白淑英，朱倩文，沈渭?jí)?，李海東

(1.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京　210044；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京　210042)

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白云鄂博礦區(qū)生態(tài)退化研究

白淑英1，朱倩文1，沈渭?jí)?，李海東2

(1.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京210044；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京210042)

摘要：礦區(qū)開(kāi)發(fā)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供了重要保障，但也對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了極大破壞。以白云鄂博礦區(qū)為研究區(qū)，在大量野外調(diào)查基礎(chǔ)上，采用Landsat TM、OLI、Quickbird等遙感數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)，利用GIS的鄰域空間分析功能和頻率比分析方法，從土地毀損、植被破壞和土壤侵蝕3個(gè)方面，研究礦區(qū)開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。結(jié)果表明，礦區(qū)土地占用和毀損情況嚴(yán)重，被占用的土地利用類(lèi)型以草地為主；離礦區(qū)距離越近受破壞程度越大，植被生長(zhǎng)狀況越差；1990—2014年土壤侵蝕面積基本沒(méi)變，但礦區(qū)500 m范圍內(nèi)輕度等級(jí)侵蝕向重度等級(jí)侵蝕轉(zhuǎn)移明顯。整體來(lái)看，白云鄂博礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境呈惡化趨勢(shì)，且距礦區(qū)越近越嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：白云鄂博；礦區(qū)開(kāi)采；生態(tài)退化

礦山開(kāi)采為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了物質(zhì)保障,同時(shí)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了極大影響[1]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外發(fā)生過(guò)多起礦區(qū)的環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件,嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)和生活。隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,我國(guó)主要礦產(chǎn)開(kāi)采重心迅速向生態(tài)環(huán)境脆弱的西部地區(qū)轉(zhuǎn)移,致使西部礦區(qū)生態(tài)退化形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。礦區(qū)開(kāi)采不僅造成水、土壤和大氣等環(huán)境污染,還會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,引起地表沉陷、挖損、土地壓占、景觀格局變化[2-3]、植被破壞[4]、水土流失和土地沙漠化加劇[5]等。礦區(qū)環(huán)境惡化給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)安全帶來(lái)隱患[6-7]。

白云鄂博礦區(qū)是舉世矚目的稀土工業(yè)基地,如今已成為重點(diǎn)污染源[8-9]和生態(tài)環(huán)境破壞區(qū)域。采礦引起了礦區(qū)土地退化、植被破壞和生物量減少等生態(tài)問(wèn)題[10]。研究礦區(qū)開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,可為區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和管理提供科學(xué)依據(jù)。筆者選擇白云鄂博礦區(qū)為典型案例區(qū),基于大量野外調(diào)查、遙感與GIS技術(shù),結(jié)合礦區(qū)生態(tài)破壞特點(diǎn),對(duì)礦山生態(tài)退化因素進(jìn)行分析。研究礦山開(kāi)采直接產(chǎn)生的土地毀損、植被破壞和土壤侵蝕等指標(biāo)隨距礦區(qū)距離的分布特征和變化規(guī)律,可為查明礦山開(kāi)采生態(tài)退化程度和驅(qū)動(dòng)因素提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況與研究?jī)?nèi)容

白云鄂博礦區(qū)位于陰山之北內(nèi)蒙古包頭市境內(nèi),地理位置為北緯41°39′～41°53′,東經(jīng)109°47′～110°04′。南距包頭市區(qū)149 km,北距中蒙邊境75 km,區(qū)域面積為328 km2,總?cè)丝诮?萬(wàn)。該礦區(qū)是世界上最大的以鐵、稀土和鈮為主的綜合性多金屬共生礦床,也是中國(guó)西部最大的鋼鐵企業(yè)——包頭鋼鐵的原料基地。

選取礦區(qū)土地毀損、礦區(qū)及影響區(qū)植被破壞和土壤侵蝕等方面指標(biāo),調(diào)查與評(píng)價(jià)礦區(qū)開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)的影響程度。具體調(diào)查指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)及其獲取所用技術(shù)方法

Table 1Ecological degradation evaluation indices and technical methods for their acquirement

