基于RS/GIS的博斯騰湖湖濱綠洲土壤鹽漬化敏感性研究

李新國, 古麗克孜·吐拉克, 賴 寧

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室,烏魯木齊 830054; 3.新疆農業科學院 土壤肥料與農業節水研究所, 烏魯木齊 830091)

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基于RS/GIS的博斯騰湖湖濱綠洲土壤鹽漬化敏感性研究

李新國1,2, 古麗克孜·吐拉克1,2, 賴 寧3

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室,烏魯木齊 830054; 3.新疆農業科學院 土壤肥料與農業節水研究所, 烏魯木齊 830091)

土壤鹽漬化敏感性評價可以評估可能發生的土壤鹽漬化的類型、范圍和程度。以博斯騰湖湖濱綠洲為研究區，以2010年ALOS遙感影像為基本數據源，結合野外調查和樣品分析，采用監督分類法和試驗數據統計分析方法，依據土壤鹽漬化敏感性指數公式，計算不同土地利用類型的土壤鹽漬化敏感性指數。研究結果表明：輕度、中度和重度鹽漬地主要分布于博斯騰湖周邊的濕地邊緣和未利用地，總面積為643.26 km2，占研究區總面積的24.68%；未利用地土壤鹽漬化敏感性指數為0.25，屬于重度敏感區；耕地和沙地的土壤鹽漬化敏感性指數為0.15，屬于中度敏感區；濕地土壤鹽漬化敏感性指數為0.13，屬于輕度敏感區；水體土壤鹽漬化敏感性為0.03，屬于非敏感區。

土壤鹽漬化; 敏感性指數; 監督分類法; 土地利用類型; 博斯騰湖湖濱綠洲

土壤鹽漬化敏感性指自然狀況和人為因素共同作用下土壤發生鹽漬化的可能性大小，其敏感性評價主要是辨識容易形成土地鹽漬化的區域，評價土地鹽漬化對人類活動的敏感性，明確可能發生的土地鹽漬化的類型、范圍和可能程度[1-3]。湖濱帶是介于陸生生態系統與水生生態系統之間的生態交錯類型之一，生產力高，生態邊緣效應顯著，是地球上多樣性最豐富、變化最快、最為復雜的生境之一[4-5]。

目前眾多學者在區域生態系統敏感性、脆弱性方面研究較多，而對土壤鹽漬化敏感性的研究較少[6-7]。國際上有關生態敏感性的研究，主要集中在濕地和濕地植物對于氣候變化的敏感性、雨林對選擇采伐的生態敏感性、水文系統對氣候變化的敏感性、海岸帶及大陸架生態敏感性等方面[8-10]。國內對生態系統敏感性評價的研究多集中在土地敏感性評價、水環境敏感性評價、水土流失敏感性評價及城市敏感性評價等領域[11-12]。朱志玲等[13]基于寧夏主要生態敏感問題，選取土壤侵蝕、土地沙漠化、土壤鹽漬化作為評價因子，運用GIS技術在單因子評價的基礎上，采用多因子綜合評價模型對研究區生態環境敏感性進行綜合分析。羅先香等[14]以松嫩平原西部為例，應用灰色關聯分析及徑向基函數網絡等方法，分析了影響因子對土壤鹽漬化的敏感程度，并通過土壤積鹽動態預報模型的建立，為土壤鹽漬化預測及防治工作提供了依據。張征云等[15]依據蒸發量、降水量、地下水礦化度和地形等評價因子，采用地理信息系統技術對天津市的土壤進行了鹽漬化敏感性評價。到目前為止，對土壤鹽漬化敏感性評價方面的研究鮮有報道，土壤鹽漬化敏感性研究無論是評價體系還是研究的技術方法都尚無統一標準，土壤鹽漬化敏感性評價的精確定性、定量、定位等的研究還在探索中[16]。因此，對博斯騰湖湖濱綠洲進行土壤鹽漬化敏感性研究對于合理開發利用區域土地資源，控制鹽漬化的發生發展，以及區域的可持續發展具有重要意義。

