晋陕蒙接壤地区土地利用_覆盖变化及其驱动力研究_以神华集团大柳塔矿区为例

晋陕蒙接壤地区土地利用_覆盖变化及其驱动力研究_以神华集团大柳塔矿区为例 中 国 煤 炭 地 第 23 卷 3 期 Vol,23No 03, 2011 年 3 月 质Mar, 2011 COAL GEOLOGY OF CHINA do,10.3969/.ssn1.674-1803.2011.03.06 iji 文 章 编 号 ,1674)1803,2011,03)0024)30 晋陕蒙接壤地区土地利用/覆盖变化及其驱动力研究 ——以神华集团大柳塔矿区为例 122冯 帆 ，朱 刚 ，高会军 ,1.中 国 煤 炭 地 质 总 局 ，北 京 100039,2.中 煤 航 测 遥 感 局 遥 感 应 用 研 究 院 ，陕 西 西 安 710054, 摘 要 ,选 择 地 处 生 态 环 境 脆 弱 地 区 的 晋 陕 蒙 接 壤 地 区 能 源 化 工 基 地 的 大 柳 塔 矿 区 为 研 究 区 ，利 用 年 月 1986 8 2 日 和 2007年 9 月 7 日 的 TM 卫 星 图 像 数 据 为 信 息 源 ，应 用 遥 感 技 术 对 其 土 地 利 用/覆 盖 变 化 进 行 研 究 。通 过 图 像 处 理 ，划 分 出 7 种 土 地 利 用 和 地 表 覆 盖 景 观 类 型 ，根 据 获 取 的 景 观 类 型 变 化 参 数 对 其 结 构 与 变 化 特 征 进 行 分 析 ，得 出 研 究 区 的 生 态 变 化 趋 势 与 驱 动 力 。 结 果 表 明 ，煤 矿 大 规 模 开 采 以 来 ，研 究 区 景 观 结 构 稳 定 性 减 弱 ，破 碎 度 增 强 ， 人 类 活 动 在 研 究 区 生 态 环 境 变 化 过 程 中 起 主 导 作 用 。 在 矿 区 生 态 环 境 恢 复 中 ，应 提 高 自 然 植 被 景 观 类 型 的 有 效 规 模 ，有 利 于 增 强 生 态 系 统 的 稳 定 性 。 关 键 词 ,土 地 利 用/覆 盖 变 化 ,遥 感 ,景 观 ,驱 动 中 图 分 类 号 , ,文 献 标 识 码 , P25X144 A 力 Study on Land Use/LandCover Changesand Driving Forcesin Shanxi-Shaanxi-Inner Mongolia Contiguous Area - A CaseStudy of ShenhuaGroup Daliuta Mine Area 12 2Feng Fan, Zhu Gangand GaoHuiju n (1. China National Administration ofoa lC Geology, Beijing 100039;2. Remote Sensing Application Research Institute, Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, CNACG, Xian, Shaanxi 710054)Abstract: The target areais the Daliuta mine ainrea an ecologically fragile region ofSha tnxhei- Shanxau-Inner Mongolia contiguous area - an energy and chemical industry base. Using the TM satellite imagedata of August 2 , 1986 and September7, 2007 as information sources, have carried out land use/land cover changes study applying remote sensing technology. After7 image processing, land use and surface covering landscape types