張笑然,白中科,2,*,曹銀貴,2,趙中秋,2,盧元清,潘　健

1 中國地質(zhì)大學(xué)(北京),土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京　100083 2 國土資源部, 土地整治重點實驗室,北 京　100035

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特大型露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變及其生態(tài)儲存估算

張笑然1,白中科1,2,*,曹銀貴1,2,趙中秋1,2,盧元清1,潘健1

1 中國地質(zhì)大學(xué)(北京),土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京100083 2 國土資源部, 土地整治重點實驗室,北 京100035

露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在人為干擾下具有特殊的演變過程。從土地利用變化的角度描述礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變及生態(tài)水平變化,旨在為特大型露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)研究提供科學(xué)依據(jù)。以山西省朔州市平朔大型露天煤礦區(qū)為研究對象,以1986年、2000年、2013年的遙感影像為主要數(shù)據(jù)源,在分析研究區(qū)近30年土地利用特征的基礎(chǔ)上,探討礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變過程;同時利用生態(tài)儲存模型定量分析礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在研究時段內(nèi)所處的水平。結(jié)果表明：(1)1986—2013年耕地和林地大幅減少,城鎮(zhèn)建設(shè)用地和采礦造成的損毀土地面積迅速增加;(2)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)各子系統(tǒng)用地之間的轉(zhuǎn)化均較為活躍,城鎮(zhèn)擴張、采礦活動加劇、損毀土地復(fù)墾是造成這一現(xiàn)象的主要原因;(3)平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變可劃分為原地貌階段、損毀階段、重建階段;(4)研究區(qū)生態(tài)儲存狀態(tài)呈惡化趨勢,生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為逆向過程,生態(tài)儲存能力增強。研究結(jié)果可為中國特大型露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)研究提供科學(xué)依據(jù)。

露天煤礦區(qū);生態(tài)系統(tǒng)演變;生態(tài)儲存;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;土地利用轉(zhuǎn)換

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是在礦區(qū)范圍內(nèi)自然環(huán)境系統(tǒng)和以礦產(chǎn)資源開發(fā)利用為主導(dǎo)的社會環(huán)境系統(tǒng)相互作用而形成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1],其演變是一個由低到高的過程,一般經(jīng)歷原始型、掠奪型、協(xié)調(diào)型這3種狀態(tài)[2]。在露天煤礦區(qū),由于受到大規(guī)模礦產(chǎn)資源開發(fā)活動的劇烈擾動,區(qū)域內(nèi)土壤和植被遭到破壞、水熱結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、生態(tài)環(huán)境受到污染,整個生態(tài)系統(tǒng)處于極度破損的狀態(tài)[3]。開展有關(guān)露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的研究,有助于深入了解該區(qū)域內(nèi)各種生態(tài)過程及其相互關(guān)系[4],準確認識礦業(yè)活動對本地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的干擾效應(yīng)[5],把握不同資源開發(fā)階段礦區(qū)生態(tài)環(huán)境存在的問題及原因[6],為礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建工作提供指導(dǎo)。

露天煤礦區(qū)是一個特殊的土地利用研究單元,礦產(chǎn)資源開采過程中伴隨的土地挖損、壓占、占用等劇烈擾動使本區(qū)土地景觀格局發(fā)生劇烈變化[7]。由于土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型具有很高的匹配度[8],土地利用變化將改變生態(tài)系統(tǒng)類型、格局和過程,并最終影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[9- 12]。因此,通過土地利用變化反映生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展過程為生態(tài)系統(tǒng)演變研究提供了切實可行的思路[13-14]。從研究成果來看,主要集中在定量表達土地利用結(jié)構(gòu)改變引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化這一方面[15-21]。從研究思路來看,多以分析區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化為基礎(chǔ)、以Costanza等[22]和謝高地等[23]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算成果為依據(jù),或直接測算、或修正后估算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。同樣以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論為研究基礎(chǔ),張建軍等則提出“生態(tài)儲存估算模型”以表達生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的靜態(tài)狀況、動態(tài)變化、以及未來轉(zhuǎn)換的可能性,并以礦業(yè)城市為例進行應(yīng)用研究[8]。本文嘗試將該模型運用到平朔特大型露天煤礦區(qū),以反映礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的演變情況。從研究對象來看,總體以大尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為主[24- 26],尤以全球與國家尺度為甚[27];少部分為農(nóng)田、森林等生態(tài)子系統(tǒng)[28- 29],類似礦區(qū)尺度的研究較為少見。