本文選擇博斯騰湖湖濱綠洲為研究區，以2010年9月24日的ALOS影像為基本數據源，結合野外調查數據，采用監督分類法，對研究區進行鹽漬地分類，通過ArcGIS的柵格計算功能，將土地利用類型圖與土壤鹽漬化分類圖進行疊加分析，計算不同土地利用類型的土壤鹽漬化敏感性指數，對研究區進行土壤鹽漬化敏感性研究。

1　研究區概況

博斯騰湖湖濱綠洲是人工綠洲和自然綠洲混合的山前湖泊綠洲。博斯騰湖湖濱帶綠洲是博斯騰湖水體和陸地之間的過渡區域，具有特殊的土壤、植被和水文特征；由于獨特的地理位置、干旱的氣候荒漠條件、活躍的地表與地下水補給，富含鹽分的母質環境以及人類的經濟活動，使博斯騰湖湖濱綠洲土壤鹽漬化較為普遍[17]。博斯騰湖位于我國新疆著名的焉耆盆地內(41°45′—42°15′N，86°00′—87°26′E)，地處封閉的山間盆地—焉耆盆地，地形總趨勢是北高南低[18]。博斯騰湖是開都河的歸宿地，又是孔雀河的發源地。博斯騰湖為天山南麓山間斷陷湖，由大湖、小湖群、葦湖3部分組成，水域面積約1 300 km2[19]。在湖泊水位下降、湖水礦化度上升和湖區有機污染不斷加劇的多重作用影響下，博斯騰湖湖濱濕地生境持續退化。研究區內地下水資源較為豐富，地下水可開采量為9.05×108m3/a，地下水埋深0.5～7.0 m，礦化度0.1～10 g/L[19]。

2　數據來源與處理

2.1數據處理

本文在前人研究的基礎上，利用監督分類和目視解譯相結合的方法對研究區ALOS遙感影像進行分類，將土地利用類型分為耕地、濕地、水體、沙地和未利用地5大類，鹽漬地類型分為非鹽漬地、輕度鹽漬地、中度鹽漬地和重度鹽漬地4大類。運用ENVI軟件里面的Majority/Minority Analysis功能，處理分類結果圖中的細小圖斑，以提高監督分類的準確性。由于“同物異譜”、“異物同譜”及空間分辨率等限制,對監督分類結果進行后處理，利用典型樣區野外調查數據對誤分地類進行人機交互修正。對分類結果，隨機選取100個樣點進行地面驗證，精度達到0.89，符合數據處理的要求。

2.2野外調研與室內分析

2.3土壤鹽漬化敏感性指數

不同土地利用類型土壤鹽漬化敏感性指數公式如下[9,20]：

(1)

式中：LSi——i土地利用類型的土壤鹽漬化敏感性指數；Aij——i土地利用類型分布在j鹽漬化敏感級上的面積；Ai——i土地利用類型總面積；Sij——i土地利用類型相對于j鹽漬化敏感級的權重；i——土地利用類型；j——土地鹽漬化敏感級；n——土地利用類型總數。不同敏感級的權重是根據土壤鹽漬化敏感級別的劃分先按1，3，5，7，9確定相對權重級別，之后按各級權重總和為1的原則進行計算[21-23]。根據公式(1)計算得出，研究區非鹽漬地、輕度鹽漬地、中度鹽漬地和重度鹽漬地4個權重向量分別為0.13，0.21，0.29，0.37。

3　結果與分析

3.1遙感影像分類及面積統計

對研究區遙感影像進行預處理，采用監督分類的最大似然法，進行土地利用類型和鹽漬地類型分類，結合野外調查和試驗分析數據，確定了5種土地利用類型(耕地、濕地、水體、沙地和未利用地)和4種鹽漬地類型(非鹽漬地、輕度鹽漬地、中度鹽漬地和重度鹽漬地)(表1)，并統計出土地利用類型和鹽漬地類型的面積。

