■　陳思思

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司浙江杭州310014）

基于3S的露天礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)景觀格局變化研究

■陳思思

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司浙江杭州310014）

基于3S技術(shù)分析了云南某露天礦區(qū)土地利用及景觀格局變化過(guò)程，結(jié)果表明：(1)研究區(qū)土地利用類(lèi)型在空間上和數(shù)量上變化顯著；(2)生態(tài)恢復(fù)與重建是研究區(qū)采礦用地減少、林地面積增加的主要原因；(3)研究區(qū)景觀格局變化與礦山開(kāi)采和生態(tài)恢復(fù)與重建密切相關(guān)。3S技術(shù)是研究露天礦區(qū)景觀格局變化的重要手段之一，景觀格局變化分析可作為評(píng)價(jià)露天礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的生態(tài)效益的一種技術(shù)方法。

生態(tài)恢復(fù)與重建景觀格局3S露天礦區(qū)

本文以云南某露天礦區(qū)復(fù)墾2年、復(fù)墾6年和復(fù)墾10年的遙感影像資料為研究對(duì)象分析該礦區(qū)不同階段的景觀格局變化，評(píng)價(jià)其生態(tài)恢復(fù)取得的生態(tài)效益，以期為礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建提供依據(jù)。

1　研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況

云南某露天礦區(qū)于1972年建成投產(chǎn)。經(jīng)40多年的開(kāi)采，該礦區(qū)地貌發(fā)生極大的改變，曾一度出現(xiàn)采空區(qū)石漠化嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境惡化、地質(zhì)災(zāi)害突出、環(huán)境污染、景觀破壞等環(huán)境問(wèn)題。為了控制環(huán)境問(wèn)題的蔓延，該礦區(qū)采取了“邊采礦、邊恢復(fù)”的分階段生態(tài)恢復(fù)與重建模式，其中第一階段為1986～1990年，第二階段為2004～2006年。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

選擇研究區(qū)復(fù)墾后2年、復(fù)墾后6年和復(fù)墾后10年的三期影像資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(分辨率均為30m)，對(duì)各影像進(jìn)行波段組合，利用1:50 000地形圖對(duì)1986年影像進(jìn)行幾何校正，然后通過(guò)Erdas Imagine 9.0的影像自動(dòng)匹配配準(zhǔn)模塊AutoSync將其余影像校正到1986年影像上，并對(duì)其進(jìn)行幾何精度校正。

1.2.2土地分類(lèi)系統(tǒng)的建立

參考我國(guó)土地利用分類(lèi)方法和《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 21010-2007)，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，建立了該區(qū)域的土地利用/覆蓋分類(lèi)系統(tǒng)(見(jiàn)表1)。

表1　研究區(qū)土地利用/覆蓋分類(lèi)系統(tǒng)

1.2.3景觀格局指數(shù)的選取

合理的指標(biāo)體系應(yīng)反映景觀的個(gè)體單元的形態(tài)特征、空間形態(tài)特征及整體多樣性特征[]。對(duì)于景觀格局動(dòng)態(tài)分析，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)提出一些定量指標(biāo)[]。結(jié)合本研究區(qū)特點(diǎn)，選取的斑塊類(lèi)型水平指數(shù)包括：斑塊面積、斑塊數(shù)目和斑塊平均分維數(shù)；選取的景觀水平指數(shù)包括：景觀多樣性指數(shù)、景觀聚合度指數(shù)、斑塊密度和邊界密度。

1.2.4影像的解譯與結(jié)果計(jì)算

首先，結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料與參考資料，利用Arc View 3.3對(duì)影像進(jìn)行分類(lèi)；其次，依據(jù)GPS樣點(diǎn)對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)；接著，將分類(lèi)結(jié)果在ArcView3.3中進(jìn)行矢量化；最后，采用FRAGSTATS分析研究區(qū)景觀格局變化。