指標(biāo) 技術(shù)方法土地毀損指標(biāo) 開(kāi)采挖損土地面積實(shí)地調(diào)查、GPS定點(diǎn)與遙感影像解譯結(jié)合 排土場(chǎng)占地面積實(shí)地調(diào)查、GPS定點(diǎn)與遙感影像解譯結(jié)合 尾礦場(chǎng)占地面積實(shí)地調(diào)查、GPS定點(diǎn)與遙感影像解譯結(jié)合 工礦建設(shè)用地面積實(shí)地調(diào)查、GPS定點(diǎn)與遙感影像解譯結(jié)合 道路占地面積實(shí)地調(diào)查、GPS定點(diǎn)與遙感影像解譯結(jié)合植被破壞指標(biāo) 草地破壞面積將土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)與礦區(qū)遙感解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后分析 林地破壞面積將土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)與礦區(qū)遙感解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后分析 農(nóng)田破壞面積將土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)與礦區(qū)遙感解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后分析 植被覆蓋度利用Landsat的1990年TM和2014年OLI的紅光和近紅外波段計(jì)算歸一化植被指數(shù)(NDVI),并根據(jù)2期NDVI數(shù)據(jù)計(jì)算植被覆蓋度 生物豐度下降程度根據(jù)土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)和HJ/T192—2006《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》中的生物豐度計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算 生物生產(chǎn)量減少程度根據(jù)生物量與NDVI之間的關(guān)系,利用NDVI計(jì)算生物量土壤侵蝕指標(biāo) 風(fēng)力侵蝕程度主要以植被覆蓋度為依據(jù)劃分風(fēng)力侵蝕程度 水力侵蝕程度主要以植被覆蓋度和坡度為依據(jù)劃分水力侵蝕程度

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

遙感數(shù)據(jù)包括30 m空間分辨率、7—8月植被生長(zhǎng)旺盛季節(jié)無(wú)云的1990年Landsat TM、2014年Landsat OLI數(shù)據(jù),高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)為2013年Quickbird數(shù)據(jù)。數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)是由國(guó)際農(nóng)業(yè)研究磋商組織(CGIAR)發(fā)布的30 m空間分辨率ASTER的DEM。土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)參考中國(guó)十年生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估得到的2010年土地覆被類(lèi)型數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上對(duì)照2010年Landsat ETM+數(shù)據(jù)的4、3、2波段合成遙感影像進(jìn)行目視解譯獲得。

通過(guò)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、幾何校正和投影變換等,將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系統(tǒng)(WGS-84)并投影(Albers);利用ArcGIS工具,根據(jù)DEM提取坡度信息并進(jìn)行分級(jí)。

2.2指標(biāo)獲取方法

2.2.1土地毀損調(diào)查方法

調(diào)查采礦過(guò)程中對(duì)土地的毀損面積,包括露天開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)和尾礦場(chǎng)占地面積以及道路壓占面積等。采用實(shí)地調(diào)查并結(jié)合遙感解譯分析的方法,具體做法:(1)實(shí)地調(diào)查結(jié)合遙感影像確定礦區(qū)位置;(2)利用手持GPS實(shí)地考察確定礦區(qū)開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦場(chǎng)和道路等位置;(3)將野外GPS測(cè)量點(diǎn)與Quickbird高分辨率遙感影像進(jìn)行匹配,根據(jù)GPS點(diǎn)位置提取開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦場(chǎng)和道路壓占等信息,并計(jì)算其面積。

2.2.2植被破壞調(diào)查方法

(1)植被覆蓋度計(jì)算

植被覆蓋度指某區(qū)域植物垂直投影面積與該區(qū)域面積之比,用百分?jǐn)?shù)表示。歸一化植被指數(shù)(NDVI,INDV)對(duì)植被的生物物理特征十分敏感,常被用于區(qū)域尺度的植被分類(lèi)和植被覆蓋(R)研究,計(jì)算公式[11]為

R=(INDV,v-INDV,s)/(INDV,max-INDV,s)。

(1)

式(1)中,INDV,max為植被最大INDV值;INDV,s為土壤INDV值;INDV,v為像元實(shí)際INDV值。一般通過(guò)計(jì)算研究區(qū)INDV的最大值和最小值近似作為INDV,max和INDV,s。