平朔礦區(qū)是中國大型的露采煤炭基地之一,地處黃土高原晉陜蒙接壤的“黑三角”地帶,煤炭儲量豐富[30];礦區(qū)內(nèi)原地貌、損毀地、復(fù)墾地并存,土地利用景觀格局朝著復(fù)雜化和多樣化發(fā)展[31];礦區(qū)采用我國自主設(shè)計的露井聯(lián)采工藝,生產(chǎn)與開發(fā)的現(xiàn)代化程度較高[32];煤炭資源開采帶動當?shù)亟?jīng)濟模式多樣化發(fā)展[33]。可見,平朔礦區(qū)不僅屬于典型的半自然半人工生態(tài)系統(tǒng),也是中國中西部露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的縮影。有關(guān)平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變及服務(wù)價值的研究具有一定的代表性和示范性。本文立足土地利用變化分析近30年來平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變過程,并采用生態(tài)儲存模型對礦區(qū)生態(tài)水平進行定量分析,旨在為特大型露天煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

平朔礦區(qū)位于山西省朔州市平魯區(qū)東南部,西北沿長城與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤,西南與本省忻州地區(qū)相鄰,東連山陰縣,北接右玉縣,東經(jīng)111°58′—112°30′,北緯39°23′—39°37′。平朔礦區(qū)所在地屬典型的溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,冬春干旱少雨,夏秋降水集中;年平均氣溫5.5℃,年均降雨量410.6mm。礦區(qū)地帶性土壤為栗鈣土和黃綿土,植被稀少,水蝕風(fēng)蝕嚴重,沖刷劇烈,是典型的黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)。平朔礦區(qū)勘探面積380km2,探明地質(zhì)儲量127.5億t;主要包括安太堡、安家?guī)X、東露天3座特大型露天煤礦,井工一礦、井工二礦、井工三礦3座大型現(xiàn)代化井工礦,5座配套洗煤廠和2條鐵路專用線,是中國目前規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的露井聯(lián)采煤礦區(qū)。

圖1　研究區(qū)地理位置示意圖Fig.1　Location of the study area

平朔礦區(qū)的開發(fā)導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)及周邊的村莊搬遷。自1986年以來,在平朔礦區(qū)內(nèi)已先后發(fā)生4次村莊搬遷。前3次搬遷人口安置地點分別為安太堡新村(井坪鎮(zhèn)南部)、井坪鎮(zhèn)內(nèi)、坪北文苑安置小區(qū)(井坪鎮(zhèn)北部),涉及14個行政村,8400余人。第4次搬遷正在進行中,計劃征地15.4km2,涉及6個村莊,近6000人。因此,本文將位于平朔礦區(qū)外、但受村莊搬遷影響的區(qū)域納入研究范圍,具體研究區(qū)包括整個平朔礦區(qū),并涉及周邊6個鄉(xiāng)鎮(zhèn),即：井坪鎮(zhèn)、白堂鄉(xiāng)、陶村鄉(xiāng)、向陽堡鄉(xiāng)、榆嶺鄉(xiāng)、下面高鄉(xiāng),研究區(qū)總面積為517.48km2。具體位置如圖1所示。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

以研究區(qū)1986年、2000年、2013年的遙感影像為主要數(shù)據(jù)源,具體參數(shù)信息見表1;以ENVI4.8軟件為操作平臺,對影像進行預(yù)處理,主要包括大氣輻射校正、幾何校正、影像裁剪等操作,并采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Net)分類與目視解譯相結(jié)合的方法,獲得研究區(qū)在這3個時段的土地利用數(shù)據(jù);結(jié)合研究區(qū)自身特點,參考《土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T 21010—2007)》,將研究區(qū)土地利用類型劃分10類,分別是耕地、草地、林地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點、交通運輸用地、露天采坑、排土場、剝離區(qū)、工業(yè)場地;影像分類結(jié)果的Kappa系數(shù)在0.85以上,滿足本研究對數(shù)據(jù)精度的要求。

表1　遙感影像參數(shù)信息

2　研究方法

生態(tài)儲存描述的是土地利用變化與其生態(tài)響應(yīng)之間的相互關(guān)系,是由過去、當前及未來可能的自然活動和人類活動共同決定的土地利用數(shù)量、質(zhì)量、類型及分布所引起的生態(tài)變化的綜合表達[34]。根據(jù)張建軍等的研究,生態(tài)儲存估算模型包括狀態(tài)模型、過程模型和能力模型。其中,生態(tài)儲存狀態(tài)是對研究區(qū)域生態(tài)儲存狀況的靜態(tài)描述,反映區(qū)域綜合生態(tài)儲存水平,由區(qū)域內(nèi)一種或幾種占優(yōu)勢的土地利用類型所決定;生態(tài)儲存過程描述的是研究區(qū)域在研究時段內(nèi)一種生態(tài)系統(tǒng)向另外一種生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時生態(tài)儲存的動態(tài)變化情況;生態(tài)儲存能力(Ecological Storage Capacity)是對研究區(qū)生態(tài)儲存在未來某時段發(fā)生轉(zhuǎn)換的可能性估算[8]。本研究即采用這3個模型對平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)儲存狀況分別進行量化分析。

