基于LUCC的露天矿区景观格局研究—以黑岱沟露天煤矿为例

摘要：露天矿区开发活动主要是在景观层次上进行，其直接导致土地利用/覆被变化（Land Use/Cover Change，LUCC）。本文以黑岱沟大型露天煤矿1987年、1990年、2000年及2010年4期遥感影像的土地利用数据为基础，基于GIS空间分析功能，以破碎度、分离度和优势度景观格局指数和景观类型脆弱度为指标，分析景观格局现状。研究显示：开发初期，耕地和草地虽有所减少，但所占面积保持在80%以上；生态恢复开始后，土地类型向林地和草地转移的面积逐渐增多。景观水平上分析显示，景观上破碎化程度加大，煤矿建设用地斑块面积逐年增大。从景观指数看，耕地、草地、未利用地的破碎度、分离度指数变化呈上升或不稳定状态，建设用地的破碎度和分离度指数有所减小；优势景观类型有所改变，建设用地对于区域景观的控制作用逐渐加强。

关键词：露天煤矿；生态恢复；景观格局；LUCC；黑岱沟

中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号2095-627X（2014）01-0087-05

Research of The Landscape Pattern Based on LUCC in Opencast Mine Area-Take Heidaigou Opencast Mine for Example

Zheng Lixia1， Zhao Xin 2，Ma Jianjun3， Zhang Shuli4

（1.Inner Mongolia Environment Sciences Acadamy， Hohhot 010011； 2. China Environmental Resources Technology Co.，Ltd.， Peking 100012； 3.Lang fang teacher"s college， Hebei 065000； 4.Inner Mongolia Environmental Onlin Monitoring Center， Hohhot 010011）Abstract： Mining activities are mainly carried out at the landscape level， and directly lead to land use/cover change （LUCC）. Based on the land use data of Heidaigou opencast mine in 1987， 1990， 2000 and 2010， supported by GIS spatial analysis， and with the indexes of fragmentation， isolation ， dominance and vulnerability of landscape types， the present characteristics of landscape pattern was analyzed. It showed that the area of cultivated land and grassland decreased in the initial stage of development， but the proportion remained above 80%； woodland and grassland gradually increased after ecological restoration. Based on analysis of landscape， the fragmentation degree and patch area of coal mine construction land increased year by year. The indexes of fragmentation and isolation of cultivated land， grassland and unutilized land were increasing or unstable， and that of the construction land decreased； the type of dominant landscape changed and the control action of construction land to the landscape gradually tightened. Key words： Opencast coal mine； Ecological restoration； Landscape pattern； Land Use/Cover Change； Heidaigou

土地利用/覆被变化（Land Use/Cover Change，LUCC）是区域人口、环境、资源与社会发展的重要影响因素。人类的经济开发活动主要是在景观层次上进行，景观已成为研究人类活动对环境影响的适宜尺度，通过景观结构及其动态变化特征分析，可体现人类活动导致的LUCC对区域生态环境及景观格局的影响过程与机制，并评价区域的生态环境现状（曾丽云和韦素琼，2011）。

目前，已有部分学者开展了相关研究，如城市景观格局、动态特征与城市生态安全（龚建周等，2008）；城市扩展过程中的自然/半自然景观的空间生态风险水平（李景刚等，2008）；绿洲景观格局与生态现状评价（角媛梅和肖笃宁，2004；郭明等，2006）等。这些研究多集中在流域和生态脆弱地区，尽管也有针对矿区的相关研究（王行风等，2009；胡振琪和谢宏全，2009），但研究较少且不够深入。

本文以内蒙古黑岱沟露天煤矿1987年、1990年、2000年和2010年4期土地利用数据为基础，以GIS软件为数据集成分析平台，采用景观分析方法对研究区域的生态安全进行研究，以期为草原矿区整治生态环境、维护景观格局稳定和促进生态环境建设提供科学的依据。

1 研究区概况

黑岱沟露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部，地理坐标东经111°13′～111°20′，北纬39°43′～39°49′，海拔在1025～1302 m之间，属于晋、陕、蒙接壤黄土地区一部分。本区属于中温带大陆性干旱气候区，年平均气温7.2℃，相对湿度58%，年总降水量426.3mm，蒸发量1943.6mm。由于历史上的大量开发与畜牧业的强度利用，研究区域自然植被稀疏低矮，类型单一、群落结构简单，主要建群植物有：小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、中间锦鸡儿（Caragana intermecia）、百里香（Thymus mongolicus）、艾蒿（Artemisia lavandulifolia）、本氏针茅（Stipa capillata）等。

2 研究方法

2.1 矿区土地利用/覆盖分析方法

选取矿区4期遥感数字影像，进行土地利用/覆盖解译和动态分析，定量的描述矿区土地利用/覆盖动态变化。

2.2 野外调查及数据处理

2.2.1 植被调查

在矿区人工复垦的排土场和周边天然草地分别选取样地，每个排土场设置调查样地1-3个，共21个样地；周边天然草地设置40个调查样地，共计61个调查样地。

2.2.2 图像数据

选取1987年、1990年、2000年及2010年的遥感数字影像作为主要数据源，影像的空间分辨率为30m×30m，用于该地区土地利用/覆盖类型的解译，并对其进行预处理。

2.2.3 土地利用/覆盖分类及解译标志

选取2007年国土资源部发布的《土地利用现状分类》国家标准（GB/T21010-2007）中的一级类型作为解译标志，在此基础上进行分类。通过对地面植物群落类型进行调查，将调查结果与植被图像上的显示特征相结合，并考虑TM影像的可解译性，用来制作土地利用/覆盖图。