利用Landsat TM和Landsat OLI先計(jì)算INDV,再計(jì)算1990和2014年2期植被覆蓋度,反映近20多年植被的動(dòng)態(tài)變化情況。

(2)生物豐度計(jì)算

根據(jù)HJ/T 192—2006提供的生物豐度指數(shù)(Ibio)計(jì)算公式,利用遙感解譯的2000和2010年土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)計(jì)算Ibio。

Ibio=Abio×(0.35×S林+0.21×S草+0.28×S水+0.11×

S耕+0.04×S工+0.01×S未)/S區(qū)。其中,S林、S草、S水、S耕、S工、S未和S區(qū)分別為林地、草地、水域濕地、耕地、工礦建設(shè)用地、未利用地和整個(gè)區(qū)域的面積，km2；Abio為Ibio的歸一化系數(shù),Abio=100/Amax,Amax為某指數(shù)歸一化處理前的最大值。

(3)生物量計(jì)算

采用植被指數(shù)-生物量法進(jìn)行計(jì)算,由于研究區(qū)為草地類(lèi)型區(qū)域,故采用目前公認(rèn)比較適用的模型計(jì)算生物量(B,g·m-2)[12]。計(jì)算公式為B=49.5×exp(3.69×INDV),R2=0.91。

2.2.3土壤侵蝕調(diào)查

利用Landsat遙感數(shù)據(jù)計(jì)算得到的1990和2014年2期植被覆蓋度,結(jié)合坡度和生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型等數(shù)據(jù)研究風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕情況。

(1)風(fēng)力侵蝕。用1990和2014年2期植被覆蓋度數(shù)據(jù),以草地、荒漠植被覆蓋度為主要判斷依據(jù),將風(fēng)力侵蝕程度分為微度(≥50%)、輕度(20%～<50%)、中度(10%～<20%)、強(qiáng)度(5%～<10%)、極強(qiáng)度(1%～<5%)和劇烈(<1%)6級(jí)[13]。

(2)水力侵蝕。礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中易發(fā)生水土流失的場(chǎng)地主要在露天開(kāi)采剝離區(qū)及建設(shè)過(guò)程中其他廢棄物的堆積場(chǎng)地以及沉陷區(qū)坡地,特別是各類(lèi)表土松散、無(wú)植被或植被稀疏的棄土堆場(chǎng)。根據(jù)林地、草地覆蓋度和坡度確定水力侵蝕程度。參考SL 190—2007《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》,以土壤侵蝕強(qiáng)度面蝕分類(lèi)為依據(jù),將水力侵蝕強(qiáng)度分為輕度、中度、強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈4級(jí)(表2)。

表2水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Table 2Criteria for grading of water erosion in intensity

林地、草地覆蓋度/%不同坡度(°)水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)5～<88～<1515～<2525～<35≥3560～70 輕度輕度輕度中度中度45～<60輕度輕度中度中度強(qiáng)烈30～<45輕度中度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈<30中度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈極強(qiáng)烈坡耕地輕度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈極強(qiáng)烈

2.3各指標(biāo)與礦區(qū)距離關(guān)系分析

調(diào)查范圍分為礦區(qū)生產(chǎn)區(qū)和礦區(qū)影響區(qū),其中礦區(qū)生產(chǎn)區(qū)包括礦產(chǎn)生產(chǎn)用地和輔助生產(chǎn)用地。礦區(qū)范圍通過(guò)遙感影像目視解譯開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地等,然后對(duì)以上用地做外接多邊形加以確定。礦區(qū)影響區(qū)為周邊“三廢”污染、植被破壞、水資源破壞和地質(zhì)災(zāi)害等受影響區(qū)域,該區(qū)道路網(wǎng)密集,有廢棄物堆放和取土等行為。為了客觀地分析礦區(qū)生態(tài)環(huán)境隨距礦區(qū)距離的變化特征,根據(jù)數(shù)據(jù)源的空間分辨率,以30 m為步長(zhǎng)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行距離分析制圖,最大距離設(shè)為10 km。對(duì)各指標(biāo)與距離數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析,分析各指標(biāo)在礦區(qū)不同距離范圍內(nèi)的分布情況。