(1)狀態(tài)模型

(1)

式中,ESS表示研究區(qū)的生態(tài)儲存狀態(tài),Ai表示研究區(qū)內(nèi)第i種土地利用類型面積,VCi表示與第i種土地利用類型相對應(yīng)的價值系數(shù),Ny表示估算研究區(qū)域生態(tài)儲存狀態(tài)的年份數(shù)(通常估算的為某一年的生態(tài)儲存狀態(tài),此處取1)。

生態(tài)儲存狀態(tài)值越高,說明研究區(qū)域的生態(tài)功能狀態(tài)越好,生態(tài)儲存量越大;反之,生態(tài)狀態(tài)越差,生態(tài)儲存量越小。

(2)過程模型

(2)

式中,ESTA表示一定時期內(nèi)研究區(qū)的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量,ESTR表示一定時期內(nèi)研究區(qū)的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率,VCi表示某種土地利用類型轉(zhuǎn)換前的生態(tài)服務(wù)功能的價值系數(shù),VCj表示該種土地利用類型轉(zhuǎn)換后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值系數(shù),Ai→j表示該種土地利用類型的轉(zhuǎn)換面積,ESS0表示該種土地利用類型在研究初期的生態(tài)儲存狀態(tài)(由于生態(tài)儲存狀態(tài)可能存在負值,故本文取其絕對值參與計算)。

生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量和生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率均包括正向變化和負向變化,其正向值越大,表明區(qū)域生態(tài)儲存朝積極方向發(fā)展的能力越大;其負向值越小,表明區(qū)域生態(tài)儲存朝消極方向變化的能力越大。

(3)能力模型

(3)

其中,

式中,ESC為研究區(qū)的生態(tài)儲存能力,ai為第i種土地利用類型的面積,n為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型的個數(shù),m為研究區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化后生態(tài)系統(tǒng)類型的個數(shù),n1,n2,…,nn為一種生態(tài)系統(tǒng)可能轉(zhuǎn)化為其他生態(tài)系統(tǒng)的個數(shù),P為各土地利用類型面積占研究區(qū)總面積的比率構(gòu)成的概率矩陣,T為土地利用類型極端轉(zhuǎn)化后的平均生態(tài)儲存能力矩陣。

3　結(jié)果與分析

3.1礦區(qū)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)演變3.1.1礦區(qū)土地利用狀況

根據(jù)遙感影像的分類結(jié)果,對礦區(qū)各研究時段的土地利用情況進行統(tǒng)計,如表2所示。近30年來,耕地和林地大幅減少,其中耕地面積減少10458.33hm2,林地面積減少2299.97hm2。草地面積由1986年的10655.54hm2急劇增加至2000年的14840.15hm2,到2013年時緩慢減少為14216.94hm2,1986—2013年間總體增長3561.40hm2,這是由于研究區(qū)地處黃土高原生態(tài)脆弱區(qū),嚴重的水土流失易導(dǎo)致耕地和林地逐漸變?yōu)榛牟莸亍３擎?zhèn)用地、農(nóng)村居民點和交通運輸用地始終處于增長狀態(tài),其中城鎮(zhèn)用地面積增加993.91hm2,農(nóng)村居民點面積增加1862.35hm2,交通運輸用地面積增加249.00hm2;平魯區(qū)逐漸加大的人口壓力及不斷提高的城鎮(zhèn)化水平是其主要原因。露天采坑、剝離區(qū)、排土場、工業(yè)場地經(jīng)歷了從無到有、面積迅速增加的過程,2000年這4種地類的面積僅為535.08、592.59、594.26、403.89hm2,至2013年分別增長為992.07、1461.64、1980.70、1657.23hm2,增幅分別為456.99、869.05、1386.44、1253.34hm2;平朔礦區(qū)于1987年開始開采,采礦活動帶來的地表挖損、地面壓占、土地占用使得采礦核心區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化,2013年露天采坑、剝離區(qū)、排土場、工業(yè)場地的總面積超過同年城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點、交通運輸用地面積的總和,占研究區(qū)總面積的11.77%。平朔礦區(qū)在1986年、2000年、2013年的土地利用狀況如圖2所示。

