m，西南部最高，為5～9.4m，由西向東逐漸降低，東部沿海區(qū)域最低，為-0.6～1.5m（圖3c）。近濱海海潮侵襲大陸引起土地鹽堿化，一方面直接淹沒(méi)濱海低地，使土壤發(fā)生鹽漬化，另一方面借河流倒灌，深入內(nèi)陸腹地，引起河道兩側(cè)發(fā)生鹽漬化[3]。

3.4 水文因素

水文地質(zhì)條件，特別是地下水礦化度與地下水埋深直接影響著鹽堿地的形成與分布情況。地下水通過(guò)土壤毛細(xì)管上升到地表，當(dāng)水分蒸發(fā)后，大量的鹽分殘留地表，很容易導(dǎo)致土地鹽堿化，地下水礦化度越大，土壤中的鹽分含量就越多；地下水埋深越淺，越易上升到地表。區(qū)內(nèi)河流發(fā)源于較干旱地區(qū)，河水中攜帶一定量的鹽分，淺層地下水埋深為2～15m（圖3d），埋深較淺，地下水礦化度大部分大于5g·L-1，因排水不通暢和蒸發(fā)強(qiáng)烈，淺層地下水很容易上升到地表，造成土地鹽堿化。

3.5 人為因素

研究區(qū)鹽堿地的形成與宏觀分布是由該地區(qū)獨(dú)特的氣候、土壤、地形、水文等因素造成的，而區(qū)域鹽堿地的變化情況主要是由人類活動(dòng)引起的。人類活動(dòng)主要從排灌渠系和城市建設(shè)兩方面影響鹽堿地的變化。

3.5.1 排灌渠系

排灌渠系在一定程度上會(huì)影響鹽堿地的變化：一是通過(guò)引水灌溉進(jìn)入土體，使鹽分殘留在土壤中；二是通過(guò)滲漏補(bǔ)給地下水，抬高了河道兩側(cè)的地下水位，增補(bǔ)地下水鹽量。其影響土地鹽堿化的程度主要取決于河水含鹽量的大小和距河道的距離。為了治理鹽堿地，該研究區(qū)各地方政府于1970年前后建立排水系統(tǒng)（圖3e），由于年久失修，部分排水溝已淤積，嚴(yán)重阻塞，造成排水不暢，灌溉水殘留地表，減弱了排水溝對(duì)鹽堿地的改善作用；有些地方為了增加新增耕地面積，將排水溝填平，以致加劇了排水溝兩側(cè)的土地鹽堿化。

3.5.2 城市建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1992年黃驊港開(kāi)發(fā)區(qū)的建立，2007年渤海新區(qū)的成立，以及黃驊市區(qū)、海興縣城的城鎮(zhèn)化發(fā)展，研究區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施的增加，使得1984—2015年建設(shè)用地規(guī)模從167.78km2增長(zhǎng)到551.60km2，一方面占用了大量的鹽堿地，致使鹽堿地的面積減少，空間分布也發(fā)生變化；另一方面，城鎮(zhèn)化建設(shè)、鐵路與公路建設(shè)和工廠建設(shè)過(guò)程中挖深、填埋地基，引起占用建設(shè)用地范圍內(nèi)地下水位下降，周圍地下水位上升，大量鹽分蒸發(fā)到地表，形成新的鹽堿地，而工業(yè)園區(qū)廠房建設(shè)，污水排入土體內(nèi)，造成土壤污染，加劇了土地鹽堿化的程度。另外，滄州濱海區(qū)依托區(qū)位優(yōu)勢(shì)，鹽業(yè)發(fā)展較快，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積較少，鹽田面積增加，致使水域周圍鹽堿地的面積與空間分布發(fā)生變化。

圖3 滄州濱海區(qū)鹽堿地影響因素

4 治理建議

(1)建立鹽堿地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。采用遙感影像，構(gòu)建鹽堿地提取技術(shù)體系，動(dòng)態(tài)跟蹤鹽堿地演變過(guò)程。在南大港濕地周圍、河流兩岸、海興縣鹽堿地集中區(qū)等設(shè)立一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)了解鹽堿地的動(dòng)態(tài)變化，構(gòu)建鹽堿地預(yù)警體系，為鹽堿地的治理提供技術(shù)支持。

(2)加強(qiáng)土地平整。滄州濱海區(qū)為濱海低平原，整體地勢(shì)平坦，但存在高低不平的坑洼地。河道兩側(cè)和沿海地區(qū)的土地平整，可減少海水侵襲和河流倒灌，減少土壤中鹽分含量，降低鹽堿地發(fā)展的概率。通過(guò)土地平整，可減少大水漫灌，使灌水深淺一致，水分均勻下滲，提高伏雨淋鹽和灌水洗鹽的效果。

(3)完善排灌水利工程設(shè)施。滄州濱海地區(qū)土壤鹽漬化與地下水位有直接關(guān)系。對(duì)年久失修的排灌水系進(jìn)行修葺、完善，恢復(fù)排灌水功能。通過(guò)工程改造，可有效降低地下水位，有助于控制土壤返鹽，增強(qiáng)脫鹽效果，降低鹽漬化程度。同時(shí)，城市開(kāi)發(fā)建設(shè)中，開(kāi)挖地基在地下水位之上，防止地下水位發(fā)生變化。

(4)選擇種植耐鹽作物。根據(jù)鹽漬化程度，選擇不同的耐鹽堿植物。毛葉苕子和紫花苜?？沙惺?.3%的鹽分；棉花、油葵可承受0.4%的鹽分；甜菜、向日葵、高丹草、野豆子屬于強(qiáng)耐鹽植物，可耐 0.4%～0.5% 的土壤鹽分；田菁的耐鹽能力極強(qiáng)，耐鹽程度高達(dá)0.8%。

5 結(jié)語(yǔ)

研究可見(jiàn)，1984—2015年，滄州濱海區(qū)鹽漬化程度呈現(xiàn)減緩的趨勢(shì)，鹽堿地總面積、非或輕度鹽堿地、中度鹽堿地和重度鹽堿地的面積都有所減少。滄州濱海區(qū)的土壤條件和水文地質(zhì)條件是鹽堿地形成與分布的主要原因，干旱的氣候條件是積鹽、返鹽的外在驅(qū)動(dòng)力，濱海低平原的地形條件是鹽堿地?cái)U(kuò)展的重要推動(dòng)力，而人類活動(dòng)改變了土地鹽堿化的速度和程度，排灌渠系的管理不善、土地整治中盲目追求新增耕地、城市建設(shè)、工業(yè)廠房污染等加劇了鹽漬化的程度。

在自然因素受限的基礎(chǔ)上，如何合理利用土地，加強(qiáng)鹽堿地治理，減少人為因素對(duì)鹽漬化加重的影響，是當(dāng)前土地利用中面臨和急需解決的問(wèn)題。根據(jù)滄州實(shí)際情況，可大力加強(qiáng)鹽堿地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、加強(qiáng)土地平整、完善水利工程設(shè)施、選擇種植耐鹽堿作物。