大安市土地盐碱化时空动态变化及驱动因素分析

赵琳 马悦 李畅

（黑龙江省第五测绘地理信息工程院，黑龙江 哈尔滨150081）

0.引言

土壤是由具有无机体和有机体的固体、由土壤水分所代表的液体和土壤空气组成的一个复杂的系统。在此之内，每一个成分都具有其自身的物理和化学性质，相互之间处于相对稳定或变化状态。土壤作为岩石圈的松散表面，能够供动物、植物生长生活，是所有陆地生态系统必不可少的基底。而且土壤可以为在其中生存的生物提供栖息地，提供生活在生物环境中所必需的矿物质和水分，以及植物生长所需的水分、热量和肥料，用以保持丰富的土壤、生物群等，土壤具有丰富的生态作用。我们通常所说的盐碱土实质上是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土的统称。在中国内陆的干旱和半干旱地区，由于气候干旱，地表蒸发强烈，在许多地势低平、排水不畅或者地表径流缓慢、集中的区域或地下水位较高的地区，广泛分布着盐碱化土壤。在沿海地区，由于海水浸透到土壤表面，该区域会发生二次盐碱化。当表层土壤中的盐分所占比例超过6%时，该地区的土地上大多数植物已经无法生长，唯有一小部分耐盐性强的植物还可以生长。因而，维持土壤正常的理化水平，对于保障土地生态系统的各项功能以及农业的发展，农民的生产生活至关重要。

遥感图像融合可以有效地提高遥感信息提取的及时性和可靠性，为大规模的遥感应用研究奠定良好的基础。本次研究以Landsat为基础数据源，在ENVI等遥感软件的支撑下，通过结合自然环境与社会发展情况等诸多因素，分析吉林省大安市2013年—2016年盐碱化土地的面积、空间变化过程和不同程度的盐碱地变化以及其驱动因素。

1.研究区概况

由于受地质历史上地壳隆起的影响，松嫩平原地势较高，该区域内的大部分地区海拔大多在200米—250米。因河水支流较多，有很多地方的地面因受流水的切割作用，出现了平缓山丘和较浅谷地的交替状波浪起伏。在松花江与嫩江交汇的地方，地势较低、水流不通畅和气候等方面的原因，导致该地区形成了很多的泡、沼泽和湿地，如肇源、大安、安达等地都有大片沼泽。松嫩平原作为我国重要的粮食生产区，其粮食作物主要是小麦、玉米、高粱、谷子，也有部分地区种植早熟粳稻，松嫩平原所在的地区也分布着我国面积最大的苏打盐碱地。根据搜集到的资料，我们在比较世界三大苏打盐碱地分布区之后发现，松嫩平原的生态环境退化是最为迅速的。

大安市地处吉林省西北部，位于松嫩平原腹地，是整个松嫩盆地的“盆底”。因而它具有松嫩平原西部区域地势低，盐碱易累积，土地贫瘠的特点。土地盐碱化程度比较严重，其土壤、气象、水文及地质条件，在吉林省西部土地盐碱化的进程中具有很强的代表性[1]。大安市土地面积4879．0平方千米，其中，50．8%（重度40．7%、中等3．3%、轻微6．8%）的土地已表现出不同程度的盐碱化情况，盐碱化土地面积已达2476．8平方千米，盐碱化情况严峻，亟待整治。在研究大安市时，我们应考虑到其他因素，如气候因素、水体环境以及社会经济背景等因素。

2.数据来源与预处理

2.1 影像下载

对于土地盐碱化研究来说，一般选用相对应地区LANDSAT影像进行研究，在选取的过程中应该注意月份，对于东北地区来说，每年的10月至第二年的3月容易出现冻土现象，所以在研究土地盐碱化时应该避开土体结冰的月份。

2.2 进行影像的波段合成

从地理空间数据云平台下载的全色遥感影像是地面物体辐射中全色段的影像摄取。全色遥感影像的空间分辨率通常很高，但缺点是不能显示地物特征的真实色彩。多波段也称为多光谱，是指摄取多个地物辐射的单波段，之后会得到含有多个波段光谱信息的影像。对不同波段依次赋予R、G、B颜色就可以得到彩色影像，根据经验和一些搜集到的数据，我们对下载的LANDSAT影像进行标准假彩色合成。这样，合成之后的影像具有高分辨率和地物特征的彩色信息。