表2　1986—2013年礦區(qū)土地利用變化情況

圖2　各研究時段礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2　Maps of land use in study area in each period

3.1.2礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變

白中科等在野外實驗的基礎(chǔ)上分析平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損特征,進而將礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變劃分為3個階段、4個類型[35]。本文則從土地利用變化的角度分析礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變過程。目前,土地利用類型劃分的主要依據(jù)是土地利用單元用途或功能的差異性[36]。而陸地生態(tài)系統(tǒng)一般可分為森林生態(tài)系統(tǒng)、灌叢生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)等7類,與土地利用類型之間可實現(xiàn)合理匹配。本研究區(qū)的土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型的匹配如表3所示,其中采礦用地由剝離區(qū)、排土場、露天采坑、工業(yè)場地組成,并對應(yīng)到工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)上。

本研究通過各子系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化情況反映礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在研究時段內(nèi)的演變過程(表4,表5)。從表4可以看出,1986—2000年各子生態(tài)系統(tǒng)用地之間的轉(zhuǎn)化較為活躍。1)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)用地向其他子系統(tǒng)總共轉(zhuǎn)出5373.50hm2,沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)入情況,農(nóng)田向森林和草地子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化是受到退耕還林還草政策和當?shù)厮亮魇У碾p重影響。2)森林和草地子系統(tǒng)用地之間的轉(zhuǎn)化顯著,其原因一是人為砍伐樹木導(dǎo)致林地變?yōu)榛牟莸?二是受遙感影像分辨率的限制以及影像解譯過程中同物異譜、同譜異物易導(dǎo)致林草地錯分。3)城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)用地在1986年的基礎(chǔ)上擴張明顯,其面積增加來源于農(nóng)田、森林、草地這3個子系統(tǒng),其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化量最大,為1007.19hm2,森林和草地子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化量相當,分別為136.14hm2和106.93hm2;城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)用地沒有轉(zhuǎn)出情況。4)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)用地經(jīng)歷了從無到有的過程,且面積大幅增加,轉(zhuǎn)化來源與城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)相同,為農(nóng)田、森林、草地這3個子系統(tǒng),轉(zhuǎn)化量的分配也較為相似,即農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化量最大,為1382.84hm2,森林和草地子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化量非常接近,分別為344.83hm2和398.16hm2;工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)用地同樣沒有發(fā)生轉(zhuǎn)出。

表3　平朔露天礦區(qū)土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型的匹配

表4　1986—2000年礦區(qū)子生態(tài)系統(tǒng)用地轉(zhuǎn)化情況

從表5可以看出,2000—2013年各子生態(tài)系統(tǒng)用地間發(fā)生了更為劇烈的轉(zhuǎn)化。1)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)用地依然是轉(zhuǎn)出量最大的類型,為5069.77hm2;同時出現(xiàn)轉(zhuǎn)入情況,即工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)用地中有254.94hm2流向農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),這是10多年間礦區(qū)排土場復(fù)墾的成果。2)森林生態(tài)系統(tǒng)用地共轉(zhuǎn)出1599.84hm2,草地生態(tài)系統(tǒng)用地共轉(zhuǎn)出1917.25hm2,城鎮(zhèn)擴張和采礦活動加劇是導(dǎo)致林地和草地減少的根本原因。3)城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)用地增加的來源依然是農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng),農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化量最大,為1290.67hm2,其次是草地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化量,為634.64hm2,森林生態(tài)系統(tǒng)只有125.71hm2的轉(zhuǎn)化量;城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)用地向森林生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)出196.02hm2,道路兩側(cè)和居民點周圍綠化率的提高是主要原因。4)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入均比較顯著,農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng)用地向工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)均有大量的轉(zhuǎn)化,其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)用地的轉(zhuǎn)化量占總轉(zhuǎn)入量的50.18%;工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)出方向是農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng),轉(zhuǎn)出量分別為254.94、384.48、105.33hm2,其主要原因是安太堡露天礦的南排土場、西排土場、內(nèi)排土場的復(fù)墾效果已非常明顯,而最晚進行復(fù)墾的安太堡西排土場擴大區(qū)也已初見成效。

表5　2000—2013年礦區(qū)子生態(tài)系統(tǒng)用地轉(zhuǎn)化情況

根據(jù)上述各生態(tài)系統(tǒng)用地在1986—2013年間的轉(zhuǎn)化情況,結(jié)合平朔礦區(qū)有關(guān)未來生態(tài)功能區(qū)劃的資料,將平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變劃分為3個階段：原地貌階段、損毀階段、重建階段,其與土地利用結(jié)構(gòu)變化之間的關(guān)系如圖3所示。

