基于危險(xiǎn)度與風(fēng)險(xiǎn)格局的土地鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)

楊厚翔，雷國平※，徐 秋，連 臣

（1. 東北大學(xué)土地管理研究所，沈陽 110169；2. 黑龍江省土地利用監(jiān)測(cè)中心，哈爾濱 150090）

0 引 言

土地鹽堿化是阻礙區(qū)域生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的世界性環(huán)境問題之一[1]，識(shí)別鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)是區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展及維護(hù)國家糧食安全的重要科學(xué)問題。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速發(fā)展，人地矛盾不斷加劇，不合理的土地利用方式促使土地鹽堿化問題愈發(fā)嚴(yán)重，根據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地面積為9.54億hm2，并且以每年1.0×106hm2的速度在增長(zhǎng)[2]，其中中國為9 913萬hm2，涉及19個(gè)省份[3]，嚴(yán)重威脅農(nóng)牧業(yè)發(fā)展以及國家糧食安全。

已有研究主要集中在鹽堿化發(fā)生機(jī)理[4-5]、理化試驗(yàn)[6]、水鹽運(yùn)動(dòng)[7]、變化特征[8]、監(jiān)測(cè)調(diào)控[9]、改良利用[10-12]、預(yù)測(cè)[13]、危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)[14]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[1]等方面，其中鹽堿化危險(xiǎn)度和鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)方面研究較少，且兩者研究相對(duì)獨(dú)立，致使無法全局性掌握鹽堿地發(fā)生的內(nèi)涵與遷移的外延，不利于精準(zhǔn)化和差異化開展鹽堿化防治和監(jiān)測(cè)工作。并且研究多采用傳統(tǒng)的構(gòu)建指標(biāo)體系計(jì)算相應(yīng)指數(shù)的方法，但是鑒于鹽堿地形成和遷移的外部環(huán)境具有時(shí)空性、層次性、易變性和數(shù)量大等特點(diǎn)，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的研究方法難以收到滿意的結(jié)果，這降低了指導(dǎo)大尺度的土壤鹽堿化綜合治理和監(jiān)測(cè)的實(shí)踐價(jià)值。伴隨遙感（remote sensing, RS）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system, GIS）和神經(jīng)網(wǎng)格（artificial neural networks,ANN）技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使人們可以在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)鹽堿地變化進(jìn)行大范圍的把握[1]，同時(shí)能夠解決傳統(tǒng)方法在復(fù)雜邏輯等非線性領(lǐng)域的不適用性，這促使鹽堿化研究從單純的數(shù)量化研究轉(zhuǎn)向空間化研究，并使得鹽堿化研究更加符合其內(nèi)涵與外延[1,14]。