2.3 对影像进行目视判读

盐碱地在标准假彩色合成的图像上呈现不规则的由暗到亮，由黑到白的斑点状分布，在一些极重度的地区，盐碱土层表面会分布有盐霜。根据色调、形状，粗略选取训练样区。在盐碱地类型的光谱值方面：土地盐碱化越严重，像元的亮度值会越大。

根据彩色合成原理，我们可以推导出遥感影像上不同类型盐碱地的颜色标志。彩色合成图像上的轻度盐碱化的主色为绿色；程度较重一点的土地会表现为紫色；对于强碱类型的土地，轻盐和中盐的光谱特征较为相似，像元的亮度值差别不大，色彩上也接近，主要表现为灰白色，但中盐的颜色更亮；重度盐化的土地在图像上表现为品色；碱化地集中表现为白色，其中，中盐化为浅白色，重盐化表现在彩色合成图像上为白色，像元亮度值较高。

3.大安市土地盐碱化遥感分析

3.1 大安市土地盐碱化分布

大安市位于松嫩平原腹地，因其地理位置影响，每年的10月至第二年的3月容易出现冻土现象，影响影像的地物识别。在地理空间数据云中下载大安市2013年—2016年共4年的LANDSAT遥感影像，以LANDSAT影像为基础进行波段合成、影像裁剪，得到大安市土地盐碱化分布的假彩色合成影像（如图1所示）：

图1大安市2013年、2014年、2016年土地盐碱化影像

在4年的土地盐碱化影像中选取了具有典型变化的2013年、2014年、2016年三幅影像，在城市区域中，像元亮度值较高，颜色偏白的区域一般为盐碱化程度较重的土地，像元亮度值较低，颜色偏暗的区域一般为盐碱化程度较低的土地。在以上三幅图中，我们可以进行粗略观察，2014年相对于2013年盐碱化程度加重，主要加重的部分分布于影像东南侧。在2016年中，部分盐碱化土地有所恢复，但南侧土地相对于2013年程度还是有所加重。对于2016年来说，部分程度较轻的盐碱化土地开始渐渐恢复，有逐步恢复到2013年的趋势。根据三幅图像，我们可以大致判断土地在2013年前后遭到较大破坏，之后，在人类的干预下有了慢慢地恢复趋势。每一年的盐碱化情况都有较大变化。

3.2 监督分类并进行分析

为了识别和提取遥感图像上相应部分的盐碱地信息，我们采用基于像元为对象的计算机分类和识别方法，分类主要利用遥感数据中所携带的光谱信息，空间信息和时间信息识别并对目标进行分类，常用的分类方法为监督分类和非监督分类，本次研究采用监督分类应用z，针对目视判读时判定的普通耕地、轻度盐碱地、中度盐碱地、重度盐碱地四种类型进行样本选取，每种分类在整个市域均匀选取光谱特征信息明显的15处以上训练样本，利用最大似然法进行分类，并对算法进行了改进，这样可以提高卫星遥感图像自动识别的准确性．（如图2所示）：

图2大安市2013年、2014年、2016年盐碱化土地面积变化

大安市盐碱化土地的时空变化还表现在该地区内土地盐碱化程度的加剧。目前我们对土地盐碱化程度的评估主要取决于土地类型、植被类型和碱性斑块与基质面积的比例[2]。在图2中,海绿色代表较轻的盐碱地；橙色代表中等程盐碱地；紫色代表重盐碱地。通过比较三幅图像我们可以发现大安市盐碱地面积逐渐扩大，盐碱化程度不断增加。较为可观的是重度盐碱地的面积趋于减少，而轻度、中度盐碱地面积有慢慢不再扩张的趋势。说明人类对土地盐碱化问题开始重视并采取一系列措施，土地盐碱化问题得到控制，生态环境得到好转。

4.大安市土地盐碱化驱动因素分析

4.1 地质环境

吉林西部平原的盐碱土以苏打盐化为主，而当地土壤盐碱化的问题与苏打从何而来密切相关。大安市位于吉林西部，地处松嫩平原南部，四周的大兴安岭、小兴安岭和长白山广泛分布着火山岩，随着火成岩的风化，岩石中含有的铝硅酸盐最终形成了碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸氢钾和碳酸氢钠等，这些碳酸氢盐在自然界中的地表和地下径流中溶解，然后集中到平原或低洼地区。久而久之，这些重盐会转变为碳酸盐沉积物，剩余碳酸氢钾和碳酸氢钠变成容易溶解的碳酸盐。这可能是吉林西部平原最基本的苏打水的来源[3]。