3.2礦區(qū)生態(tài)儲存估算

參考謝高地等對中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究成果[23],結(jié)合以往有關(guān)平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究[37],將平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分為氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成、廢物處理、生物多樣性保護、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、娛樂文化。根據(jù)謝高地等提出的全國平均狀態(tài)下不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表及生物量因子修正法[23,38],確定研究區(qū)單位面積農(nóng)田、森林、草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表6)。謝高地等的成果沒有對城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進行說明,目前相關(guān)研究也比較少見;因數(shù)據(jù)獲取的有限性,參考張建軍的成果[8],確定城鎮(zhèn)和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各項服務(wù)的價值,如表6所示。

圖3　平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變與土地利用結(jié)構(gòu)的關(guān)系Fig.3　Relationship between ecosystem evolution and land use structure in Pingshuo mining area

生態(tài)系統(tǒng)功能Ecosystemfunction農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)Farmlandecosystem森林生態(tài)系統(tǒng)Forestlandecosystem草地生態(tài)系統(tǒng)Grasslandecosystem城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)Urbanecosystem工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)Industrialecosystem氣體調(diào)節(jié)Gasregulation203.51424.5325.6-48.4-1380.3氣候調(diào)節(jié)Climateregulation362.31099.0366.300水源涵養(yǎng)Waterconservation244.21302.5325.6-1919.16-14542.0土壤形成Soilformationandprotection594.31587.4793.700廢物處理Wastetreatment667.6533.2533.2-93.8-10128.6生物多樣性保護Biodiversityconservation289.01326.8443.6300.8300.8食物生產(chǎn)Foodproduction407.140.7122.100原材料生產(chǎn)Rawmaterialproduction40.71058.520.400娛樂文化Entertainmentculture4.0518.116.200總計Total2812.78890.72946.7-1760.5-25750.7

3.2.1生態(tài)儲存狀態(tài)

利用公式1分別計算研究區(qū)各研究時段的生態(tài)儲存狀態(tài)(表7),1986年為0.3782萬元/hm2,2000年為0.2252萬元/hm2,2013年為-0.0116萬元/hm2。生態(tài)儲存量呈下降趨勢,這是因為自礦區(qū)開始開采以來,采礦活動的劇烈程度逐漸增加,導(dǎo)致礦區(qū)損毀土地的面積持續(xù)擴大,進而使研究區(qū)的生態(tài)功能狀態(tài)越來越差;城鎮(zhèn)建設(shè)用地的大幅度增加也導(dǎo)致積極的生態(tài)系統(tǒng)用地面積減少,對礦區(qū)生態(tài)水平產(chǎn)生了不利影響。1986—2000年間生態(tài)儲存量的年下降率為0.0109萬元/hm2,2000—2013年間的年下降率為0.0182萬元/hm2?？梢?生態(tài)儲存的惡化速度有加快的趨勢,其主要原因是1998年之前只有安太堡露天礦在開發(fā),而1998年之后安家?guī)X露天礦和東露天礦相繼投產(chǎn),即三大露天礦同時在生產(chǎn)建設(shè),對礦區(qū)土地損毀的程度加劇。

表7　平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)儲存狀況

3.2.2生態(tài)儲存過程

生態(tài)儲存過程是通過研究區(qū)的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化情況來實現(xiàn)的,利用公式2分別計算1986—2000年、2000—2013年這2個時段的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量和生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率(表7)。平朔礦區(qū)在2個研究時段的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量和生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率均為負值,可知1986—2013年間整個生態(tài)系統(tǒng)總體為逆向轉(zhuǎn)化。1986—2000年間,總生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量為-0.1530萬元/hm2,總生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率為-40.45%;其中,積極的轉(zhuǎn)化量為0.0200萬元/hm2,轉(zhuǎn)化率為5.29%,消極的轉(zhuǎn)化量為-0.1730萬元/hm2,轉(zhuǎn)化率為-45.74%。積極的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化主要得益于平魯區(qū)于20世紀90年代末實行的退耕還林政策,但由于政策推行較晚,該研究時段積極的轉(zhuǎn)化量較少。2000—2013年間總生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化量為-0.2368萬元/hm2,總生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化率為-105.15%;其中,積極的轉(zhuǎn)化量為0.0605萬元/hm2,轉(zhuǎn)化率為26.87%,消極的轉(zhuǎn)化量為-0.2973萬元/hm2,轉(zhuǎn)化率為-132.02%。此階段積極的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化來源于退耕還林政策的大力推行,礦區(qū)若干排土場復(fù)墾也初見成效,因此積極轉(zhuǎn)化較上一階段得到較為明顯的提高。1986—2000年、2000—2013年的消極生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化均來自研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)擴展和采礦損毀土地大幅增加;且2個階段內(nèi)采礦活動對研究區(qū)生態(tài)儲存狀況的影響均大于城鎮(zhèn)擴張產(chǎn)生的影響,這是由于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值遠小于城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,從而工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對整個區(qū)域產(chǎn)生的更為惡劣的負面影響。