were divided. Based on landscape type variation parametertheir s acquired, analyzed configuration and change features, worked out studyecolo gaicareal change tendency and driving forces. The result demonstthat rated since the extensive mining of coal, landscape structu ral stability of study areais weakening, degree of fragmentation increas ing. Human activities play a leadingin rtheole study areaeco logical environment changes. During the mining aecologreaica l environment recovery, efficient scale tuofr ana vegetation landscape type should be increased,in favor thus of ecosystemstability strengthening. l Keywords: land use/land cover changes; remote sensing; landscape;rce d riving fo 人 类 活 动 的 表 现 方 式 多 样 ，其 中 土 地 利 用覆 ， 煤矿建设对区域生态环境演化趋势的影响及 其下/ 盖 驱动机制具有普遍意义。景观生态学的理论认为，地 变 化 ,Land Use and Land Cover Chan，gLUCC, 被 认 表 水 文 过 程 、土 壤 侵 蚀 过 程 、生 物 地 球 化 学 过 程 、为 能 够 从 景 观 上 反 应 人 类 活 动 最 为 典 型 的 过 程 区 域气候以及生物多样性变化过程等， 都与景观格 [1]。 局 密切相关。 景观类型的多 样性直接影响着区域自煤 矿 建 设 活 动 引 发 LUCC， 进 而 导 致 区 域 景 观 结 [2]然 系 统 的 稳 定 性。 本 文 选 择 地 处 生 态 环 境 脆 弱 构地 区 的晋陕蒙接壤地区能源化工基地的 大柳塔矿区随之发生变化。 这些变化在 其生态环境脆弱区往往 为研 究区，对该区进行景观生态学研究，获取对区域是不可逆的， 在生态环境脆弱地区煤炭资源的大 规 生态 过程评价 有重要价值的景观参数， 其生态 模开发对生态环境的演化趋势的影响一直是社会关 过 程 变化趋势及其驱动机制， 旨在为矿区生态安基 金 项 目 ,中 国 地 质 调 查 局 基 础 调 查 项 目 ,121201078500,6 。注 的 热 点 ， 因 此 ， 研 究 这 一 地 区 区 域 景 观 过 程 全评 价 提供科学依 据。 责 任 编 辑 ,冯 帆 ,1971—, ，男 ，1995 年 毕 业 于 河 南 理 工 大 学 地 质 系 ， 对 高 级 工 程 师 。 1 研究区概况 LUCC的 响 应 ， 对 揭 示 气 候 与 地 貌 过 渡 带 环 境 条 收 稿 日 期 ,2011-02-12 件大 柳 塔 矿 区 始 建 于 1985年 ，1996 年 正 式 投 产 ， 责 任 编 辑 ,孙 常 长 是中国神华能源股份有限公司年产千万吨级的骨干系 统 进 一 步 分 析 研 究 区 景 观 空 间 格 局 的 变 化 特 ，征 煤炭生产企业， 位于毛乌素沙地与黄土高原过渡 地 从而获得研究结果。带，气候干 旱，年降水量约 400mm。 受沙质荒漠化与 3 研究结果 水土流失的共同作用，矿区生态环境较 为脆弱。矿区 3.1 研究区 景观类型的结构与变化 内分布着多家工矿企业， 人工景观在矿区景观格 局 通过图像处理，结合研究区 土地利用特征，划分中 占 有 较 大 的 比 例 ，同 时 ，近 年 来 ，矿 区 开 展 了 大 出 7 种土地利用和地表覆 盖景观类型， 即, ?