開都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化研究

李新國,李會(huì)志,王 影,任云霞

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,烏魯木齊830054;2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊830054)

土壤鹽漬化是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙,亦是影響綠洲生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素,干旱區(qū)綠洲的穩(wěn)定性外受過渡帶影響,內(nèi)受土壤鹽漬化影響[1]。土壤鹽漬化既涉及資源問題和生態(tài)環(huán)境問題,又與區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān),同時(shí)鹽漬地還是一種重要的土地資源,科學(xué)合理地開發(fā)利用,具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。位于新疆焉耆盆地的開都河下游灌區(qū)是典型的人工綠洲區(qū)域,由于前期盲目地?cái)U(kuò)大耕地和長期大量引用地表水進(jìn)行不合理地灌溉,致使灌區(qū)地下水位普遍升高,地下水位埋深由20世紀(jì)50年代開墾前的5.0～7.0 m,變?yōu)楝F(xiàn)在的1.8～2.2 m,灌區(qū)土壤鹽漬化日趨嚴(yán)重,中重度鹽漬化面積占耕地面積的35.32%,致使部分耕地退化而棄耕[2-3]。因此,深入分析人工綠洲區(qū)域的土壤鹽漬化現(xiàn)狀,研究其土壤鹽漬化的類型、程度、面積及其空間分布特征,對(duì)于人工綠洲區(qū)域鹽漬化土地的因地制宜地改良和合理利用,保障干旱區(qū)綠洲社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,具有重要的社會(huì)意義與實(shí)踐價(jià)值。

隨著3S技術(shù)在土地資源監(jiān)測(cè)和調(diào)查中廣泛應(yīng)用和日臻成熟,將其作為研究方法和技術(shù)手段對(duì)開都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化的變化過程及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定量描述,充分體現(xiàn)3S技術(shù)在資源監(jiān)測(cè)與調(diào)查中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、探測(cè)面積大、省時(shí)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)研究區(qū)采用兩個(gè)不同時(shí)期的遙感圖像解譯,結(jié)合實(shí)地調(diào)查,應(yīng)用統(tǒng)一的確定鹽漬化土地面積和程度的標(biāo)準(zhǔn),得出區(qū)域鹽漬地的定量化分析結(jié)果,可以為該區(qū)域合理開發(fā)利用鹽漬地資源、分區(qū)治理農(nóng)田中重度鹽漬地提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

開都河下游灌區(qū)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi),包括和靜縣、和碩縣、博湖縣及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)22團(tuán)、23團(tuán)、24團(tuán)、25團(tuán)和 223團(tuán),地理位置為85°42′-88°00′E,41°35′-42°30′N 。開都河發(fā)源于天山中部的依連哈比爾尕山和艾爾賓山,主源為扎格斯臺(tái)河和哈爾尕提溝,河流全長560 km,流域面積2.2萬km2,年徑流量34.12萬m3,占進(jìn)入盆地總徑流量的80%以上,是惟一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流。開都河下游段(大山口水電站到博斯騰湖入湖口)河流長度為171 km,分為東支和西支,東支進(jìn)入博斯騰湖大湖區(qū),西支進(jìn)入博斯騰湖小湖區(qū),除部分水量注入博斯騰湖外,另有部分水量消耗于農(nóng)業(yè)灌溉。

開都河下游灌區(qū)所在的焉耆盆地是南天山褶皺斷塊山系中的一個(gè)半封閉的大型山間盆地,面積1.361 2萬km2。盆地地面海拔一般在1 050～1 200 m,地勢(shì)西高東低、北高南低,總體呈現(xiàn)為四周向盆地傾斜的地貌形態(tài),盆地內(nèi)流水地貌、風(fēng)沙地貌、湖泊地貌類型十分發(fā)育,自盆地四周高山到博斯騰湖依次為戈壁、平原和湖沼,呈環(huán)狀分布。盆地內(nèi)水系順地勢(shì)單向發(fā)育,從北部或西北部流向盆地的最低處-博斯騰湖,開都河是該盆地中最大的一條河流。焉耆盆地四周山區(qū)富含鈉鹽,山前帶的第三紀(jì)和侏羅紀(jì)巖層富含石膏等可溶性鹽,為焉耆盆地開都河下游灌區(qū)土壤鹽漬化的形成提供了物質(zhì)條件。