3.2.3生態(tài)儲存能力

利用公式3分別計算1986—2000年、2000—2013年研究區(qū)的生態(tài)儲存能力(表7)。2個階段的生態(tài)儲存能力分別為-0.3266萬元、-0.2514萬元;二者均為負值,說明研究區(qū)生態(tài)儲存狀況在研究時段內(nèi)處于消極水平;但2000—2013年的生態(tài)儲存能力大于1986—2000年的生態(tài)儲存能力,說明研究區(qū)生態(tài)儲存惡化有減緩的趨勢。礦區(qū)生態(tài)儲存能力是對生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的可能性的表達,其高低由生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定。在1986年,農(nóng)田、森林、草地生態(tài)系統(tǒng)的用地面積占整個研究區(qū)的98.94%,這些位于黃土高原的原地貌生態(tài)系統(tǒng)極度脆弱,輕微干擾也可導(dǎo)致生態(tài)水平下降,且一旦遭到破壞很難短時間內(nèi)自然恢復(fù),因此這些生態(tài)系統(tǒng)保持較高生態(tài)水平的潛能很差,即生態(tài)儲存能力差。在2013年,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)用地面積得到大幅增長,造成一定程度的土地損毀;但經(jīng)土地復(fù)墾后生態(tài)系統(tǒng)類型趨于多樣化,結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,重建生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)儲存遠高于原地貌水平。因此,在研究時段內(nèi),雖然整個研究區(qū)的生態(tài)儲存狀態(tài)呈下降趨勢,生態(tài)儲存過程也表現(xiàn)出逆向過程,但由于土地復(fù)墾成效顯著,使得研究區(qū)的生態(tài)儲存能力越來越好。

4　結(jié)論與討論

圖4　平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變生命周期與煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)系Fig.4　Relationship between lifecycle of ecosystem evolution and development of mining industry in Pingshuo mining area

(1)露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變與土地利用-覆被變化之間有著密切的關(guān)系,直觀的土地利用變化可反映礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變過程與特征。平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變可劃分為原地貌階段、損毀階段和重建階段,而煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也因資源的有限性而必然經(jīng)歷新建、形成、發(fā)展、穩(wěn)定和衰退等階段[39],二者均具有明顯的生命周期特征,其對應(yīng)關(guān)系如圖4所示。平朔礦區(qū)有安太堡、安家?guī)X、東露天三大露天煤礦,分別于1987年、1998年、2009年開工建設(shè)。到2013年,三者均已歷經(jīng)基建期與過渡期,安太堡和安家?guī)X露天礦處于達產(chǎn)期,東露天礦則處于達產(chǎn)初期。就土地利用而言,三大露天煤礦的開發(fā)造成嚴重的土地損毀,在短時間內(nèi)改變了平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的景觀格局[31]。隨著煤炭資源開采對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的負面影響逐步加大,土地復(fù)墾與生態(tài)重建成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境改善的必然途徑[40]。平朔礦區(qū)的土地復(fù)墾與生態(tài)重建工作主要從地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建這3個方面展開,對應(yīng)工程措施分別為排土場構(gòu)筑、黃土母質(zhì)直接覆蓋與土壤培肥、喬灌草植被種植模式配置[41]。在上述過程中,損毀土地面積逐漸減少,復(fù)墾地表層土壤質(zhì)量不斷提升,并接近原地貌[42]。在保證礦區(qū)重建生態(tài)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下,科學(xué)規(guī)劃礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū),最終實現(xiàn)景觀再造、生物多樣性重組,重建生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能遠超原始脆弱生態(tài)系統(tǒng)[43]。