水 浇 量 生态修复工作， 对防止沙质荒漠化与减轻水土流 地 ，包 括 水 浇 农 田 、菜 园 等 ,?旱 地 ，包 括 坡 耕 地 ,? 失 起到一定作用。 灌木林地， 包括所有的天然灌木林地和人工灌木 林 研究2 地,?天然牧草地，指用于放牧割草 等为主的天然草 为 了 科 学 和 客 观 反 映 大 柳 塔 矿 区 的 土 地 利 用 原和人工种植或改良的草场,?居民点及工矿 用地， / 包 括 城 乡 居 民 点 、工 矿 企 业 用 地 等 等 ,?水 域 ，包 括 覆盖变化特征，进而获取矿区的景观分布格局，以建 矿 初 期 的 1986年 8 月 2 日 和 2007年 9 月 7 日 的 河流水面,?滩涂。 TM 卫 星 图 像 数 据 为 信 息 源 ， 该 时 间 段 具 有 植 被 研究区 以灌木林地与天然牧草地为主， 旱地 与发 育好、地表信息丰富等特点，有利于对土地利用信水 浇 地 分 布 面 积 较 小, 表 , 。 从 年 到 11986 2007 息 的判读，保证了解译结果的准确性。 应用 ERDAS 年， 研 究 区 内 所 有 土 地 利 用 类 型 除 居 民 点 及 工 矿 用 图 像 处 理 软 件 对 两 期 TM 影 像 进 行 监 督 分 类 ， 得 地、河流水面面 积增大外，其余土地利用类型面积均到 研 究区两期景观格局图,在上述基础上，利用地理 减 小 ，其 中 ，居 民 点 及 工 矿 用 地 面 积 变 化 最 为 剧 信息 表 大 柳 塔 矿 区 土 地 利 用 景 观 结 构 面 积 变 化 统 计 结 果 ,—1 19862007 烈 ，年 , Table 1 Statistics of land use landscapestructur e area changesin Daliuta mine area(1986-2007) 22面 积 百 分 比/, 斑 块 数/个 面 积/km 斑 块 平 均 面 积/km/个 面 积 斑 块 斑 块 面 积 土 地 利 用 类 型 变 化 率 变 化 率 变 化 率/%/%/% 1986 年 年 年 2007 年 1986年 2007年 1986年 2007 年 2007 1986 水 浇 地 6.2 )43.23 32 35 9.38 )47.37 3.52 4.20 2.38 0.19 0.10 )16.30 )30 旱 地 灌 木 林 地 天 11.04 108 133 23.15 9.24 7.48 6.26 0.10 0.07 )0.53 )0.51 然 牧 草 地 居 民 点 及 77.91 77.5 52.78 52.50 4 4 0 19.48 19.38 )5.12 )12.91 工 矿 用 地 河 流 水 面 46.9 44.5 31.77 30.15 11 12 9.09 4.26 3.71 )43.48 634.78 滩 涂 1.15 8.45 0.78 5.72 1 13 12 1.15 0.65 13.33 12.92 2.4 2.71 1.63 1.84 2 2 0 1.2 1.36 )21.43 )15.92 2.01 1.69 1.36 1.14 14 16 14.29 0.14 0.11 注 ,变 化 率,〔A,-A,/A〕×100,,式 中 A 为 景 观 结 构 数 据 ，对 不 同 的 结 构 数 据 A 分 别 代 表 斑 块 总 面 积 、斑 块 个 数 和 斑 块 平 均 面 积 ,下 标 200719861986为 年 份 表 研 究 区 景 观 格 局 指 数 特 征 及 其 变 化增 长 了 ，斑 块 数 增 加 了 ， 但 其 图 斑2 634.78,12.00, Table 2 Study area landscapepattern index 平均面积却较小。