鹽堿化作為土地退化現(xiàn)象的一種，是各種不利因素綜合作用的結(jié)果，包括鹽堿化的發(fā)生與鹽堿化的遷移。危險(xiǎn)度是指生態(tài)地質(zhì)環(huán)境背景上疊加了人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)后土壤鹽堿化發(fā)生的難易程度[15]，其具有鹽堿化發(fā)生明確的內(nèi)涵；風(fēng)險(xiǎn)格局是指鹽堿地作為一種風(fēng)險(xiǎn)景觀，在自然或人為因素影響下與其他景觀通過生態(tài)過程相互作用可能產(chǎn)生的不利后果[1]，表現(xiàn)為土地發(fā)生鹽堿化遷移或擴(kuò)散不利的后果，具有鹽堿地遷移明確的外延。研究采用對(duì)數(shù)據(jù)具有良好擬合和自我學(xué)習(xí)能力的神經(jīng)網(wǎng)格方法，構(gòu)建鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型，采用最小累積阻力模型（minimal cumulative resistance, MCR）構(gòu)建地區(qū)鹽堿化景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局模型，通過疊加套合形成鹽堿地危險(xiǎn)度—景觀風(fēng)險(xiǎn)格局類型區(qū)，識(shí)別鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)及其級(jí)別，為大尺度的土地鹽堿化綜合防治和監(jiān)測(cè)提供了新的思路和方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)恢復(fù)、土地資源可持續(xù)利用和保障糧食安全具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黑龍江省是世界三大黑土帶之一，是全國第一產(chǎn)糧大省和重要的商品糧生產(chǎn)基地，承擔(dān)著保障國家糧食安全的重任，區(qū)域現(xiàn)有鹽堿地面積4 900 km2，嚴(yán)重威脅區(qū)域農(nóng)牧業(yè)發(fā)展，進(jìn)而威脅中國糧食安全。研究區(qū)位于中國東北部，介于北緯 43°26′～53°33′，東經(jīng) 121°11′～135°05′之間。地貌以大興安嶺、小興安嶺、東南部山地三大山系，松嫩、三江兩大平原及其之間的丘陵漫崗過渡帶為總體格局。降水分布在400～650 mm之間，表現(xiàn)為由西向東增加，山地大于平原；年平均蒸發(fā)量在900～1 800 mm，由南向北遞減，最大蒸發(fā)量在松嫩平原南部，大于1 600 mm；全年蒸降比在1.3～2.5之間，返鹽季節(jié)（4、5、6月）蒸發(fā)量是降水量的5倍。區(qū)域地下水位埋深總體表現(xiàn)為低山丘陵＞臺(tái)地＞平原，其中三江平原埋深在1～8 m之間，平均埋深為5 m，松嫩平原在5～30 m，平均埋深為13 m。區(qū)域地下水礦化度多在0～3 g/L之間，其中大慶及周邊地下水礦化度在1.5～3 g/L之間，齊齊哈爾、黑河、佳木斯及周邊地區(qū)地下水礦化度在0.5～1.5 g/L之間，其余地區(qū)在0～0.5 g/L之間。

1.2 數(shù)據(jù)來源、處理與分析

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

鹽堿化分布及程度來源于黑龍江省農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)庫（2016年）、國家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)—國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（http://www.geodata.cn）1:50萬鹽堿地空間分布（2000年），以及中國科學(xué)院南京土壤研究所的中國1:100萬土壤數(shù)據(jù)庫（1995年）；蒸發(fā)量、降水量數(shù)據(jù)來自國家氣象信息中心（http://data.cma.cn）中國地面國際交換站氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0），時(shí)間分辨率為1 d（2016年）；土壤質(zhì)地來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）1:100萬中國土壤質(zhì)地空間分布數(shù)據(jù)（2018年）；土地利用數(shù)據(jù)來自黑龍江省土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫（2016年）；NDVI來自地理國情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)（http://www.dsac.cn）1 km空間分辨率，16 d時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)產(chǎn)品（2016年）；黑龍江省數(shù)字高程模型 ASTER DEM 來自中國科學(xué)院數(shù)據(jù)云（http://www.csdb.cn），30 m空間分辨率（2000年）；地下水礦化度數(shù)據(jù)來自中國地下水資源.黑龍江卷（2004年）；地貌數(shù)據(jù)來自1:750萬地貌區(qū)劃圖。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

在 ArcGIS平臺(tái)支持下依據(jù)研究需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為空間分辨率為 90 m，轉(zhuǎn)換為GCS_Xian_1980投影參與空間運(yùn)算。鹽堿化區(qū)域敏感性采用鹽堿地程度面積加權(quán)法測(cè)算，鹽堿地、四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)的權(quán)重分別為1、0.8、0.6、0.4；土壤質(zhì)地依據(jù)國際制土壤質(zhì)地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類；土地利用程度采用劉紀(jì)遠(yuǎn)先生提出的土地利用程度的綜合分析方法[16]，即各地類土地利用程度分級(jí)指數(shù)與各地類面積百分比乘積，其中城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地利用程度分級(jí)指數(shù)分別為 4、4、3、3、3、2、1、1；坡度數(shù)據(jù)通過DEM數(shù)據(jù)獲取。

2 研究方法

研究通過評(píng)價(jià)確定鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)域，危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)具有鹽堿化發(fā)生內(nèi)涵的明確性，即能夠識(shí)別與已發(fā)生鹽堿化地區(qū)具有相似立地條件的易發(fā)地區(qū)，但無法識(shí)別已發(fā)生鹽堿化地區(qū)對(duì)其他區(qū)域的威脅；景觀風(fēng)險(xiǎn)格局評(píng)價(jià)具有鹽堿化遷移或擴(kuò)散外延的明確性，可識(shí)別出已發(fā)生鹽堿化地區(qū)可能威脅到的地區(qū)。