4.2 气候条件

大安市气候属于典型的大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。因而这样的气候条件也导致了该地降水的季节性变化率较大，使之旱季盐分累积，雨季脱盐，尽管水盐运动趋于平衡，但仍无法避免积盐大于淋盐的情况出现。层层累积的盐分，使得土地表层土壤中的盐分含量超标，植物无法生长。

全球气温变化在中国北方地区十分明显。近些年来，松嫩平原的气温增幅情况与我国气温增幅保持一致，而与此同时，该地的降水量却在减少。嫩江支流的水流量在这些年中明显减少，大安附近许多河流开始出现断流的情况，这一变化则导致沼泽和湖泊干涸。在一定程度上，全球变暖这一气候效应已成为松嫩平原盐碱荒漠化发展的推动力[4]。

东北土地的冻结和融化作用也为该地的盐碱化提供了必要条件，形成了一种特殊的水盐运动。伴随土壤解冻过程发生的，是一种积盐运动。随着土壤的冻结，盐分会随着冷冻层的移动而不断累积。当回温时，盐分转向地表，发生大规模聚集，致使土地盐碱化；另一方面，风的搬运作用也对大安市土地盐碱化有促进作用。

4.3 水环境

水文条件更直接地影响着土地的盐碱化。其中较为明显的有地表径流，地下潜水和水的化学性质。

内流河流域的水量平衡主要取决于蒸发作用的调节。大安市地处的吉林西部，据其地形及水文特点，盐分多集中于河漫滩及其淤积沉积物中。该地泡沼分布较多，有明显而强烈的蒸发，造成其中盐分浓缩，导致周围土壤盐碱化。

另一方面，大安市地势低平，多蓄水盆地，致使该地地下水流动缓慢，水的排出更多地依靠蒸发，这也导致地下水在蒸发过程中积聚盐分，形成碱化土壤。

4.4 社会经济

现今社会，人们对于经济发展的追求所引发的一系列社会经济活动对土地盐碱化的发生及发展起到了明显的推动作用。大安市位于松嫩平原，此地区草原面积大，资源条件优越，畜牧业发展拥有着得天独厚的优势。然而，随着东北经济社会发展，草原资源破坏情况较为严重，农业生态环境遭到了严重破坏，形成一种“开垦—贫瘠—穷困—开垦”的恶性循环。过度放牧，引发了严重的草地退化，也从而增加了盐碱化土地和碱性斑块面积，导致土壤肥力下降，农业经济遭到严重破坏。

人类对草原的不合理规划、利用也导致了土地二次盐碱化。过度放牧等不合理的经济活动严重破坏了草原植被，影响了水盐运动，加深了土壤盐碱化程度。

5.结束语

在经济快速发展的今天，我们越来越重视经济利益，从长远来看，随着经济的发展，土地盐碱化问题会越来越严重。我们的生态环境也会随之受到严重破坏，首当其冲的将会是我们的土地资源。大安市位于中国温带半湿润与半干旱地区之间的过渡地带，其严重的土地盐碱化问题已经成为吉林西部农业可持续发展的制约因素[5]。与我国其他的几个较大盐碱化土地集中分布区，如，黄淮海平原，河套平原等相比，大安市的盐碱化土地，有着明显的特殊性。第一表现在盐碱化类型上，大安市盐碱化土地以苏打盐碱化类型为主，盐碱化现象严重。其次表现在水文地质条件上，该地区大多数范围潜水与承压水之间的隔水层渗水性差，潜水出水量小，且水质差，不易开采。三是草原面积大。因为盐碱草地占总盐碱地面积的70%，所以该地区的治理技术措施也具有明显的特殊性。本次研究我们通过分析数据与查阅大安相关城市的资料，得出以下结论：大安市为加大经济快速增长，曾以破坏环境为代价。在之后的几年中，通过政府的政策保障，盐碱化程度得到控制，盐碱地面积有所改善。自2006年元旦起，当地政府通过制定政策，例如规定松嫩平原禁牧，开始治理土地盐碱化问题。根据东北地区的实际情况，相关条例规定，要求禁止在松嫩平原和其他已经严重退化、沙化、碱化的地区放牧。虽然大安土壤盐碱化问题整体上已经得到有效控制，但盐碱化面积仍在不断扩大，因此进一步深化对土地盐碱化及其驱动因素的研究和分析，将有利于我们从根本上防治土壤盐碱化。经过本研究，希望能够为致力于土地盐碱化研究的科研人员提供一些宝贵的意见。