水浇地、旱地、灌木林地、天然牧草characteristics and changes 地 、 滩 涂 面 积 均 不 断 减 小 ， 分 别 减 小 了 年 份 多 样 性 优 势 度 破 碎 度 、43.23, 1986 年 0.53 0.32 1.17 2007 年 16.30,、0.53,、5.12,，斑 块 数 除 灌 木 林 地 未 发 生 变 0.55 0.3 1.46 化 外 ，水 浇 地 、旱 地 、天 然 牧 草 地 与 滩 涂 分 别 增 加 破 碎 度 高 于年 研 究 区 内 景 观 的 多 样 性 、 2007 了 年 ，而 优 势 度 低 于 年 ，表 明 研 究 区 总 体 变1986 1986 9.38,、23.15,、9.09,与 14.29,， 而 研 究 区 内 土 地化 趋 势 是 景 观 趋 于 破 碎 化 ，年 的 增 加从 1986 1.17 利 用 类 型 斑 块 平 均 面 积 除 河 流 水 面 增 大 了 13.33,到 年 的 ， 而 多 样 性 与 优 势 度 变 化 幅 度 不2007 1.46 外 ，水 浇 地 、旱 地 、灌 木 林 地 、天 然 牧 草 地 、居 民 点 及 大 ， 但 也表现出各个类型面积所占比例差别不断减工 矿 用 地 、 河 流 水 面 与 滩 涂 分 别 减 小 了 小 ，同 时 人 类 活 动 影 响 程 度 不 断 增 强导 致 景 观 的 不,47.37, 、 稳定性。 30.00,、0.51,、12.91,、43.48,与 21.43,。研 究 区 中 旱 地 与 灌 木 林 地 具 有 最 高 的 重 要 3.2 研究区 景观格局指数变化 值景 观 格 局 可 以 运 用 多 种 多 样 性 的 指 标 进 行 ,图 ,，河 流 的 重 要 值 最 小 ，各 景 观 类 型 重 要 值 的 大1分 析 。本研究 选取其中较为常用的、生态学意义比较 小 顺 序 在 1986年 为 ,旱 地,灌 木 林 地,天 然 草 地,水 中 国煤炭 地 质第 卷 23 26 负面影响。 ?水体中 河流面积增加，斑块面积增大,滩涂面 积减小，斑块面积减小。研究区的水体 包括河 流水面 与滩涂，河流面积与斑块平均面积增大，是滩涂面积 与斑块平均面积减小的结果， 表明受气候及降水 影 响，研究区水 资源较过去充沛，对研究区 发展生产和 保护生态系统而言，都有非常重要的意义。 3.4 研究区 景观变化的驱动力分析 引起区域生态环境变化的 原因有两类, 一类 是 [1]自 然 因 素 ,另 一 类 是 人 为 因 素，而 研 究 区 的 最 剧 景 观 类 型 ,1.水 浇 地 ,2.旱 地 ,3.灌 木 林 地 ,4.天 然 牧 草 地 ,5.居 民 点 烈 的人类活动主要是煤矿开采活动， 根据对 研究区 及 工 矿 用 地 ,6.河 流 水 面 ,7.滩 涂 景 观特征变化和生态环境变化分析可以看出， 人类 图 1 研 究 区 各 景 观 类 型 重 要 值 指 活 数 Figure 1 Importance value index of 动在研究区 生态环境变化过程中起着主导作用。each landscapetype in study area 水浇地、旱地面积的减小与灌木林地、天然牧草浇地滩涂河流水 面居 民 点 及 工 矿 用 地 ,到 ,,, 2007 地与居民点及工矿 用地面积的增大完全是人类活动年居民点及工矿 用地的重要值明显上升， 各景观 的 的 结 果 ，是 由 于 退 耕 还 林 政 策 的 实 施,耕 地 大 面 积 重 要 值 排 序 为 , 旱 地,灌 木 林 地,天 然 牧 草 地,水 浇退 耕 为 自 然 植 被 ，1986—2007 年 居 民 点 与 工 矿 用 地,居民点及工矿 用地,滩涂,河流水面。地 面 积 扩 大 了 6 倍 ，表 明 研 究 区 内 矿 业 活 动 剧 烈 ， 3.3 研究区生 态变化趋势分析同 时 ，矿山开采过程中 ， 注重生态环境综合治理取 由 于 不 同 的 景 观 类 型 具 有 不 同 的 生 态 效 应 ，因得了 一 定效果。 然而，灌木林地、天然牧草地的斑块 此，当景观类型发生变化时，对区域的生态过程必 然的平均 面积在减小。景观结构的这种变化表 明,在生产生影响。 