白音諾爾鉛鋅礦土地利用/土地覆蓋變化分析
在全球變化問(wèn)題中，土地利用/土地覆蓋( LUCC) 是自然與人文過(guò)程交叉最為密切的問(wèn)題，土地利用/土地覆蓋變化也成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。礦產(chǎn)資源大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用，在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也會(huì)造成對(duì)土地資源的破壞，影響礦區(qū)及周邊地區(qū)土地利用形式，使礦區(qū)土地利用/土地覆蓋發(fā)生變化。白音諾爾鉛鋅礦是中國(guó)北方地區(qū)少有的大型鉛鋅金屬礦床，自20 世紀(jì)80 年代中期大規(guī)模開(kāi)采以來(lái)，為國(guó)家建設(shè)提供了大量急需的鉛鋅礦資源，促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)生了許多地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。文中以白音諾爾鉛鋅礦為研究區(qū)，選定 1985 ～2013 年為研究時(shí)段，分析礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和特征，探討礦產(chǎn)開(kāi)采對(duì)土地利用/土地覆蓋變化規(guī)律和影響因素，以期能為內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)多金屬礦區(qū)土地利用優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1. 1 研究區(qū)概況白音諾爾鉛鋅礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗，東經(jīng) 118°51'30″ ～118°54'30″，北緯 44°26'00″ ～44°27'30″，是一個(gè)以鉛、鋅、銀、鎘為主，伴生有錫、銅、鎢、金等多種金屬的大型礦床。礦區(qū)海拔標(biāo)高 978. 7～ 1213. 8m，地形呈西南高、東北低之勢(shì)，礦山面積 16. 8km2。研究區(qū)屬半干旱大陸性氣候，冬季寒冷、夏季炎熱、春秋季多風(fēng)。年平均氣溫 4. 5℃，多年平均降水量480mm，多集中在 6 ～ 8 月份; 年平均蒸發(fā)量 1647mm，遠(yuǎn)大于年降水量。無(wú)霜期 110 ～ 125 天，每年 10 月下旬至翌年 4 月上旬為冰凍期，最大凍土層厚度 2. 5m。研究區(qū)位于大興安嶺南段，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，出露的地層主要有侏羅系上統(tǒng)和第四系。地貌類(lèi)型可分為中低山和溝谷。植被主要是以大針茅、克氏針茅為主的草原和山地蒙古櫟、土莊繡線菊、楊樹(shù)等組成的次生林。
1. 2 數(shù)據(jù)來(lái)源采用美國(guó) Landsat TM 影像和法國(guó) Pleiades 影像，拍攝時(shí)間分別為1985 年9 月13 和2013 年9 月8 日，無(wú)云層覆蓋。該時(shí)期植被正處于生長(zhǎng)旺盛期，不同植被生長(zhǎng)狀況具有一定的代表性。野外進(jìn)行了植物樣方調(diào)查，采集了植物、土壤樣品。其他收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括礦區(qū) 1:5 萬(wàn)地形圖，礦山生產(chǎn)狀況、土地利用和地質(zhì)環(huán)境治理現(xiàn)狀以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料。
1. 3 數(shù)據(jù)處理用 ArcGIS10. 0 軟件對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、波段組合以及圖像的增強(qiáng)處理。將處理后的圖像載入 ArcGIS 軟件平臺(tái)，進(jìn)行矢量化處理。對(duì)處理后的影像，采用人機(jī)交互，以人工目視解譯為主的方式，進(jìn)行解譯和判讀，賦予不同土地利用類(lèi)型屬性數(shù)據(jù)，獲得研究區(qū)兩期土地利用現(xiàn)狀圖。解譯標(biāo)志是正確解譯的基礎(chǔ)，其正確與否直接影響圖斑屬性值的可信度。