表1　研究區鹽漬地類型含義及分類標準　　g/kg

由表2可知，耕地主要分布在研究區的西部，濕地分布在博斯騰湖和耕地之間，這兩類的面積分別為459.81，201.14 km2，在整個土地利用類型中所占比例為17.65%，7.72%。從不同土地利用類型面積和所占比例來看，水體面積最大，為968.44 km2，所占比例為37.17%，水域主要包括博斯騰湖大湖區和小湖區的水。沙地和未利用地分布在湖泊的南部和東北部，面積分別為968.44，386.73 km2，在整個研究區內所占比例為14.84%，22.62%。

表2　不同土地利用類型面積

近30年來，在研究區內由于不合理的用水和灌溉方式導致湖面持續干縮，造成水鹽運動發生變化，地下水水位下降，土壤鹽分增加。從表3可知，輕度、中度和重度鹽漬地主要分布與博斯騰湖周邊的濕地內和未利用地上，總面積是643.26 km2，占總面積的24.68%，其中輕度鹽漬地所占比例較大，占總面積的13.42%，主要分布于博斯騰湖周圍和未利用地上，在耕地和濕地內部分布少量的輕度鹽漬地；中度和重度鹽漬地所占比例較少，分別為6.72%，4.54%，主要分布在博斯騰湖的東北方向和周圍的未利用地上，其余分布在博斯騰湖與未利用地的過渡帶，表明研究區內的土壤鹽漬化類型基本上屬于輕度鹽漬化，中度和重度鹽漬化類型所占比例較少，非鹽漬地分布較廣，面積為1 961.74 km2，比例為75.29%。

表3　4種鹽漬地類型面積

3.2土地利用類型圖與鹽漬化分類圖疊加分析

通過表4可知，未利用地上分布的輕度、中度和重度鹽漬地面積總和是489.52 km2，所占比例為83.91%，非鹽漬地的面積為99.62 km2，所占比例為16.909%，非鹽漬地所占比例小于輕度、中度和重度鹽漬地所占的比例，表明研究區內該類型分布的大部分地區都屬于土壤鹽漬化中度和重度敏感區。沙地上輕度鹽漬地所占比例較大為5.091%，中度和重度鹽漬地面積所占比例為3.374%，2.537%，表示該土地利用類型上鹽漬化類型屬于輕度鹽漬化，中度和重度鹽漬化現象較少，土壤鹽漬化敏感性等級屬于輕度敏感。水體上非鹽漬地的分布最廣，比例為99.949%，少量分布輕度和中度鹽漬地。濕地上非鹽漬地分布面積最廣，比例為98.866%，輕度鹽漬地比例為2.22%，中度和重度鹽漬地比例為0.01%，0.05%，表示濕地對土壤鹽漬化的敏感性不太顯著。耕地上非鹽漬地所占面積較大為531.27 km2，比例為76.406%；輕度、中度、重度鹽漬地的面積分別為103.97，4.48，0.02 km2，比例為22.615%，0.974%，0.004%，耕地上發生輕度土壤鹽漬化的可能性大。研究區內除非鹽漬地外，土壤鹽漬化類型中輕度鹽漬化所占比例較大，表明研究區內輕度土壤鹽漬化發生的可能性較大，土壤鹽漬化敏感性屬于輕度敏感。

表4不同土地利用類型上的鹽漬地面積

疊加類型A11A12A13A14A21A22A23A31A32面積/km2351.27103.974.480.02198.862.220.01967.790.06疊加類型A33A41A42A43A44A51A52A53A54面積/km20.43344.1919.6913.059.8199.62223.85157.08108.59