2　結(jié)果與分析討論

2.1研究區(qū)土地利用類(lèi)型的變化

土地利用是具有特定時(shí)間和空間屬性的一種特殊的自然和社會(huì)現(xiàn)象，其變化包括土地資源的數(shù)量和質(zhì)量變化，也包括土地利用的空間、組合方式及未來(lái)土地資源需求量的變化[2][3]。本研究主要從土地資源空間分布、土地資源數(shù)量以及主要土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)化來(lái)分析研究區(qū)的土地利用變化。

2.1.1土地資源數(shù)量變化

采用Arc View3.3統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)復(fù)墾2年、復(fù)墾6年和復(fù)墾10年三期土地利用類(lèi)型統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，復(fù)墾期間，林地和建設(shè)用地增加幅度最大，耕地和灌木林地減少最為明顯。18年間研究區(qū)林地增加了12.72%，建設(shè)用地增加了5.69%，水體增加了0.79%，耕地面積減少了7.30%，灌木林地減少了8.67%，未利用地減少了2.6%，采礦用地減少了0.63%。礦區(qū)面積減少是礦區(qū)邊開(kāi)采邊復(fù)墾的結(jié)果。有林地的增加和灌木林地的減少主要受植被的生長(zhǎng)狀況影響，林地面積總體呈增加趨勢(shì)。而耕地面積的減少與建設(shè)用地的增加有關(guān)。

2.1.2土地利用類(lèi)型之間相互轉(zhuǎn)化

采用Arc View3.3分析研究區(qū)復(fù)墾年間耕地、有林地、灌木林地和建設(shè)用地4種土地利用類(lèi)之間相互轉(zhuǎn)化，結(jié)果見(jiàn)下表2。從表可知，復(fù)墾年間，有7.77%有林地 (46.17hm2)和12.16%灌木林地(153.10hm2)轉(zhuǎn)化成采礦用地，可見(jiàn)采礦活動(dòng)共占用了199.27 hm2林地。復(fù)墾10年后，采礦用地中有47.78hm2轉(zhuǎn)化成了林地，179.44hm2轉(zhuǎn)化成了灌木林地，即共有227.22hm2采礦用地轉(zhuǎn)化成了林地，主要原因是礦區(qū)實(shí)施了生態(tài)恢復(fù)與重建工程。

2.2斑塊類(lèi)型水平指數(shù)的變化

本研究區(qū)面積為32.8km2，可分為7個(gè)景觀類(lèi)型，復(fù)墾2年、6年和10年后的斑塊總數(shù)分別為132個(gè)、203個(gè)和165個(gè)，各年景觀類(lèi)型斑塊面積和斑塊數(shù)目調(diào)查統(tǒng)計(jì)可知，復(fù)墾后10年間，有林地斑塊數(shù)目增加，由21增加到了55；灌木林地、耕地以及建設(shè)用地斑塊數(shù)目先增加后減少；采礦用地斑塊數(shù)目基本不變；未利用地斑塊數(shù)目減少。說(shuō)明礦區(qū)開(kāi)采范圍比較集中且復(fù)墾工程實(shí)施及時(shí)；隨著復(fù)墾工程的實(shí)施以及植被的生長(zhǎng)，有林地斑塊數(shù)目增加，灌木林的數(shù)目減少，灌木林地向有林地轉(zhuǎn)化。

2.3斑塊平均分維數(shù)(MPFD)

斑塊平均分維數(shù)反應(yīng)了斑塊形狀復(fù)雜程度，取值范圍在1～2之間。采用FRAGSTATS軟件運(yùn)算復(fù)墾后2年、6年和10年的各景觀類(lèi)型斑塊的平均分維數(shù)。

從景觀整體角度，復(fù)墾后2年和復(fù)墾后6年年景觀整體斑塊平均分維數(shù)分別為1.3359和1.3541，各景觀類(lèi)型斑塊的平均分維數(shù)略有增加，說(shuō)明隨著礦山開(kāi)采，研究區(qū)土地利用斑塊邊緣的復(fù)雜程度增加。復(fù)墾后10年，研究區(qū)景觀整體斑塊平均分維數(shù)下降，為1.2986，說(shuō)明隨著生態(tài)重建工程的實(shí)施以及礦區(qū)開(kāi)采日益規(guī)范，土地利用斑塊邊緣的復(fù)雜程度降低，即土地斑塊呈向規(guī)則化發(fā)展趨勢(shì)。