2.1 土地鹽堿化危險(xiǎn)度BP神經(jīng)網(wǎng)格模型

2.1.1 土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及分級(jí)

土地鹽堿化形成原理是土壤底層或地下水的鹽分在地貌、氣候、水文地質(zhì)、土壤條件等自然條件，以及土地利用等人為因素綜合作用下，逐步上升并積累在表層土壤中的過程[15,17-22]。地貌條件是土地鹽堿化形成的影響因素之一，決定了其按地貌分布的一般規(guī)律[15]，此外黑龍江省地貌差異明顯，且在宏觀尺度上能夠體現(xiàn)地下水埋深的異質(zhì)性[23]，故研究以地貌類型反應(yīng)區(qū)域地下水埋深之間的差異；氣候條件是土地鹽堿化形成的基本要素，蒸降比間接反映水鹽運(yùn)動(dòng)自然脅迫強(qiáng)度[17]，蒸降比越大土壤表層積累的鹽分會(huì)越多，由于黑龍江省11月初到2月底為凍土?xí)r間，水鹽運(yùn)動(dòng)處于潛伏期[15,24]，故蒸降比選取3～10月進(jìn)行蒸降比測(cè)算；地下水礦化度為鹽分來源，礦化度越高，同等條件下土壤鹽分越易積累[18-19]；表層土壤質(zhì)地可反映液態(tài)水滲透能力，黏粒占比越大，入滲率越低，地表越易積水，越易發(fā)生土地鹽堿化[20]；人類活動(dòng)對(duì)鹽堿化的影響表現(xiàn)為人類活動(dòng)改變?cè)械纳鷳B(tài)環(huán)境[21]，打破積鹽與脫鹽之間的平衡，造成鹽分淋洗減弱而鹽分積累增加，土地利用程度反映人類對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的干擾強(qiáng)度，干擾程度越大區(qū)域越易發(fā)生鹽堿化[15,22]；研究在此基礎(chǔ)上增設(shè)鹽堿化區(qū)域敏感性指標(biāo)，其主要是因?yàn)辂}堿化發(fā)生較為復(fù)雜，勢(shì)必存在考慮不周甚至遺漏指標(biāo)的問題，因此如果僅考慮以上因子會(huì)導(dǎo)致所選取因素組合模式相同，卻出現(xiàn) 2個(gè)或以上鹽堿化程度級(jí)別的問題，而鹽堿化區(qū)域敏感性體現(xiàn)了各類因素綜合作用的現(xiàn)實(shí)結(jié)果，在一定程度上彌補(bǔ)了這一弊端，經(jīng)驗(yàn)證效果理想。研究借助ArcGIS內(nèi)置Jenks自然斷點(diǎn)法劃分指標(biāo)級(jí)別（表1），空間分布情況見圖1。

表1 土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)Table 1 Classification of evaluation factors of land salinization danger

圖1 土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)要素分級(jí)圖Fig.1 Grading diagram of evaluation factors of land salinization danger

由圖 1可以看出土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)具有明顯的區(qū)域差異性，地下水礦化度Ⅰ級(jí)區(qū)分布在大小興安嶺、東南部山地區(qū)，以及松嫩平原東部地區(qū)和三江平原南部和西北部地區(qū)，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布在松嫩平原西北部地區(qū)和三江平原中部和東北部地區(qū)，Ⅲ級(jí)區(qū)主要分布在松嫩平原西南部地區(qū)；土地利用程度Ⅰ級(jí)區(qū)主要分布在大興安嶺北部、小興安嶺南部以及東南部山地西北部，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布在大小興安嶺交界處，松嫩平原與東南部山地交界處，以及三江平原南部和西北部地區(qū)；土壤質(zhì)地Ⅰ級(jí)區(qū)分布在松嫩平原西南部地區(qū)，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布在大興安嶺南部、小興安嶺，以及東南部山地區(qū)和東南部山地區(qū)，部分分布在三江平原中東部和南部地區(qū)，Ⅲ級(jí)區(qū)主要分布在松嫩平原中部偏東北地區(qū)，部分分布三江平原北部地區(qū)；鹽堿化歷史敏感性Ⅰ級(jí)區(qū)主要分布在大小興安嶺、東南部山地、松嫩平原中南部、三江平原中西部地區(qū)，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布在松嫩平原北部和中西部地區(qū)、三江平原中北部地區(qū)，Ⅲ級(jí)區(qū)主要分布在三江平原西南部地區(qū)；蒸降比Ⅰ級(jí)區(qū)分布較少，主要分布在松嫩平原中北部地區(qū)、東南部山地西部地區(qū)，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布在大小興安嶺地區(qū)、東南部山地區(qū)、三江平原、松嫩平原中部，Ⅲ級(jí)區(qū)主要分布在松嫩平原西南部地區(qū)。