2.2.4 图像解译

利用遥感影像解译软件，对1987年（开矿前）、1990年（初期）、2000年（中期）及2010年（后期）4期遥感影像进行自动分割，避免了手工勾画分类类型时由主观因素导致的误差。统一的分类方法使四幅不同时期的遥感影像分类数据在动态分析时保持一致性，避免了分类结果的偏差，有效提高了景观格局分类结果的准确性，得到了一级土地利用/覆盖类型图。将处理好的四幅分类影像，结合现场实地勘察记录和地形图数据资料等，利用ArcGIS软件的目视解译，最终确定分类图像的土地利用/覆盖类型。

3 结果与分析

3.1 不同时期矿区土地利用/覆盖变化

对1987、1990、2000、2010年4期土地利用类型数据动态分析结果见表1及图1。本研究评价区总面积为63503.26 ha，作为主要类型的草地面积由1987年的45199.73ha减少为2010年的38550.76ha，减少了6648.97 ha，面积百分比下降了10.47%；研究区第二大类型的耕地面积呈现逐年减少的趋势，1987年～2010年减少了3357.84 ha，面积百分比下降了5.28%；林地、工矿仓储用地、住宅用地及其它土地总体上呈现逐年增加的趋势，面积分别由1987年的311.56 ha、3.12 ha、37.85 ha、574.56 ha增加到2010年的1082.57 ha、6385.04 ha、2172.02 ha、1286.48 ha，面积百分比分别上升了1.21%、10.05%、3.36%、1.13%；水域及水利设施用地面积总体上变化不大，4期数据的面积百分比分别为1.60%、1.75%、1.50%和1.61%。

图1 矿区土地利用类型百分比（%）Fig.1 The Percentage of land use types（%）研究区域草地和耕地面积大幅度减少，主要是因为矿区的不断扩建和煤矿的开采带动了当地居民的搬迁，将原来的草地和耕地转变为城镇、工矿仓储用地等非植被地段，同时使得矿区工矿仓储用地和住宅用地面积迅速增加；林地在1990年之后迅速增加，主要是由于后期对矿区周围及住宅区附近进行了大面积人工林的种植；其它土地面积增加的主要原因在于矿产的开发导致裸地面积的增加及道路修建工程导致道路两旁很多小面积裸地斑块的出现。

3.2 矿区土地利用/覆盖叠加分析

研究区1987～2010年各种土地利用类型间的转化特征见表2～表4。

由表2可见，在1987～1990年黑岱沟露天煤矿处于建设初期，主要是对土地开挖，建设工矿仓储用地，同时随着地区经济的逐步发展，住宅用地也在增加，其占用的土地类型主要是草地和耕地，但土地转移不是很明显。总体上看，在这段时间内，对矿区生态环境的影响表现在人为建设占用了部分耕地和草地，导致两者的面积减少而人工斑块的数量在增多。

综上所述，矿区土地利用/覆盖转移矩阵变化比较明显。不能否认解译过程会存在误差，但是通过对图像的预处理，基本上将误差降到了最低，可以满足研究的精度需要。矿区所处区域为农牧综合区，近几年专业勘测队伍在该地区勘探发现了许多煤矿，使得矿产行业发展较快，促进了周围生活水平的提高，生产方式也在随之不断变化。随着矿区的建设和发展，各类型土地向草地和林地转移的总面积不断增加。

3.3 景观特征指数分析

3.1.1 景观水平

在景观水平上选取了8个指数，如图2显示，1987～2010年间，研究区景观的PD、SHDI、SHEI及LSI均呈现增加的趋势，而ENN-MN、LPI及CONTAG呈现减小的趋势。整个矿区景观破碎程度逐渐增大，景观异质性越来越明显，随着时间的推移，破碎化程度还将逐渐加大并逐渐失去其大斑块、联通性强的绝对优势状态，转变成以小斑块为主导的破碎化生境，导致研究区优势斑块的丢失，形成多种斑块类型错综的复杂景观。由于生态恢复措施完成的比较及时，虽然景观上破碎化程度加大，但根据现状调查与数据显示，矿区生态恢复措施对生态环境的保护做出了有效地贡献，使人工草地和林地面积增加。图2 景观格局动态（景观水平）Fig.2 Landscape pattern dynamics（landscape level）图3 景观指数变化（类型水平）Fig.3 Index change of landscape（class level）4 结论与讨论

矿产开发对景观格局的形成产生了强烈的影响，结合野外调查数据并对土地利用/覆盖进行解译分析，表明该地区耕地和草地虽有所减少，但所占面积比例一直保持80%以上；对土地利用/覆盖转移矩阵进行分析显示，在矿区20多年的建设和开采过程中，建设初期土地利用变化不明显，随着建设完成到进行开采，土地利用类型变化逐渐明显，到生态恢复开始后，土地类型向林地和草地转移的面积逐渐增多，其它土地面积也呈现增加趋势。

景观水平上分析显示：整个矿区景观破碎程度逐渐增大，大面积、联通性强的斑块转变成以小斑块为主导的破碎化生境，景观的PD、SHDI、SHEI及LSI均增加，而ENN-MN、LPI及CONTAG均呈现减小的趋势。

由于不断受到矿产开发、交通网络的建设等人为活动的干扰，研究区天然草地破碎化程度加大，但矿区人工草地和林地等功能性景观的面积不断增加，有利于生态系统结构的稳定与功能的发挥。笔者认为研究区地处干旱区，大面积的林地必将耗费大量的水资源，因此从长远来看本地区不宜选用大型乔木作为植被恢复的物种，而应更多选用当地的多年生草本作为植被恢复的物种。

参考文献

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