開都河下游灌區(qū)地處西北內(nèi)陸干旱區(qū),氣候特征表現(xiàn)為熱量充足,日照長,降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈。年均氣溫8.0～8.6℃,夏季月平均氣溫22.8℃,冬季月平均氣溫-9.0℃,絕對(duì)最高氣溫39.0℃,最低氣溫-30.4 ℃,≥10℃的積溫3 414.4～3 694.1℃,無霜期176～200 d;年平均降水量 50.7～79.9 mm,蒸發(fā)量2 000.5～2 449.7mm,蒸降比高達(dá)40∶1,屬于南北疆過渡的大陸荒漠性氣候[4]。

開都河下游灌區(qū)內(nèi)土壤類型主要有草甸土、沼澤土、灌耕土、鹽土、棕漠土、風(fēng)化土等;自然植被多為芨芨草、蘆葦、胡楊等,人工植被以農(nóng)作物、果林和田間防護(hù)林為主。區(qū)內(nèi)地下水資源較為豐富,地下水可開采量為9.05億m3/a,地下水埋深0.5～7.0 m。農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)主要分布于沖積平原的中下游,多年平均引用地表水量為11.0億m3/a,年開發(fā)地下水量約為可開采量的10%。地下水化學(xué)特征具有較強(qiáng)的地帶性分異規(guī)律,山前的沖積-洪積平原為低礦化的重碳酸型水,過渡到?jīng)_積平原的中上部重碳酸-硫酸鹽型,濱湖地區(qū)則為硫酸鹽-氯化物型水;在沖積平原水文網(wǎng)發(fā)育的地方,潛水受地表水的淡化作用明顯,地下水化學(xué)組成復(fù)雜[5]。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

遙感數(shù)據(jù)采用研究區(qū)的Landsat TM數(shù)據(jù)與CBERS-02衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)。Landsat TM數(shù)據(jù)接收時(shí)間為1990年10月,CBERS-02衛(wèi)星CCD影像數(shù)據(jù)接收時(shí)間為2008年10月,均為晴空資料(云量＜5%)。地理底圖采用國家測(cè)繪局編制的1∶25萬分幅數(shù)字地形圖,土地利用圖采用焉耆盆地1∶10萬土地利用圖,地圖采用2008年新疆維吾爾自治區(qū)1∶50萬政區(qū)圖,以及研究區(qū)其他數(shù)據(jù)資料,包括2003年地下水礦化度分布圖與地下水埋深分布圖、2007年土壤調(diào)查報(bào)告、1998-2007年氣象數(shù)據(jù)等。

利用遙感圖像處理軟件Erdas 8.7對(duì) Landsat TM數(shù)據(jù)與CBERS-02衛(wèi)星CCD影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、去霾處理等技術(shù)處理后,分別取4,3,2波段合成假彩色圖像(附圖7與附圖8)。以土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ),選取控制點(diǎn)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合校正,處理后的兩個(gè)時(shí)期的圖像與數(shù)字化邊界匹配吻合,誤差在1個(gè)像元內(nèi)。在圖像解譯之前,結(jié)合土壤調(diào)查報(bào)告及土地利用圖等非遙感數(shù)據(jù)建立各種類型鹽漬地的解譯標(biāo)志,即選擇一條鹽漬地類型豐富的野外調(diào)查路線,在沿線選擇典型鹽漬地樣區(qū),并用GPS確定各樣區(qū)位置,依據(jù)觀察到的鹽漬地類型、地物景觀、植被狀況,結(jié)合遙感影像對(duì)應(yīng)點(diǎn),研究影像上不同程度鹽漬化土地的影像特征,建立遙感解譯標(biāo)志(包括影像顏色、灰度、斑塊形狀、分布位置等),取樣并測(cè)定地下水礦化度、土壤含鹽量。在分析前人的各種分類體系并結(jié)合本區(qū)域特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合土壤類型與土地利用等非遙感數(shù)據(jù),確定鹽漬化土地分類系統(tǒng),本文采用的分類系統(tǒng)為非鹽漬化、輕度鹽漬化、中度鹽漬化、重度鹽漬化(含鹽土)。