2.1.2 生成評(píng)價(jià)單元

疊置分析是一種基本的土地評(píng)價(jià)方法[25]，是指在統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)下把 2層或多層要素進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新要素層的空間合成操作，其結(jié)果綜合了原來 2層或多層要素所具有的屬性，生成了新的空間關(guān)系和新的屬性關(guān)系，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互差異、聯(lián)系和變化等特征。研究將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行疊加，作為土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)單元，每一個(gè)評(píng)價(jià)單元都涵蓋了分割、目標(biāo)和輸入角色指標(biāo)信息。

2.1.3 樣本點(diǎn)的選取

樣點(diǎn)選取的科學(xué)性關(guān)系到土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。研究在全面性、代表性、最小數(shù)據(jù)集等樣點(diǎn)選取原則指導(dǎo)下[26-27]，依據(jù)形成的評(píng)價(jià)單元的要素組合模式選取樣點(diǎn)。具體步驟為：一是剔除面積較小的要素組合模式，總剔除面積小于總面積的5%，體現(xiàn)最小數(shù)據(jù)集原則；二是在具有代表性的要素組合模式中選取樣本點(diǎn)，代表性要素組合模式面積大于總面積的 95%，體現(xiàn)全面性和代表性原則。通過以上方法選取了44個(gè)樣本點(diǎn)。此外，隨機(jī)選取44個(gè)樣本點(diǎn)用于模型檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證。

2.1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)合理性分析

為了保證土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性以及結(jié)果的可靠性，測(cè)算評(píng)價(jià)指標(biāo)與鹽堿化程度之間的灰色關(guān)聯(lián)度值，計(jì)算結(jié)果見表2?；疑P(guān)聯(lián)分析的基本原理是設(shè)有 2條曲線 Xi和 Xj，記 ζij為在 tl時(shí)間上 Xi，Xj的關(guān)聯(lián)系數(shù)，γij為2條曲線的關(guān)聯(lián)度值，△γij(tl)為時(shí)刻tl上Xi、Xj的絕對(duì)差。分別有

作出關(guān)聯(lián)系數(shù)ζij(tl)關(guān)于時(shí)間tl的曲線，并記ζii(tl)=1，即曲線Xi同自身的關(guān)聯(lián)度值表示為

由表 2可以看出鹽堿化程度與評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度值處于一般及以上區(qū)間，說明所選擇的鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)是合適的。

表2 關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果Table 2 Result of correlation analysis

2.1.5 BP-ANN鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

土地鹽堿化影響因素多且關(guān)系復(fù)雜，反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（BP-ANN）具有模擬其復(fù)雜關(guān)系的能力[14]，故研究采用該模型對(duì)土地鹽堿化危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。該模型在運(yùn)行中包括網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和模式識(shí)別兩個(gè)過程。研究用44個(gè)典型樣本點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，在網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練中需要輸入節(jié)點(diǎn)信息，其中分割層節(jié)點(diǎn)為地貌類型；輸入層為蒸降比、土壤質(zhì)地、地下水礦化度、土地利用程度、鹽堿化區(qū)域敏感性；輸出層為土地鹽堿化發(fā)生的危險(xiǎn)度，見圖2。

圖2 土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的 ANN-BP 模型結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of ANN-BP model for danger assessment of land salinization

