以水权转换重要试点——河套灌区上游沈乌灌域为研究区域,针对引黄水量减少,秋浇水量随之减少,渠系防渗作用增强的节水改造背景下,土壤盐分重分布和土地利用类型变化的问题,结合3S技术,探明区域空间和时间尺度上土壤盐渍化分布情况及其变化规律,掌握不同土地利用类型下土壤盐分变化差异,针对灌域土壤盐渍化状况进行更为详细地评估和预测。不仅对河套灌区农业可持续发展具有重要意义,也可为灌区及周边区域水资源管理、续建配套与节水改造以及土壤盐渍化防治提供一定的科学依据。本文采用区域土壤信息定点监测,结合经典统计学、空间插值、缓冲区分析和空间自相关分析方法,研究节水改造后灌域土壤盐分空间变异、时空分布规律及不同改造年限区域土壤盐分变化差异。基于CART决策树方法解译灌域土地利用类型,进一步摸清土地利用类型变化情况下土壤盐分时空变化规律并量化不同地类储盐程度。利用遥感大规模监测的有效手段,将高光谱与Landsat 8 OLI多光谱数据结合,构建土壤盐分反演模型,应用CA-Markov模型对灌域土壤盐渍化区域稳定性和分布特征进行评估和预测。通过研究得到以下结论:(1)节水改造后,年际间年均土壤含盐量耕层下降10.67%,深层增加27.12%,两土层Moran’s I指数分别增加6.06%和32.34%,空间相关性增强。年内由于引黄水量减少,秋浇水量骤减,秋浇后土壤盐分淋洗效果减弱9.26%。空间上,土壤盐分高值区(>6g/kg)多位于地下水埋深较浅的东风分干渠和一干渠渠首区域,低值区(<2g/kg)位于西南和东部沙区。由LISA集聚分析确定改造后东风分干渠和一干渠渠首仍是盐渍化防治重点区域。长期和短期改造区受渠道影响半径分别为1.5km和0.7km,长期改造区缓冲区内耕层和深层平均土壤含盐量每年下降速率比短期改造区分别高0.03245g/kg和0.00282g/kg,节水改造年限越长区域均布化程度越高。(2)验证CART决策树解译土地利用类型模型精度较高(总体精度大于90.00%,使用精度大于80.00%,Kappa系数大于0.90)。统计分析发现3年间耕层和深层平均土壤含盐量从大到小依次为盐碱地、水体、植被、沙地和其他;单位土壤储盐量由大到小依次为植被、其他、水体、盐碱地和沙地,灌域耕层(0-30cm)和深层(30-50cm)平均总土壤储盐量分别为884.56t和531.04t。改造后耕层春播前、生育期和秋收后单位土壤储盐量分别减少11.54%、27.46%和2.38%,深层春播前和生育期单位土壤储盐量分别增加13.11%和9.83%,秋收后减少1.02%。沙地面积缩减且耕层土壤储盐量呈减少趋势,植被、水体和盐碱地3者处不同时期土壤盐分相互迁移。(3)将高光谱和多光谱数据进行波段相关性分析(R2均大于0.800)证明多光谱数据定量反演土壤盐分的有效性,基于BP神经网络使得土壤盐分反演模型(R2:0.8751,RPD:2.201)精度得到大幅提高,为今后河套灌区等土壤含盐量反演提供了一定的依据。应用CA-Markov模型(数量精度和空间精度大于85.00%)对土壤盐渍化时空分布进行预测发现2013～2018年土壤盐渍化稳定区、盐渍化减轻区、盐渍化加重区分别占比50.04%、42.65%和7.32%。减轻区多分布于沙地附近,说明灌域治沙护渠、节水灌溉及变废为荒等人类活动影响,导致盐渍化减轻区增加。而2018～2028年土壤盐渍化稳定区较2013～2018年增加27.43%,且盐渍减轻区增加程度有所下降。由转移概率矩阵可知由重向非、轻盐渍化转化的概率是由非、轻向重盐渍化转化的概率的2～5倍。土壤盐渍化状况趋于稳定发展,土地依托改善的灌排系统进行脱盐作用,土地利用类型也是影响其变化的重要原因。4.节水改造工程实施后,年际耕层土壤盐渍化程度减轻10.67%,作物生长安全区面积增加6.29%,表聚作用弱化,秋浇水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱9.26%,土壤环境有所改善。土地主要依托灌排系统进行排盐作用,不同土地利用类型土壤盐分储盐能力有所不同,年内不同时期多种土地利用类型土壤盐分处动态迁移状态。而土地利用类型空间格局变化同时影响盐渍化土壤空间分布,预计2018～2028年盐渍化稳定区域扩增27.43%,局部盐渍化风险地区建议采用暗管排水和化学改良剂等方式进行专项治理。