(2)研究區(qū)生態(tài)儲存狀態(tài)呈惡化趨勢;生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為逆向過程,但由于退耕還林政策的推行和損毀土地的復(fù)墾,積極的生態(tài)儲存轉(zhuǎn)化有明顯提高;生態(tài)儲存能力逐步變好,生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的可能性大。從生態(tài)儲存模型的原理以及各生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值來看,農(nóng)田、森林、草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值為正值,城鎮(zhèn)和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值為負值,因此農(nóng)田、森林、草地生態(tài)系統(tǒng)用地向城鎮(zhèn)和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)用地轉(zhuǎn)化將導(dǎo)致整體生態(tài)儲存狀況惡化。具體原因如下：1)耕地大幅減少。首先,平魯區(qū)6°以上的坡耕地占全區(qū)耕地面積的74.5%[44],在積極推行生態(tài)退耕政策的背景下,大量坡耕地轉(zhuǎn)為林草地[32];同時嚴重的撂荒現(xiàn)象也導(dǎo)致耕地總量下降[45]。其次,城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴張也加速耕地減少。最后,露天開采引起地表劇烈擾動,造成耕地損毀。就研究區(qū)而言,1986—2013年間共有4668.59hm2耕地轉(zhuǎn)化為林地和草地;建設(shè)用地增長占用耕地面積達2297.86hm2,占2013年建設(shè)用地總面積的62.93%;采礦損毀耕地共計3746.82hm2。2)城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點顯著增長,主要受人口和社會經(jīng)濟發(fā)展的影響[46]。根據(jù)統(tǒng)計年鑒,平魯區(qū)總?cè)丝谟?000—2012年共增加17.7%,非農(nóng)人口則增長近2.5倍;2006—2012年間平魯區(qū)國民生產(chǎn)總值增長12.3倍。另外,平魯區(qū)大力推行新農(nóng)村建設(shè),促進農(nóng)村居民點面積增加;但農(nóng)村建設(shè)用地低效閑置狀況較為嚴重,農(nóng)村居民點用地布局分散,土地利用集約水平低[44]。1986年研究區(qū)農(nóng)村居民點占全區(qū)總面積的0.3%,到2013年增長至3.9%,增長13倍。3)損毀土地范圍逐年擴大。自1987年安太堡露天礦開工建設(shè)以來,露天采坑、排土場、剝離區(qū)、工業(yè)場地等損毀土地的面積持續(xù)增長,到2013年占研究區(qū)總面積的11.77%。1987—2000年間,露天開采以安太堡礦為主,損毀土地增幅4.1%;2000—2013年間安家?guī)X礦和東露天礦相繼投產(chǎn),三大露天礦同時開采,損毀土地增長迅速,增幅達7.67%。

[1]徐嘉興. 典型平原礦區(qū)土地生態(tài)演變及評價研究[D]. 徐州: 中國礦業(yè)大學(xué), 2013: 15- 16.

[2]閆旭騫, 王廣成. 礦區(qū)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論初探. 中國礦業(yè), 2003, 12(8): 22- 25.

[3]彭建, 蔣一軍, 吳健生, 劉松. 我國礦山開采的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及土地復(fù)墾典型技術(shù). 地理科學(xué)進展, 2005, 24(2): 38- 48.

[4]傅伯杰, 張立偉. 土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù): 概念、方法與進展. 地理科學(xué)進展, 2014, 33(4): 441- 446.

[5]楊永均, 張紹良, 侯湖平, 李效順. 煤炭開采的生態(tài)效應(yīng)及其地域分異. 中國土地科學(xué), 2015, 29(1): 55- 62.

[6]張麗萍, 張銳波, 倪含斌. 資源開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)演化的階段耦合性. 水土保持研究, 2007, 14(3): 384- 386.

[7]曹銀貴, 白中科, 劉澤民, 賀振偉. 安太堡露天礦區(qū)土地類型變化研究. 西北林學(xué)院學(xué)報, 2007, 22(2): 44- 48.

[8]張建軍. 礦業(yè)城市生態(tài)儲存對土地利用的響應(yīng)與平衡[D]. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 2010: 50- 51.

[9]李屹峰, 羅躍初, 劉綱, 歐陽志云, 鄭華. 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響——以密云水庫流域為例. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(3): 726- 736.

[10]Polasky S, Nelson E, Pennington D, Johnson K A. The impact of land-use change on ecosystem services, biodiversity and returns to landowners: a case study in the state of Minnesota. Environmental & Resource Economics, 2011, 48(2):219- 242.

[11]Nelson E, Sander H, Hawthorne P, Conte M, Ennaanay D, Wolny S, Manson S, Polasky S. Projecting global land-use change and its effect on ecosystem service provision and biodiversity with simple models. PLoS One, 2010, 5(12):e14327.

[12]Wardrop D H, Glasmeier A K, Peterson-Smith J, Eckles D, Ingram H, Brooks R P. Wetland ecosystem services and coupled socioeconomic benefits through conservation practices in the Appalachian Region. Ecological Applications, 2011, 21(Suppl.): S93-S115.