2.2 土壤鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)格局

2.2.1 確定風(fēng)險(xiǎn)源

“風(fēng)險(xiǎn)源”是指在一定時(shí)空尺度下的景觀生態(tài)過程中，對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)安全造成威脅的景觀類型[28-30]，因此，鹽堿化土地為該研究的風(fēng)險(xiǎn)源，即鹽堿化土地（風(fēng)險(xiǎn)源）作為生境斑塊的一種，與其他景觀存在著不同程度的連接，在這些連接中產(chǎn)生物質(zhì)流，從而使 2個(gè)相連的生境相互影響，產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)阻力面的建立

1）確定鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)流及其主要影響因素

這些連接是通過生態(tài)流克服阻力來實(shí)現(xiàn)，其阻力面反映了生態(tài)用地空間連通的趨勢(shì)。因此，要先分析影響風(fēng)險(xiǎn)源的物質(zhì)流及其遷移的影響因素。水無疑是鹽堿地遷移的物質(zhì)流，研究參考已有成果選取對(duì)物質(zhì)流具有全局性影響的因素，包括高程、坡度、植被和土壤質(zhì)地這4種因素[1,22,31]。

鹽堿地位于地勢(shì)相對(duì)低洼處，高程對(duì)水的阻力主要體現(xiàn)在克服重力勢(shì)能，相對(duì)高程越高需要克服的重力勢(shì)能越大[31]，阻力值越大，黑龍江省地貌分為三江平原、松嫩平原、大小興安嶺、東南部山地，各地貌間高程差異較大，采用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，會(huì)降低低海拔地貌區(qū)的阻力值，增加高海拔地貌區(qū)的阻力值，故研究分別對(duì)黑龍江省四大地貌區(qū)進(jìn)行高程阻力值分級(jí)。坡度對(duì)水的阻力主要體現(xiàn)在洼地產(chǎn)流難易程度，坡度越大低洼地滯留水越多，越不容易產(chǎn)流[31]，風(fēng)險(xiǎn)源擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)越低，阻力值越大。植被對(duì)水的阻力體現(xiàn)在植株對(duì)水分的吸收和蒸發(fā)作用上，因此植被指數(shù)（NDVI）越高，其阻力值越大[1]。土壤具有固水的作用，土壤的質(zhì)地越偏向于黏土，固水能力越強(qiáng)[1,22]，阻力值越大。研究采用自然斷裂法對(duì)阻力值進(jìn)行分級(jí)（表 3），該方法可使各個(gè)類之間的差異最大化，分級(jí)后各要素阻力值及疊加阻力空間分布見圖3。

表3 阻力值分級(jí)Table 3 Classification of resistance values

圖3 評(píng)價(jià)要素阻力值級(jí)別及疊加阻力分布Fig.3 Evaluation factor resistance level and superposition resistance distribution

圖 3可以看出土地鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有明顯的區(qū)域差異性，高程阻力高值區(qū)主要分布在大小興安嶺和東南部山地區(qū)，低值區(qū)主要分布在兩大平原；植被指數(shù)高值區(qū)主要分布在東南部山地區(qū)及與小興安嶺交界處，中值區(qū)主要分布在大興安嶺、松嫩平原北部地區(qū)及三江平原地區(qū)，低值區(qū)主要分布在松嫩平原西南部；坡度中高值區(qū)主要分布在大小興安嶺、東南部山地區(qū)，低值區(qū)主要分布在松嫩、三江兩大平原地區(qū)；阻力面高值區(qū)主要分布在大興安嶺西南部、東南部山地及與三江平原交界處，中值區(qū)主要分布在小興安嶺地區(qū)、松嫩平原東北部地區(qū)、三江平原中北部地區(qū)，低值區(qū)主要分布在松嫩平原西北部地區(qū)。

2）評(píng)價(jià)模型

采用理論地理學(xué)中的表面模型—最小累積阻力模型來建立阻力面[32-33]。阻力面模型計(jì)算后的累積阻力面圖是以風(fēng)險(xiǎn)源分布為核心到空間任意一點(diǎn)的累積阻力值。計(jì)算公式如下

式中 MCR為風(fēng)險(xiǎn)源擴(kuò)散到空間某一點(diǎn)的最小累計(jì)阻力；Dij為風(fēng)險(xiǎn)源j到景觀類型i的空間距離；Ri為景觀類型i對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源遷移阻力值；n、m為風(fēng)險(xiǎn)源與景觀類型數(shù)目。