文中研究的解譯標(biāo)志是建立在相鄰地區(qū) 10個(gè)礦區(qū)野外調(diào)查和遙感影像分析基礎(chǔ)上，2013 年8 月和2014 年7 月兩次在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)解譯標(biāo)志和土地利用現(xiàn)狀解譯結(jié)果進(jìn)行核對(duì)和修正。1. 4 土地利用分類(lèi)體系在建立土地利用/土地覆被分類(lèi)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該盡可能兼顧特定的研究需要和分類(lèi)結(jié)果的可比性。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( GB/T 21010 - 2007) ，結(jié)合研究區(qū)土地利用實(shí)際情況和遙感影像的特點(diǎn)，采用二級(jí)土地類(lèi)型分類(lèi)。一級(jí)分為 8 類(lèi)，主要根據(jù)土地資源的利用屬性，與《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng); 二級(jí)分為 13 類(lèi)，主要根據(jù)土地資源的經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、利用方式和覆蓋特征，并考慮采礦對(duì)土地資源的損害影響
2 結(jié)果與分析
2. 1 土地利用 / 土地覆蓋結(jié)構(gòu)變化分析
土地利用/土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化首先表現(xiàn)為各種土地利用類(lèi)型面積在數(shù)量上的變化，通過(guò)總量變化分析，可以掌握土地利用結(jié)構(gòu)變化特征和變化趨勢(shì)。1985 年和 2013 年研究區(qū)土地利用類(lèi)型都是以有林地、草地為主，但主、次地位發(fā)生了變化: 有林地面積由 1985 年占總面積的75. 85% 減少至 2013 年的 38. 73% ，草地面積由占總面積的19. 30%增加至44. 42%，礦區(qū)土地利用類(lèi)型由以有林地為主變?yōu)橐圆莸貫橹饕?lèi)型。工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地和住宅用地所占礦區(qū)總面積比例明顯上升，絕對(duì)數(shù)量增加很大: 工業(yè)區(qū)面積從 1985 年的16 . 02 hm2增加到2013年的.147. 97hm2，增加了9倍; 尾礦庫(kù)面積從 2. 5hm2增加到 95. 09hm2，增加了 38 倍; 排土場(chǎng)面積從 4. 19hm2增加到 28. 04hm2，增加了6. 6 倍; 居民點(diǎn)從1985 年的12. 29hm2增加到2013 年的108. 21hm2，增加了8. 8 倍。交通用地中的農(nóng)村道路和礦區(qū)道路增加很大，分別由 1. 24hm2、2. 53hm2增加到 12. 48hm2、33. 74hm2。旱地、裸地和河流水面保持穩(wěn)定。
2. 2 土地利用 / 土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化分析
采用土地利用類(lèi)型總變化率和年變化率來(lái)定量描述土地利用的動(dòng)態(tài)變化狀況。通過(guò)計(jì)算得出研究區(qū) 1985 ～2013 年間土地動(dòng)態(tài)變化率。在這 28 年間，礦區(qū)有林地、旱地處于減少的態(tài)勢(shì)，其中有林地減少幅度最大，總變化率為 -48. 94%，年均減少 2. 37%; 其他各土地利用類(lèi)型均呈增加態(tài)勢(shì)，尾礦庫(kù)、礦區(qū)道路、農(nóng)村道路、工業(yè)區(qū)、居民點(diǎn)增加幅度均較大，總變化率分別為 3703. 6%、1235.36% 、904. 14% 、823. 66% 、780. 47% ，年均變化率均在 8% 以上草地總變化率為 130. 01%，年均增長(zhǎng) 3. 02%，凈增加面積 809. 5hm2，是面積增加最多的土地利用類(lèi)型。
2. 3 土地利用 / 土地覆蓋空間變化分析
