土地利用/覆被变化是全球变化研究的热点,是资源环境动态研究的核心内容之一。当前,人类赖以生存和发展的土壤及土地资源的退化问题严重,土壤质量已成为全世界关注的焦点问题。黄河三角洲是中国东部沿海后备土地资源最多、开发潜力最大的地区,也是典型的生态脆弱区,土壤盐渍化现象普遍。探明该区域土壤质量的退化特征,查清土地利用对土壤质量退化的影响,对资源利用与生态环境保护管理都具有重要意义。本文以黄河三角洲东营市垦利区为研究区,以2007年、2013年Landsat卫星遥感影像和两期0~20 cm的土壤表层采样数据为主要数据源,研究全区土地利用/覆被信息遥感提取方法,监测其时空动态变化。利用2013年Landsat8 OLI多光谱影像和HJ-1A HSI高光谱影像进行融合,建立多元线性回归、偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)5种模型,探索了土壤盐碱退化信息的遥感反演方法。在此基础上,利用GIS空间插值方法系统分析了土壤肥力质量的主要指标,探明其时空分布规律与变异特征。进而,构建了土壤质量评价指标,在GIS支持下,用综合指数法进行了土壤质量评价,并重点定量评估了中西部典型区的土壤质量退化状况。最后,定量分析了中西部典型区的土壤质量退化对土地利用/覆被变化的响应。主要结果如下:1)土地利用/覆被变化的遥感监测利用两组不同成像时间的2007和2013两时相遥感数据进行遥感影像分类,研究表明:遥感影像成像时间对分类结果有一定影响,研究区地类复杂,为便于区分不同地类应尽量采用早春时节的遥感影像;机器学习方法分类效果优于经典的最大似然法,而机器学习方法中支持向量机分类又优于神经网络分类。基于两个时相的分类结果进行土地利用/覆被变化的监测,全区范围内主要的土地利用/覆被变化有:盐碱地—水域、林草地—盐碱地、耕地—盐碱地、盐碱地—耕地和盐碱地—建设用地。2)土壤质量退化评估与遥感反演(1)多光谱遥感影像与高光谱遥感影像融合的土壤盐分反演。将Landsat8 OLI多光谱影像和HJ-1A HSI高光谱影像进行融合,在建立经典统计分析模型的基础上,利用机器学习的典型算法建立反演模型,取得了良好效果。研究表明:融合影像兼有多光谱影像的高空间分辨率和高光谱影像的高光谱分辨率,反演精度优于高光谱影像,高光谱影像反演精度又优于多光谱影像;机器学习模型能更好地模拟土壤盐分与影像特征之间存在的复杂非线性关系,优于统计分析模型;适当的数据预处理有助于提高反演精度。(2)土壤质量指标时空分析。选择碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、有机质(SOM)、pH值和盐分含量六个土壤质量指标用于评价土壤肥力质量。分析表明:2007年研究区土壤AN呈正态分布,AP、AK呈对数正态分布,均具有中等强度的空间变异性和中等强度的空间自相关性。变程、变异系数和基底效应从大到小依次为AP、AK、AN。变异函数以指数和球状模型拟合效果较好,Moran’s I是衡量土壤养分空间自相关性的稳健有效的方法。研究区土壤AN高含量主要集中分布在西南部耕地、中南部水田和北部沿黄区耕地;AP高含量主要集中在西南部耕地和北部耕地,AK高含量主要集中在北部、西南部和沿黄区耕地。研究区SOM含量不高,而pH值与土壤含盐量较高,大部分地区土壤呈碱性,盐碱化严重。2013年田间采样数据虽少于第一期,但采用IDW法可有效揭示其空间分布规律,两期数据具有可比性。由两期数据的比较看出:研究区AN含量明显降低,AP含量显著下降,AK含量显著提高,SOM含量略有下降,pH值上升,土壤含盐量明显升高。综合分析各土壤质量指标,初步判断研究区耕地质量整体有下降趋势,特别是盐渍化程度明显加重。同时,对空间插值方法的适用性进行了探索。基于AN数据设计了离散、随机、聚集三种空间分布模式不同样本量的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性,探索其精度规律。研究表明,样本量、空间分布模式、空间自相关性和和空间聚集程度均影响插值精度。(3)土壤质量评价及退化评估。利用综合指数法对两时相土壤质量进行综合评价,并在此基础上评估了中西部典型区的土壤质量退化状况。研究表明,从2007年到2013年,研究区土壤质量退化明显。土壤质量退化的区域主要集中在兴隆街道、垦利街道、永安镇和黄河口镇局部。土壤质量改善的区域很少,零星分布于西南部郝家镇、董集镇、胜坨镇和垦利街道的局部。其它区域无显著变化。3)土壤质量退化对土地利用/覆被变化的响应定量分析了中西部典型区土地利用/覆被变化与土壤质量退化的关系,重点探讨了不同LUCC类型与土壤质量退化的关系,研究显示:土壤质量退化地区对应的LUCC类型主要有盐碱地—耕地、耕地—盐碱地、林草地—耕地、林草地—盐碱地、耕地—林草地。林草地毁坏、弃耕、不合理的开垦都可能导致土壤质量退化。进而,建模分析了5种LUCC类型与土壤质量变化等级的关系,函数拟合度普遍较高。其中,耕地—盐碱地、林草地—盐碱地2种转换类型的贡献率与土壤质量变化呈负相关的线性关系,即其贡献越大,土壤质量退化的程度越高。盐碱地—耕地、林草地—耕地、耕地—林草地3种转换类型与土壤质量变化等级呈复杂的非线性关系,为抛物线函数。当LUCC导致土壤退化时,其贡献越大,土壤质量退化程度越重;当有助于土壤改善时,其贡献越大,土壤质量越可能改善。综上,本文利用遥感和GIS技术,研究黄河三角洲垦利区土地利用/覆被变化过程和中西部典型区土壤质量退化状况,并探索土壤质量退化及其对土地利用/覆被变化的响应,定量分析了二者的关系,为黄河三角洲土地合理规划和利用提供了依据,对促进该区资源环境持续发展有积极意义。