2.2.3 景觀風(fēng)險(xiǎn)格局等級(jí)劃分

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)阻力是在空間上連續(xù)的函數(shù)，要得到景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局就需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。擬將研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為重度及以上（H）、中度（M）、輕度及以下（L）3個(gè)等級(jí)。通過對(duì)比劃分景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)間值的方法的表現(xiàn)結(jié)果，本文確定采用幾何間隔法對(duì)計(jì)算結(jié)果分級(jí)，該方法可確保每個(gè)所擁有的值的數(shù)量大致相等[34]。

2.3 鹽堿化類型區(qū)與監(jiān)測(cè)級(jí)別

研究在危險(xiǎn)度和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上，疊加鹽堿化危險(xiǎn)度和鹽堿化景觀風(fēng)險(xiǎn)格局形成基于鹽堿化危險(xiǎn)—景觀風(fēng)險(xiǎn)格局形式的鹽堿化類型區(qū)，并劃分監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別。L-L為非鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)域（安全區(qū)）；M-L、L-M 2種情況為低級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)；M-M、H-L、L-H為中級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)；H-H、H-M、M-H為高級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)。

3 研究結(jié)果

3.1 鹽堿化危險(xiǎn)度與景觀風(fēng)險(xiǎn)格局

3.1.1 鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型驗(yàn)證

網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，從44個(gè)隨機(jī)樣本點(diǎn)中抽取22個(gè)樣本點(diǎn)檢驗(yàn)驗(yàn)證，即將22個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)信息輸入到模型，并將模型運(yùn)算得到的鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)結(jié)果與該樣本點(diǎn)實(shí)際鹽堿化狀況進(jìn)行對(duì)比，見表4。

表4 土地鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型、結(jié)果驗(yàn)證與評(píng)價(jià)因子重要性Table 4 Validation of evaluation model and results of land salinization danger and importance of evaluation factors

從表4可以看出，模型運(yùn)算結(jié)果與實(shí)際情況完全擬合，精度高達(dá) 100%。因此，該模型可以應(yīng)用于土地鹽堿化危險(xiǎn)度的評(píng)價(jià)。此外，低山丘陵區(qū)礦化度、區(qū)域歷史敏感性，臺(tái)地區(qū)礦化度，松嫩沖積平原礦化度和蒸降比，三江沖積平原鹽堿化區(qū)域敏感性對(duì)鹽堿化危險(xiǎn)度影響大。

3.1.2 鹽堿化危險(xiǎn)度與景觀風(fēng)險(xiǎn)格局評(píng)價(jià)

研究利用 2.1部分構(gòu)建的模型對(duì)黑龍江省土地鹽堿化危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖 4a；利用檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪Ｓ嗟?2個(gè)隨機(jī)樣本點(diǎn)驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果，見表4，由表4可以看出22個(gè)樣本點(diǎn)中21個(gè)樣本點(diǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際狀況一致，整體準(zhǔn)確率達(dá) 95.45%，其中除松嫩沖積平原準(zhǔn)確率為85.71%，其余類型區(qū)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率均為100%。利用2.2部分研究方法形成黑龍江省土地鹽堿化景觀風(fēng)險(xiǎn)格局，結(jié)果見圖4b。

圖4 黑龍江省土地鹽堿化危險(xiǎn)度與景觀風(fēng)險(xiǎn)格局Fig.4 Land salinization danger and landscape risk pattern of Heilongjiang Province

由圖 4可以看出，鹽堿化景觀風(fēng)險(xiǎn)格局與危險(xiǎn)度分布區(qū)域較為一致，但有所差異，且重度及以上、中度分布范圍更廣。鹽堿化危險(xiǎn)度方面，重度及以上分布在松嫩平原西南部，中度分布在松嫩平原中北部地區(qū)以及三江平原東北部地區(qū)，輕度及以下主要分布在大小興安嶺和東南部山地，以及松嫩平原東部地區(qū)和三江平原南部地區(qū)。風(fēng)險(xiǎn)格局方面，重度及以上不僅分布在松嫩平原中北部地區(qū)，還包括松嫩平原中部和北部地區(qū)，此外在三江平原東北部及東南部山地地區(qū)也有少量分布；中度除了在松嫩平原中北部地區(qū)以及三江平原東北部地區(qū)有所分布外，在松嫩平原中東、中南地區(qū)，三江平原中西部，東南部山地區(qū)也有所分布；輕度及以下風(fēng)險(xiǎn)格局主要分布在大小興安嶺，此外在三江平原及東南部山地南部邊緣有少量分布。