由于不同范圍的緩沖區(qū)面積不同,若僅利用各個(gè)級(jí)別的風(fēng)力或水力侵蝕面積與總面積的比例進(jìn)行分析,則不能客觀地反映侵蝕程度與礦區(qū)距離之間的關(guān)系。因此,利用頻率比(Eij)反映不同級(jí)別風(fēng)力或水力侵蝕程度與礦區(qū)距離之間的頻率關(guān)系,計(jì)算公式為

Eij=Rij/Di。

(2)

式(2)中,Eij為第i個(gè)緩沖區(qū)第j級(jí)別侵蝕面積在緩沖區(qū)總面積中的分布頻率。Eij越大，說(shuō)明頻率越高,某類(lèi)地物在另一類(lèi)地物中的分布比例也越高,2種地物之間的關(guān)系越密切。

Rij=100×rij/Sj。

(3)

式(3)中,Rij為各個(gè)緩沖區(qū)不同級(jí)別風(fēng)力或水力侵蝕面積占對(duì)應(yīng)級(jí)別侵蝕總面積比例,即第i緩沖區(qū)第j級(jí)別侵蝕面積在j級(jí)別侵蝕總面積中的分布頻率,%;Sj為第j級(jí)別侵蝕總面積，km2。

Di=100×di/A。

(4)

式(4)中,Di為不同范圍緩沖區(qū)面積占緩沖區(qū)總面積比例,即第i個(gè)緩沖區(qū)的分布頻率,%；di為第i個(gè)緩沖區(qū)面積，km2;A為緩沖區(qū)總面積，km2。

3結(jié)果與分析

3.1土地占用調(diào)查結(jié)果分析

3.1.1礦區(qū)土地毀損

白云鄂博礦區(qū)土地毀損類(lèi)型主要是采礦區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地,總面積為52.59 km2(圖1)。其中,采礦區(qū)占13.17%,排土場(chǎng)占39.59%,尾礦庫(kù)占20.11%,工礦建設(shè)用地占27.13%。礦區(qū)外接多邊形面積為97.01 km2。

3.1.2礦區(qū)道路壓占

圖1顯示,礦區(qū)道路主要分布在<5 000 m范圍,道路建設(shè)總長(zhǎng)度為1 022.12 km,絕大部分集中分布在礦區(qū)500 m范圍內(nèi),占5 000 m范圍內(nèi)道路總長(zhǎng)度的45.71%,500～<1 000 m范圍占12.04%,1 000～<2 000 m范圍占34.21%,2 000～<5 000 m范圍占8.04%。

圖1　白云鄂博礦區(qū)土地毀損類(lèi)型和道路分布

3.1.3礦區(qū)占用土地類(lèi)型

2000—2010年礦區(qū)擴(kuò)展以占用草地為主,其中開(kāi)采區(qū)面積的全部、排土場(chǎng)的99.11%、尾礦庫(kù)的81.81%和工礦建設(shè)用地的84.96%擴(kuò)展來(lái)源于草地。部分尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地來(lái)源于耕地和林地。

3.2植被變化結(jié)果分析

INDV計(jì)算結(jié)果顯示,礦區(qū)2014年平均INDV值為0.24,大于1990年的平均值(0.14),說(shuō)明2014年植被生長(zhǎng)狀況好于1990年,礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。2014年INDV值從礦區(qū)外邊緣到3 000 m范圍內(nèi)呈隨距離增加而增加趨勢(shì),說(shuō)明離礦區(qū)越近植被生長(zhǎng)狀況越差。0～<200 m范圍呈隨距離增加而增加趨勢(shì),200～<600 m范圍呈隨距離增加而減小趨勢(shì),600～<1 000 m范圍呈隨距離增加而基本持平趨勢(shì),1 000～<1 250 m范圍呈隨距離增加而明顯減小趨勢(shì),1 250～<1 900 m范圍呈隨距離增加而緩慢減小趨勢(shì),1 900～<3 000 m范圍呈緩慢增加趨勢(shì),≥3 000 m范圍趨于穩(wěn)定狀態(tài),基本不受礦區(qū)距離影響。