除了不同土地利用類(lèi)型面積數(shù)量變化外，土地利用還表現(xiàn)在不同類(lèi)型之間的相互轉(zhuǎn)換[8]。通過(guò)對(duì)兩期土地利用現(xiàn)狀圖空間疊加分析和馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣的分析，可以發(fā)現(xiàn) 1985 ～ 2013年研究區(qū)土地利用/土地覆蓋空間轉(zhuǎn)化特征表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。有林地面積大幅度減少，成為草地和工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地的主要來(lái)源。有林地面積凈減 1197. 51hm2，轉(zhuǎn)移速度最快、轉(zhuǎn)移面積和份額最大的土地利用類(lèi)型，占所有地類(lèi)轉(zhuǎn)移面積的 77. 53%，轉(zhuǎn)出部分遠(yuǎn)大于新增部分，屬于高速衰減型。有林地成為草地、尾礦庫(kù)和工業(yè)區(qū)新增土地的主要來(lái)源，分別占這三種土地類(lèi)型新增部分的 95. 33%，68. 24% 和63. 22% 。草地面積大幅度增加，屬于擴(kuò)展性地類(lèi)。草地轉(zhuǎn)入面積和份額最大，占所有地類(lèi)新增面積的 64. 06%。草地面積凈增加 809. 50hm2，是其他土地利用類(lèi)型面積增加量總和的 1. 78 倍。草地與林地的空間轉(zhuǎn)移數(shù)量最大，草地轉(zhuǎn)入面積 1122.43hm2中，95. 33%是由有林地轉(zhuǎn)入。交通、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地快速增加，林地、草地是其主要來(lái)源。包括礦區(qū)采場(chǎng)、工業(yè)區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)和居民點(diǎn)的建設(shè)用地，1985 ～2013 年新增量是轉(zhuǎn)出量的 3. 69 倍。礦區(qū)采場(chǎng)、工業(yè)區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)新增部分的主要來(lái)源是有林地，分別占轉(zhuǎn)入面積的 97. 62%、63. 22%、94. 91%和 68. 24%。居民點(diǎn)新增部分主要來(lái)源是草地，占轉(zhuǎn)入面積的 61. 87%。交通運(yùn)輸用地凈增 44. 69hm2，以礦區(qū)道路新增面積最大，礦區(qū)道路占用的主要是有林地和草地，分別占新增部分的 56. 55%、33. 67%。其他幾類(lèi)土地利用類(lèi)型空間變動(dòng)較小。旱地面積有所減少，28 年間凈減少 20. 79hm2，減少的旱地· 82·干 旱 區(qū) 資 源 與 環(huán) 境 第 29 卷99. 61% 轉(zhuǎn)為 草地; 轉(zhuǎn)入面積 10.08hm2，主要為有林地。河流水面面積變動(dòng)不大，凈增 2. 76hm2。裸地面積雖然總量變幅不大，只凈增 7.58hm2，但空間轉(zhuǎn)換頻繁: 轉(zhuǎn)入面積為 41. 30hm2，其中有 林 地 占 61.94% ，草地占 38. 06% ; 轉(zhuǎn)出面積為33. 72hm2，其中草地占 46. 50%，工業(yè)區(qū)占 30. 58%�？傮w來(lái)看，1985 ～2013 年期間，研究區(qū)各個(gè)土地利用類(lèi)型的空間轉(zhuǎn)化比較復(fù)雜，每一種土地利用類(lèi)型是向多個(gè)方向轉(zhuǎn)化，既有正向的也有負(fù)向的，其中有林地向其它土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)化最為明顯，是草地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、住宅用地的主要轉(zhuǎn)換來(lái)源。
2. 4 景觀格局變化分析
研究區(qū) 1985 年斑塊共計(jì) 56塊，到 2013 年增長(zhǎng)到 458 塊，增加了 402 塊。草地、工業(yè)區(qū)、有林地、裸地和礦區(qū)道路斑塊個(gè)數(shù)分別增加了 98、56、39、39 和 28 塊。斑塊平均面積從 57. 61hm2減少到 7. 04hm2。斑塊密度和斑塊數(shù)持續(xù)增加，斑塊面積進(jìn)一步細(xì)化，使得斑塊邊界長(zhǎng)度不斷增加，斑塊形狀的不規(guī)則程度持續(xù)加大。各種土地利用類(lèi)型內(nèi)部正在向分散化過(guò)渡，景觀格局向著多樣化、復(fù)雜化和破碎化的方向發(fā)展，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。
3 討論