3.2 基于危險(xiǎn)度與風(fēng)險(xiǎn)格局的鹽堿化類型區(qū)與監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別

研究在鹽堿化危險(xiǎn)度與景觀風(fēng)險(xiǎn)格局評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，在ArcGIS平臺(tái)支撐下，利用2.3部分研究方法形成基于危險(xiǎn)度與景觀風(fēng)險(xiǎn)格局的鹽堿化類型區(qū)（圖 5a），確定監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別（圖5b），并對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表5）。

圖5 黑龍江省土地鹽堿化類型與監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別Fig.5 Types of salinization and monitoring area levels of Heilongjiang Province

表5 黑龍江省土地鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)級(jí)別面積分布Table 5 Area distribution of land salinization monitoring area of Heilongjiang Province

由圖5、表5可以看出黑龍江省鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)域面積為2 981.72萬hm2，高、中、低級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)占區(qū)域面積的20.18%、14.68%、32.23%。總體呈現(xiàn)東部、西部監(jiān)測(cè)級(jí)別高，中部、北部、南部監(jiān)測(cè)級(jí)別低的總體格局。其中高級(jí)別和中級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在松嫩平原西部、西南部和北部地區(qū)以及三江平原東北部地區(qū)，該區(qū)域鹽堿化危險(xiǎn)度或風(fēng)險(xiǎn)格局較大，應(yīng)作為鹽堿化監(jiān)測(cè)和防治的重點(diǎn)區(qū)域；低級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在松嫩平原東部、三江平原南部、東南部山地區(qū)，非監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在大小興安嶺地區(qū)。

4 結(jié) 論

1）基于神經(jīng)網(wǎng)格與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局的土地鹽堿化監(jiān)測(cè)區(qū)域識(shí)別技術(shù)統(tǒng)籌兼顧了鹽堿地發(fā)生內(nèi)涵與遷移外延，為土地鹽堿化監(jiān)測(cè)與防治提供了科學(xué)依據(jù)和方法參考。鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)從鹽堿地發(fā)生內(nèi)涵出發(fā)，選取地貌、土壤質(zhì)地、蒸降比、地下水礦化度、鹽堿化區(qū)域敏感性、土地利用程度等作為評(píng)價(jià)因子，并通過灰色關(guān)聯(lián)度模型分析了鹽堿化與其關(guān)聯(lián)度，驗(yàn)證選取指標(biāo)的合理性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格訓(xùn)練與精度檢驗(yàn)，形成基于神經(jīng)網(wǎng)格的鹽堿化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型，對(duì)土地鹽堿化危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)；鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從鹽堿地?cái)U(kuò)散（遷移）的外延出發(fā)，篩選鹽堿地?cái)U(kuò)散或遷移阻力因子并構(gòu)建阻力面，利用最小阻力模型，評(píng)價(jià)形成鹽堿化景觀風(fēng)險(xiǎn)格局，進(jìn)而借助ArcGIS空間分析功能疊加鹽堿化危險(xiǎn)度和風(fēng)險(xiǎn)格局，形成鹽堿化類型區(qū)與監(jiān)測(cè)級(jí)別。

2）研究以黑龍江省為例進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，黑龍江省鹽堿地總體呈現(xiàn)東部、西部監(jiān)測(cè)級(jí)別高，中部、北部、南部監(jiān)測(cè)級(jí)別低的總體格局，高級(jí)別和中級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在松嫩平原西部、西南部和北部地區(qū)以及三江平原東北部地區(qū)，低級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在松嫩平原東部、三江平原南部、東南部山地區(qū)，非監(jiān)測(cè)區(qū)主要分布在大小興安嶺地區(qū)。區(qū)域鹽堿地監(jiān)測(cè)區(qū)面積為2 981.72萬hm2，占研究區(qū)的 67.10%，其中高、中、低級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)占區(qū)域面積的20.18%、14.68%、32.23%。