植被覆蓋度結(jié)果(圖2～3)表明,2014年植被平均覆蓋度為22.94%,1990年為10.81%,1990—2014年礦區(qū)植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)。1990和2014年在4 200 m范圍內(nèi)植被覆蓋度基本呈隨距離增加而增加趨勢(shì)。其中,2014年0～<600 m范圍隨著距離的增加植被覆蓋度增加趨勢(shì)比較明顯,600～<2 800 m范圍增加緩慢,2 800～<4 200 m范圍增加明顯,≥4 200 m范圍基本沒(méi)有變化。1990年植被覆蓋度分布較2014年更集中,0～<500 m范圍植被覆蓋度呈隨距離的增加而下降趨勢(shì),500～<2 000 m范圍呈增加趨勢(shì),2 000～<4 500 m范圍增加趨勢(shì)緩慢,≥4 500 m范圍基本沒(méi)有變化。

圖2　1990和2014年白云鄂博礦區(qū)植被覆蓋度分布

1990—2014年研究區(qū)植被覆蓋度呈增加趨勢(shì),主要是因?yàn)閲?guó)家重視生態(tài)環(huán)境建設(shè),另一方面也是因?yàn)榻陙?lái)北方雨水有所增加。但從距礦區(qū)距離來(lái)看,礦區(qū)內(nèi)植被覆蓋度增加有限,只增加4百分點(diǎn),0～<150 m范圍約增加11百分點(diǎn),150～<350 m范圍增加12～13百分點(diǎn),≥350 m范圍增加14百分點(diǎn)以上,最大增加20百分點(diǎn)。

圖3　1990和2014年植被覆蓋度隨礦區(qū)距離的變化

生物量變化規(guī)律與植被覆蓋度相似,1990—2014年呈增加趨勢(shì),但從距礦區(qū)距離來(lái)看,距離越遠(yuǎn),生物量增加趨勢(shì)越明顯,<500 m范圍生物量平均增加23.88 g·m-2,8 000～10 000 m范圍生物量平均增加44.73 g·m-2,1990—2014年礦區(qū)生物量的增加量基本呈現(xiàn)從里向外增加趨勢(shì),也就是說(shuō)離礦區(qū)越近,生物量增加越少(表3)。

表31990和2014年白云鄂博礦區(qū)不同緩沖區(qū)生物量統(tǒng)計(jì)

Table 3Statistics of biomass in buffer zones different in type in Bayan Obo mining area in 1990 and 2014

緩沖區(qū)范圍/m生物量/(g·m-2)1990年2014年增加量<50088.10111.9823.88500～<100083.69123.5239.831000～<200084.18122.8038.622000～<500084.51123.9639.455000～<800085.24128.9243.688000～1000085.87130.6044.73

2000—2010年礦區(qū)生物豐度呈降低趨勢(shì),降低最多的是礦區(qū)500 m范圍,降低15.53。生物豐度也呈現(xiàn)離礦區(qū)越近而越低的特點(diǎn),尤其是500 m范圍內(nèi)生物豐度遠(yuǎn)小于其他范圍。2000年500～<8 000 m范圍生物豐度從69.08增至99.50,2010年從84.61增至99.65。

3.3土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果分析

3.3.1風(fēng)力侵蝕

1990年白云鄂博礦區(qū)8 000 m范圍風(fēng)力侵蝕主要為中度和強(qiáng)度侵蝕,分別占風(fēng)力侵蝕總面積的52.86%和41.38%,其后依次為極強(qiáng)度和輕度侵蝕,分別占2.46%和2.37%。2014年主要為輕度侵蝕,占67.57%,其次為中度侵蝕,占26.31%(圖4)。