從結(jié)果分析看，1985 ～2013 年白音諾爾鉛鋅礦工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地大幅度增加，占用的土地絕大部分為有林地，這種狀態(tài)在大興安嶺地區(qū)較為普遍。大興安嶺地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，分布有大興安嶺和得爾布干兩條國(guó)家級(jí)重點(diǎn)多金屬成礦帶，這些金屬礦產(chǎn)大多賦存有基巖山區(qū)和丘陵區(qū)，這些區(qū)域也正是有林地分布區(qū)，金屬礦產(chǎn)開(kāi)采，挖損、占?jí)褐苯悠茐牡氖怯辛值? 礦坑排水、地面沉陷、粉塵污染等人為活動(dòng)，對(duì)有林地特別是次生林區(qū)的影響更為顯著，造成大面積有林地退化為草地。在這一地區(qū)多金屬礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)活動(dòng)中，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，合理利用土地，減少對(duì)有林地的破壞，是亟待解決關(guān)鍵問(wèn)題。在土地利用/土地覆被變化研究中，土地利用/土地覆被分類(lèi)是一個(gè)基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。目前在無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況下，礦區(qū)土地利用/覆蓋的分類(lèi)體系大多采用二種模式: 單一模式和多級(jí)模式。文中采用的多級(jí)模式，一級(jí)分類(lèi)與國(guó)家現(xiàn)行土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)一致，便于對(duì)同類(lèi)地區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析; 二級(jí)分類(lèi)在考慮研究區(qū)覆被類(lèi)型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，突出多金屬礦區(qū)土地利用特點(diǎn)，以及采礦對(duì)土地?fù)p壞程度，將其中的工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地分為了礦區(qū)采場(chǎng)、工業(yè)區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)，主要考慮了 4 種不同的用地方式對(duì)土地破壞程度的差異; 交通用地中，農(nóng)村道路和礦區(qū)道路變動(dòng)較大，具有一定的時(shí)限性，而劃為公路的國(guó)道、省道和縣級(jí)公路相對(duì)比較穩(wěn)定。這樣的分類(lèi)方案對(duì)于多金屬礦區(qū)土地利用/土地覆蓋研究具有一定的實(shí)際意義。
4 結(jié)論
白音諾爾鉛鋅礦在 1985 ～2013 年期間，土地利用/土地覆蓋發(fā)生了很大的變化。研究區(qū) 1985 -2013年，有林地面積減少最多，從 2446. 84hm2減少到 1249. 33hm2，所占比例由 75. 85% 下降為 38. 73%，屬于高速衰減類(lèi)型; 草地面積增加最多，從 622. 66hm2增加到 1432. 16hm2，所占比例由 19. 30% 上升到 44.42% ，屬于擴(kuò)展型地類(lèi)，并成為了區(qū)內(nèi)最主要的土地利用類(lèi)型。工業(yè)區(qū)、居民點(diǎn)、尾礦庫(kù)、礦區(qū)道路面積快速增加，凈增加面積分別為 131. 95hm2、95. 92hm2、92. 59hm2、31. 21hm2，年均增加 8. 26%、8. 08%、13.88% 、9. 70% 。有林地面積凈減 1197. 51hm2，其中 89. 36%轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸兀?8. 91%轉(zhuǎn)變?yōu)楣さV倉(cāng)儲(chǔ)用地。礦區(qū)景觀格局發(fā)生了很大變化，1985 ～2013 年期間，研究區(qū)的斑塊數(shù)量由 56 個(gè)變?yōu)?458 個(gè)，斑塊平均面積從 57. 61hm2減少到 7. 04hm2，斑塊邊界長(zhǎng)度不斷增加，不規(guī)則程度持續(xù)加大，各種土地利用類(lèi)型內(nèi)部正在向分散化過(guò)渡，景觀格局向著多樣化、復(fù)雜化和破碎化的方向發(fā)展。鉛鋅礦資源的開(kāi)采是土地利用類(lèi)型變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，導(dǎo)致工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地不斷增加，生物量高、生態(tài)效益好的有林地面積持續(xù)減少。
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