根据研究区 1986—2007 年景观在类型组 态环境 脆弱地区具有重要生态意义的灌木林地、 天成、斑块等级结构、景观空间格局等方面的变化，可以 然牧 草 地等重要景观类型斑块面积减小， 导致研究推断，该地区的生态环境具有以下变化趋势。 区 景 观 结构的稳定性降低，同时整体景观破碎化程?耕地面积减小，破碎化程度增强。耕地包括水 度加强，也促 进了景观结构不稳定性的增强。 浇地与旱地，从 1986—2007 年，总体面积减小，而 斑 景 观 特 征 在 受 人 类 活 动 影 响 发 生 变 化 的 同 块数量增大， 斑块平均面积减小。 其生态影响效 果 时 ，研究区 中 自然因素中的沙质荒漠化与水土流失为,耕地面积的减小，使研究区的 自然植被得到一定 问 也必然会对景观结构产生一定的影响， 如区内程度的恢复， 对维护整个生态系统的稳定性有一 定 水 体 面积的增大，就是气候影响的结果。 4 结论 作用。 斑块数量增大，但斑块平均面积较小，表明该 景观类型的破碎度增强。 以 1986年 和 2007年 的 TM 的 遥 感 影 像 为 数 据 ?灌木林地、天然牧草地面积增大，斑块数量小 源，通过对 研究区 LUCC类型与 变 化 的 研 究 ，分 析 了 幅 度 增 大 ，斑 块 面 积 减 小 ，破 碎 化 程 度 增 加 ，稳 定 研究区 景观格局结构与变化、 生态环境变化趋势 与 性 降低。灌木林地、天然牧草地是研究区的 主要自然驱动力，通过本研究 ，可得出如下结论。 植 ?研究区中 LUCC类 型中居 民 点 与 工 矿 用 地 变 被类型，这两种景观类型面积的增大，对于处于 生态 化剧烈，自然植被分布面积虽然有所增大，但景观整 环境脆弱区的研究区 而言，意义重大，有利于防止水 体破碎度增强，生态环境稳定性减弱。 土流失和减弱沙质荒漠化程度的重要功能。但是，斑 ?根据对 研究区 景观变化特征与 驱动力进行分 块平均面积减小，意味着景观类型破碎度的增强，很 析，人类活动是研究区 生态环境变化的 主要驱动力。 可能抵消因面积增加而带来的生态效益， 从而可 能 ?在矿山开采过程中，合理布局工矿企业分布，会减弱自然景观效益的发挥和维持区域生态系统稳 重点保护灌木林地与天然牧草地， 大力发展人工 草 定性的作用。 地， 使区内的自然植被景观类型斑块面积达到较 大 ?居民点及工矿 用地景观面积增加， 斑块平 均 的有效规模，进一步退耕还林，使产量低下 的耕地恢 面积整体减小。 该景观面积的增加表明人类 活动对 复自然植被，增强研究区 生态系统的稳定性，重点保 生态过程的影响作用将加强， 即采矿活动对研究 区 护对本地区 具有重要意义的水体 景观类型。 生态环境的演化的影响作用将增强， 斑块平均面 积 ,下 转 第 55 页 , 减小表明人类 活动对研究区的 生态环境整体上产生 瑞雷波反演与井中微测井 相互约束， 选取测线上 或，从而能够有效选择激发层位，进而提高野表层结构 外地震的品质，保证勘探效果。者测线附件的测点,利用测点的资料，选取测点第 2、 3 层,既粘土层,的预想激发层位的深度值，勾绘测线 实践证明，微测井 约束的瑞雷波调查方法 降? 的 预 想 激 发 深 度 剖 面 与 整 个 勘 探 区 的 深 度 平 面 低了野外浅表层结构调查的费用， 且该方法的速 度 图 ，指导点试验与生产成孔深度 ，选取适合的激发层 和深度解释成果可靠，宜在巨厚黄土地区推广。位。 参考文献, 根据试验与浅表层结构结果， 最终确定了本 区 [1] 吕 公 河.黄 土 塬 地 震 勘 探 采 集 技 术[J].石 油 物 探,2001,40(2):38-的 激 发 参 数 , 采 用 ,15~18m,×3×2kg 的 相 对 高 速 粘 58. 土 层 1m 中 激 发 及 宽 线 观 测 系 统 完 成 了 本 区 的 地 [2]程 建 远 ，张 广 忠 ，胡 继 武.黄 土 塬 区 的 三 维 地 震 勘 探 技 术 [J].中 国 煤 田 地 质 ，2004，16,6,. 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