注：個位數字1—4依次代表非鹽漬地、輕度鹽漬地、中度鹽漬地、重度鹽漬地；十位數字1—5依次代表耕地、濕地、水體、沙地、未利用地。

3.3土壤鹽漬化敏感性指數分析

根據統計出的不同土地利用類型中的鹽漬地分布面積，利用公式(1)計算出研究區內5種土地利用類型的敏感性指數。由表5可知，未利用地的敏感性指數最高，其值為0.25，耕地和沙地的敏感性指數為0.15，濕地的敏感性指數為0.13，水體的最低為0.03。由表4可知，未利用地上輕度，中度和重度鹽漬地所占比例大，水體和濕地中非鹽漬地的所占比例較大，表明未利用地上發生的土地鹽漬化的類型、范圍和可能程度比其他類型明顯，對土壤鹽漬化的敏感性高。水體和濕地對土壤鹽漬化的敏感性不明顯，該種土地利用類型上難以形成土壤鹽漬化現象。耕地和沙地的敏感性指數較高為0.15，主要是由于近30年來研究區內綠洲人口增多，耕地面積持續擴大，人類的不合理用水和灌溉造成地下水水位升高，導致土壤鹽漬化的發生。沙地分布的區域植被覆蓋率低，積鹽作用較強，土壤鹽漬化敏感性指數較高。

表5不同土地利用類型土壤鹽漬化敏感性指數

土地利用類型耕地濕地水體沙地未利用地土壤鹽漬化敏感性指數0.150.130.030.150.25

4　結 論

(1) 研究區內土壤鹽漬化程度基本屬于輕度鹽漬化，其面積占總面積的13.42%，中度鹽漬化面積和重度鹽漬化面積分別占總面積的6.72%和4.54%。

(2) 輕度、中度和重度鹽漬地主要分布于博斯騰湖的東北方向濕地邊緣和周圍的未利用地上，總面積為643.26 km2，占總面積的24.68%；其中未利用地上分布的輕度、中度和重度鹽漬地面積總和是489.52 km2，占未利用地面積的83.91%。

(3) 未利用地土壤鹽漬化敏感性指數為0.25，未利用地處于重度敏感區；耕地和沙地土壤鹽漬化敏感性指數為0.15，屬于中度敏感區；濕地土壤鹽漬化敏感性指數為0.13，濕地屬于輕度敏感區；水體土壤鹽漬化敏感性指數為0.03，水體屬于非敏感區。

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Study on the Sensitivity of Soil Salinization in the Lakeside Oasis of Bosten Lake Based on RS/GIS

LI Xinguo1,2, Gulikezi·Tulake1,2, LAI Ning3

(1.SchoolofGeographicSciencesandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China;2.XinjiangLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone,Urumqi830054,China; 3.InstituteofSoil&FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

Sensitivity evaluation of soil salinization was used to evaluate the type, scope and degree of soil salinization. Taking lakeside oasis of Bosten Lake as a study area, using the ALOS remote sensing image in 2010, combing the field survey and supervised classification method, the classification of saline in the study area, and different land use types of soil salinization sensitivity index were calculated. From the perspective of saline soil distribution type, mild, moderate and severe saline soils mainly distributed in the study area. The unused land area was 643.26 km2, accounting for 24.68% of total areas. Unused land salinization of soil sensitivity index was 0.25, belonging to severe saline soil area. Soil salinization sensitivity index of arable land and sandy land were 0.15, belonging to moderate saline soil area. Soil salinization in the wetland sensitivity index was 0.13, belonging to mild saline soil area. Soil sensitivity index of the water was 0.03, belonging to non-saline soil area.

soil salinization; sensitivity index; supervised classification; land use types; lakeside oasis of Bosten Lake

2014-12-15

2015-02-12

新疆維吾爾自治區重點實驗室專項資金項目(2014KL016);國家自然科學基金項目(41061025);新疆農業科學院青年科技基金項目(xjnkq-2014010)

李新國(1971—),男,甘肅玉門人,教授,博士,主要從事干旱區水土資源變化及其遙感應用研究。E-mail:onlinelxg@sina.com

S156.4

A

1005-3409(2016)01-0165-04