圖4　1990和2014年白云鄂博礦區(qū)風(fēng)力侵蝕分布

1990年500 m范圍內(nèi)土壤微度、輕度和劇烈侵蝕分別占對(duì)應(yīng)級(jí)別侵蝕總面積的75.33%、33.94%和45.76%,而2014年500 m范圍內(nèi)土壤強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕分別占對(duì)應(yīng)級(jí)別侵蝕總面積的76.67%、71.85%和70.91%。從侵蝕總面積來(lái)看,1990—2014年沒(méi)有變化,但500 m范圍內(nèi)侵蝕強(qiáng)度向重度侵蝕轉(zhuǎn)移,表明礦區(qū)生態(tài)環(huán)境呈惡化趨勢(shì)。1990—2014年,500 m范圍內(nèi)輕度侵蝕增加明顯,增加量占礦區(qū)500 m范圍內(nèi)侵蝕總面積的40.17%,微度、劇烈和極強(qiáng)度侵蝕略有增加,分別增加0.68%、0.48%和0.20%,而強(qiáng)度和中度侵蝕減少明顯,分別減少31.02%和10.52%。

由表4可知,在白云鄂博礦區(qū)500 m范圍內(nèi)微度和輕度侵蝕頻率比減少,其他級(jí)別侵蝕頻率比增加。尤其是強(qiáng)度和極強(qiáng)度侵蝕頻率比明顯增加,輕度級(jí)別侵蝕向重度級(jí)別侵蝕轉(zhuǎn)換明顯。礦區(qū)0～<1 000 m范圍極強(qiáng)度和劇烈侵蝕頻率比均增加,0～<2 000 m范圍劇烈侵蝕頻率比增加。

表41990—2014年白云鄂博礦區(qū)風(fēng)力侵蝕頻率比變化

Table 4Variation of frequency ratio of wind erosion different in type in the Bayan Obo mining area in 1990 and 2014

緩沖區(qū)范圍/m不同風(fēng)力侵蝕等級(jí)侵蝕頻率比變化微度輕度中度強(qiáng)度極強(qiáng)度劇烈<500-2.69-1.190.433.092.391.37500～<10000.060.73-0.01-0.950.180.371000～<20000.390.340.04-0.72-0.170.102000～<50000.120.51-0.17-0.60-0.66-0.385000～80001.110.00-0.08-0.73-0.62-0.44

3.3.2水力侵蝕

1990年白云鄂博礦區(qū)8 000 m范圍內(nèi)水力侵蝕主要為中度侵蝕,占92.49%,其次為強(qiáng)烈侵蝕,占6.57%。2014年水力侵蝕主要為中度侵蝕,占86.74%,其次為輕度侵蝕,占6.84%(圖5)。

圖5　1990和2014年白云鄂博礦區(qū)水力侵蝕分布

1990年500 m范圍內(nèi)輕度侵蝕占該類(lèi)侵蝕總面積的57.50%,極強(qiáng)烈侵蝕占該類(lèi)侵蝕總面積的38.68%。2014年礦區(qū)500 m范圍內(nèi)極強(qiáng)烈侵蝕占極強(qiáng)烈侵蝕總面積的42.08%,強(qiáng)烈侵蝕占強(qiáng)烈侵蝕總面積的20.34%。1990—2014年,礦區(qū)500 m范圍內(nèi)輕度侵蝕增加4.41%,中度侵蝕減少4.05%。500～<5 000 m范圍主要表現(xiàn)為輕度等級(jí)侵蝕增加,重度等級(jí)侵蝕減少。

不同緩沖區(qū)水力侵蝕頻率比變化結(jié)果(表5)顯示,1990—2014年白云鄂博礦區(qū)500 m范圍內(nèi)和2 000～8 000 m范圍各等級(jí)侵蝕頻率比均減少,而500～<2 000 m范圍各等級(jí)侵蝕頻率比均增加,尤其是極強(qiáng)烈侵蝕增幅大,增幅較大的是強(qiáng)烈侵蝕。

表51990—2014年白云鄂博礦區(qū)不同緩沖區(qū)水力侵蝕頻率比變化

Table 5Variation of frequency ratio of water erosion in buffer zones different in type in the Bayan Obo mining area in 1990 and 2014

緩沖區(qū)范圍/m不同水力侵蝕等級(jí)侵蝕頻率比變化輕度中度強(qiáng)烈極強(qiáng)烈<500-2.65-0.47-0.66-1.96500～<10007.304.5912.2535.051000～<20004.032.694.407.712000～<5000-0.43-1.02-0.82-0.405000～8000-0.62-1.00-0.96-0.83