對(duì)兩個(gè)時(shí)期遙感影像上鹽漬地信息的識(shí)別與提取,采用目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類相結(jié)合的方法,充分利用遙感數(shù)據(jù)的光譜信息、空間信息和時(shí)間信息,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。為提高圖像解譯的準(zhǔn)確性和精度,選擇有代表性的樣點(diǎn),尤其是判讀不清的區(qū)域,再到野外定點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)與校正,對(duì)比分類后的圖像,對(duì)分類錯(cuò)誤進(jìn)行人工糾正。在GIS軟件ArcGIS 8.7的支持下,對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行處理,得到土地鹽漬化現(xiàn)狀空間分布圖(附圖9和附圖10),并匯總、統(tǒng)計(jì),建立研究區(qū)土地鹽漬化空間數(shù)據(jù)庫。

3 結(jié)果分析

3.1 鹽漬化土地面積明顯減少

對(duì)研究區(qū)兩個(gè)時(shí)期的影像進(jìn)行遙感解譯,得到研究區(qū)鹽漬地面積變化的對(duì)比(表1)。1990年,研究區(qū)鹽漬地面積 1 928.90 km2,占研究區(qū)總面積的54.95%,其中重度鹽漬地面積268.40 km2,占研究區(qū)總面積的7.65%,中度鹽漬地面積515.90 km2,占研究區(qū)總面積的14.70%,輕度鹽漬地面積1 144.60 km2,占研究區(qū)總面積的42.61%;2008年研究區(qū)鹽漬地面積1 513.40 km2,占研究區(qū)總面積的43.11%,其中重度鹽漬地面積187.40 km2,占研究區(qū)總面積的5.34%,中度鹽漬地面積308.50km2,占研究區(qū)總面積的8.79%,輕度鹽漬地面積1 017.50 km2,占研究區(qū)總面積的28.99%。近20年來,研究區(qū)鹽漬化土地面積減少了415.50 km2,鹽漬化土地面積比例減少11.84%。

表1 開都河下游灌區(qū)鹽漬化土地解譯數(shù)據(jù)

3.2 土壤鹽漬化程度減緩

研究區(qū)土地鹽漬化的變化還表現(xiàn)在土壤鹽漬化程度的減緩。對(duì)土壤鹽漬化程度的評(píng)價(jià)主要依據(jù)土壤類型、植被類型和鹽堿斑占基質(zhì)面積的比例來判定[6]。其中,土壤類型由2007年焉耆盆地土壤調(diào)查報(bào)告資料獲得,鹽堿斑數(shù)量和植被類型可以由遙感影像解譯,結(jié)合典型樣區(qū)調(diào)查獲得,鹽漬化土地程度評(píng)價(jià)指標(biāo)(表2)。研究區(qū)的鹽漬地面積由1990年的1 928 km2,下降到 2008年的 1 513.40 km2,鹽漬地面積減少了415.50 km2,平均每年減少21.87 km2,動(dòng)態(tài)度-1.13%,其中重度鹽漬地面積減少 81.00 km2,占鹽漬地減少面積的19.49%,中度鹽漬地面積減少207.40 km2,占鹽漬地減少面積的49.92%,輕度鹽漬地面積減少127.10 km2,占鹽漬地減少面積的30.59%。近20年來,研究區(qū)土壤鹽漬化程度有所減緩,其中中度土壤鹽漬化土地減緩幅度最大。

表2 研究區(qū)土壤鹽漬化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3 土壤鹽漬化類型現(xiàn)狀與分布特征