從斑塊類(lèi)型角度，復(fù)墾后10年間，所有景觀類(lèi)型斑塊的平均分維數(shù)都發(fā)生了變化。有林地、采礦用地和未利用地的變化趨勢(shì)與景觀整體斑塊平均分維數(shù)變化趨勢(shì)相同，其中有林地斑塊平均分維數(shù)從復(fù)墾后2年的1.3275增加到復(fù)墾后6年的1.3596，繼而減少到復(fù)墾后10年的1.2002，而采礦用地平均斑塊分維數(shù)從復(fù)墾后2年的1.3514增加到復(fù)墾后6年的1.4053，再減少到復(fù)墾后10年的1.3466。復(fù)墾后10年間各個(gè)景觀類(lèi)型斑塊平均分維數(shù)的增加在于礦區(qū)開(kāi)采使原地貌景觀受到極大干擾，使該指數(shù)值在增加，而復(fù)墾后10年有林地以及采礦用地斑塊平均分維數(shù)的減少在于人工林地的復(fù)墾以及采礦活動(dòng)的逐漸規(guī)范。

2.4景觀水平指數(shù)的變化

多樣性指數(shù)可用來(lái)度量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜程度，其大小直接影響著系統(tǒng)的物種多樣性和遺傳多樣性，同時(shí)也影響著系統(tǒng)的生產(chǎn)力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。聚集度指數(shù)反映景觀中不同斑塊類(lèi)型的非隨機(jī)性或聚集程度，它能夠反映景觀組分的空間配置特征，同時(shí)也受到類(lèi)型總數(shù)及其均勻度的影響。采用FRAGSTATS軟件運(yùn)算得到復(fù)墾2年、6年和10年后的景觀多樣性指數(shù)、景觀聚合度指數(shù)、斑塊密度和邊界密度。

3　結(jié)論與展望

通過(guò)分析研究，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）研究區(qū)土地利用類(lèi)型在空間上和數(shù)量上變化顯著，采礦用地用西向東延伸。不同土地利用類(lèi)型的數(shù)量發(fā)生變化主要是“邊開(kāi)采邊復(fù)墾”的生產(chǎn)方式導(dǎo)致的。

（2）有林地、灌木林地以及采礦用地之間的相互轉(zhuǎn)化表明，實(shí)施生態(tài)重建工程是采礦用地減少、林地面積增加的主要原因。礦區(qū)生態(tài)重建工程對(duì)轉(zhuǎn)入的有林地和灌木林地貢獻(xiàn)很大。

（3）采用FRAGSTATS軟件分析斑塊類(lèi)型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)，結(jié)果表明研究區(qū)的景觀格局得到優(yōu)化，同時(shí)景觀格局變化趨勢(shì)與礦山開(kāi)采和生態(tài)重建工程聯(lián)系密切。

隨著地理信息技術(shù)的興起，對(duì)礦區(qū)的土地景觀格局動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)成為可能。本文研究認(rèn)為，以3S技術(shù)為基礎(chǔ)的景觀格局變化研究是實(shí)現(xiàn)礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段之一。礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)前后的景觀格局變化分析可以成為評(píng)價(jià)其生態(tài)效益的重要指標(biāo)之一。

[1]李秀珍,布仁倉(cāng),常禹,等.景觀格局指數(shù)對(duì)不同景觀格局的反應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(1):123～133.

[2]孫希華.濟(jì)南泉域土地利用動(dòng)態(tài)研究及驅(qū)動(dòng)力研究[J].國(guó)土資源遙感,2004,(1):60～64.

[3]高占國(guó)，趙旭陽(yáng).基于GIS的土地利用動(dòng)態(tài)變化與預(yù)測(cè)-以井陘縣威州鎮(zhèn)為例[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,23(2):75～80.

X3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-182-2