4結(jié)論

白云鄂博礦區(qū)土地占用和毀損情況嚴(yán)重,主要類(lèi)型是開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)、工礦建設(shè)用地和交通道路等,其中排土場(chǎng)和交通道路占地尤為嚴(yán)重。被占用的土地利用類(lèi)型以草地為主。2014年白云鄂博礦區(qū)植被生長(zhǎng)狀況好于1990年,但離礦區(qū)不同距離變化有差異。距礦區(qū)距離越近,植被破壞越嚴(yán)重,植被覆蓋度、生物量和生物豐度都有所減少。這說(shuō)明礦區(qū)開(kāi)采對(duì)周邊植被影響極大。無(wú)論是風(fēng)力侵蝕還是水力侵蝕,白云鄂博礦區(qū)侵蝕面積基本沒(méi)變,但1990年較低等級(jí)侵蝕面積較大,而2014年重度侵蝕面積在擴(kuò)大。從距礦區(qū)距離來(lái)看,礦區(qū)500 m范圍內(nèi)侵蝕面積占總面積比例遠(yuǎn)高于其他距離范圍。白云鄂博礦區(qū)生態(tài)環(huán)境呈惡化趨勢(shì),距礦區(qū)越近受損程度越嚴(yán)重。劇烈的生態(tài)退化分布在礦區(qū)500 m范圍內(nèi),礦區(qū)對(duì)植被的影響主要出現(xiàn)在500 m范圍內(nèi),道路的影響則延伸到2 000 m范圍內(nèi)。

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是近些年研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn),但對(duì)于礦區(qū)的概念及范圍界定還具有不確定性。筆者將開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地的外接多邊形定義為礦區(qū)。利用GIS鄰域空間分析功能按30 m步長(zhǎng)生成礦區(qū)距離數(shù)據(jù),分析礦區(qū)對(duì)不同因素的影響范圍,具有一定的科學(xué)性和現(xiàn)實(shí)意義。

由于草原地區(qū)地勢(shì)平坦,草原上的道路具有隨意性。尤其在雨季原有道路一旦積水,車(chē)輛會(huì)選擇便道行駛,加上在礦區(qū)運(yùn)輸過(guò)程中存在有些車(chē)輛抄近道等現(xiàn)象,這些均導(dǎo)致道路縱橫交錯(cuò),對(duì)草場(chǎng)破壞嚴(yán)重。對(duì)道路引起的生態(tài)破壞現(xiàn)象僅用道路長(zhǎng)度指標(biāo)來(lái)衡量還存在一些問(wèn)題,若用道路面積來(lái)量化則更能體現(xiàn)道路建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞程度。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Effect of Mining on Ecological Degradation in Bayan Obo.

BAI Shu-ying1, ZHU Qian-wen1, SHEN Wei-shou2, LI Hai-dong2

(1.College of Geography and Remote Sensing, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China;2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Abstract:Exploitation of mines serves as an important guarantee for the national economy and construction of national defense, however， it also brings about great damages to the local ecological environment. With the Bayan Obo mining area cited as object, data acquired through large volumes of field investigations, remote sensing data from Landsat TM, OLI, Quickbird and digital elevation map (DEM) of the region were analyzed with the neighborhood space analysis function of GIS and specific frequency analysis method for exploration of impacts of exploitation of the mine on ecological environment from the angles of land destruction, vegetation degradation and soil erosion. Results show that the situation of land alienation and destruction was very serious, and most of the alienated land used to be grassland; The closer to the mining area, the more serious the land destruction, and the worse the vegetation grew; In 1990-2014, the acreage of soil erosion did not change much, but the soil erosion within the radius of 500 m of the mining site has turned from mild to severe in degree. On the whole, the ecological environment of the Bayan Obo mining area displays a deteriorating trend, and the closer to the mining site the more serious.

Key words:Bayan Obo;mining area exploitation;ecological degradation

收稿日期：2015-11-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)(2014FY110800)

中圖分類(lèi)號(hào)：X14

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-4831(2016)03-0367-07

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.03.005

作者簡(jiǎn)介：白淑英(1973—),女,內(nèi)蒙古寧城人,副教授,博士,從事遙感與GIS在生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用研究。E-mail: baishu-ying@163.com