土壤鹽漬化類型的分類標(biāo)準(zhǔn)采用《新疆農(nóng)業(yè)技術(shù)手冊(cè)》的土壤鹽漬化類型區(qū)分表和土壤鹽漬化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)研究區(qū)表層0-30cm土壤鹽分中 C1-/mol比值及土壤含鹽量進(jìn)行分類和分級(jí),并分類別和級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 2008年研究區(qū)鹽漬化分類分級(jí)統(tǒng)計(jì)特征 %

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)鹽漬地類型主要為氯化物-硫酸鹽型鹽漬化,占66.96%,其中重度鹽漬化占38.39%;其次為硫酸鹽-氯化物型,占15.18%,其中重度鹽漬化占11.61%。根據(jù)調(diào)查資料[5],研究區(qū)土壤鹽漬化程度的分布,在水平方向具有分帶性,即圍繞博斯騰湖呈環(huán)帶狀分布。研究區(qū)內(nèi)中度鹽漬地、輕度鹽漬地、非鹽漬地呈斑塊狀鑲嵌分布,重度鹽漬地主要分布在開都河下游排堿干渠兩岸和博斯騰湖北岸湖濱區(qū)(附圖10)。根據(jù)土壤鹽漬化程度不同,可以將研究區(qū)分成4個(gè)區(qū)域。

(1)非鹽漬化區(qū)。靠近戈壁地帶,潛水位埋深大于5 m,礦化度＜1 g/L,主要分布于遠(yuǎn)離排堿渠和河道的區(qū)域和灌排水條件良好的農(nóng)田。

(2)輕鹽漬化區(qū)。廣泛分布于遠(yuǎn)離排堿渠和河道的、地勢(shì)高的農(nóng)田區(qū)域,潛水位埋深在3～5 m,礦化度1～2 g/L,對(duì)某些農(nóng)作物生長有輕微危害。

(3)中度鹽漬化區(qū)。主要分布于地勢(shì)較低的農(nóng)田和開都河河口區(qū),潛水位埋深1～3 m,礦化度2～10 g/L,對(duì)農(nóng)作物生長有一定危害。

(4)重度鹽漬化區(qū)。主要分布于博斯騰湖湖濱區(qū)、農(nóng)田排堿干渠和河道附近,潛水位埋深0.5～1 m,礦化度 15～20 g/L,甚至達(dá)到30 g/L以上,對(duì)農(nóng)作物生長有極大危害,不適合農(nóng)作物生長。

4 結(jié)論與討論

(1)開都河下游灌區(qū)的土壤鹽漬化土地面積減少了415.50 km2,鹽漬化土地面積比例減少11.84%。

(2)鹽漬化程度亦有所減緩,鹽漬地面積由1990年的1 928 km2,下降到2008年的1 513.40 km2,平均每年減少21.87 km2,動(dòng)態(tài)度-1.13%,其中中度土壤鹽漬化土地減緩幅度最大。

(3)土壤鹽漬化土地類型主要為氯化物-硫酸鹽型鹽漬化,占66.96%,其中重度鹽漬化占38.39%;其次為硫酸鹽-氯化物型,占15.18%,其中重度鹽漬化占11.61%。

(4)研究區(qū)農(nóng)田內(nèi)中度鹽漬地、輕度鹽漬地、非鹽漬地呈斑塊狀鑲嵌分布,重度鹽漬地主要分布在開都河下游排堿干渠兩岸和博斯騰湖北岸湖濱區(qū)。

近20年來,由于區(qū)域土壤鹽漬化土地的綜合治理與水環(huán)境保護(hù),開都河下游灌區(qū)的土壤鹽漬化土地面積減少,鹽漬化程度有所減緩,但區(qū)域土壤鹽漬化依然對(duì)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。因此,區(qū)域鹽漬地的開發(fā)利用和治理必須從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),將研究區(qū)所在盆地的地表引水-地下水開采-灌溉排水-水土環(huán)境保護(hù)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體來對(duì)待,保持區(qū)域水土資源的可持續(xù)利用。

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