[13]安士凱, 李召龍, 胡志勝, 車申. 高潛水位礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變趨勢研究: 以淮南潘謝礦區(qū)為例. 中國礦業(yè), 2015, 24(1): 40- 44.

[14]張貞, 高金權(quán). 天津市土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)價值空間差異分析. 水土保持研究, 2013, 20(5): 193- 198.

[15]程琳, 李鋒, 鄧華鋒. 中國超大城市土地利用狀況及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動態(tài)演變. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(20): 6194- 6203.

[16]劉秀麗, 張勃, 張調(diào)風(fēng), 何旭強. 黃土高原土石山區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響—— 以寧武縣為例. 生態(tài)學(xué)雜志, 2013, 32(4): 1017- 1022.

[17]嚴恩萍, 林輝, 王廣興, 夏朝宗. 1990- 2011年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變及驅(qū)動力. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(20): 5962- 5973.

[18]黃云鳳, 崔勝輝, 石龍宇. 半城市化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對土地利用/覆被變化的響應(yīng)—— 以廈門市集美區(qū)為例. 地理科學(xué)進展, 2012, 31(5): 551- 560.

[19]石龍宇, 崔勝輝, 尹鍇, 劉江. 廈門市土地利用/覆被變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響. 地理學(xué)報, 2010, 65(6): 708- 714.

[20]黃青, 孫洪波, 王讓會, 張慧芝. 干旱區(qū)典型山地-綠洲-荒漠系統(tǒng)中綠洲土地利用/覆蓋變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響. 中國沙漠, 2007, 27(1): 76- 81.

[21]萬倫來, 王祎茉, 任雪萍. 安徽省廢棄礦區(qū)土地復(fù)墾的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能多情景模擬. 資源科學(xué), 2014, 36(11): 2299- 2306.

[22]Costanza R, D′Arge R, De Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Bimburg K, Naeem S, O′Neill R V, Paruelo J, Raskin R G, Sutton P, Van Den Belt M. The value of the world′s ecosystem services and natural capital. Nature, 1997, 387(6630): 253- 260.

[23]謝高地, 魯春霞, 冷允法, 鄭度, 李雙成. 青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估. 自然資源學(xué)報, 2003, 18(2): 189- 196.

[24]歐陽志云, 王效科, 苗鴻. 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟價值的初步研究. 生態(tài)學(xué)報, 1999, 19(5): 607- 613.

[25]何浩, 潘耀忠, 朱文泉, 劉旭攏, 張晴, 朱秀芳. 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測量. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2005, 16(6): 1122- 1127.

[26]趙永華, 張玲玲, 王曉峰. 陜西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估及時空差異. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(10): 2662- 2672.

[27]趙軍, 楊凱. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究進展. 生態(tài)學(xué)報, 2007, 27(1): 346- 356.

[28]Xiao Y, An K, Xie G D, Lu C X. Evaluation of ecosystem services proviced by 10 typical rice paddies in China. Journal of Resources and Ecology, 2011, 2(4): 328- 337.

[29]王兵, 魯紹偉. 中國經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2009, 20(2): 417- 425.

[30]白中科, 鄖文聚. 礦區(qū)土地復(fù)墾與復(fù)墾土地的再利用——以平朔礦區(qū)為例. 資源與產(chǎn)業(yè), 2008, 10(5): 32- 37.

[31]韓武波, 賈薇, 孫泰森. 基于3S的平朔礦區(qū)土地利用及景觀格局演變研究. 中國土地科學(xué), 2012, 26(4): 60- 65.

[32]陳思. 露井復(fù)域分布區(qū)土地利用格局演變及差異化管理對策[D]. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 2014: 17- 18.

[33]賀振偉, 白中科, 張召, 趙峰, 尹建平. 平朔礦區(qū)工業(yè)-生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實證. 資源與產(chǎn)業(yè), 2012, 14(5): 51- 56.

[34]Zhang J J, Fu M C, Tao J, Huang Y, Hassani F P, Bai Z K. Response of Ecological Storage and Conservation to Land Use Transformation: a Case Study of a Mining Town in China. Ecological Modelling, 2010, 221(10): 1427- 1439.

[35]白中科, 趙景逵, 李晉川, 王文英, 盧崇恩, 丁新啟, 柴書杰, 陳建軍. 大型露天煤礦生態(tài)系統(tǒng)受損研究——以平朔露天煤礦為例. 生態(tài)學(xué)報, 1999, 19(6): 870- 875.

[36]Jansen L J M, Di Gregorio A. Land-use data collection using the “l(fā)and cover classification system”: results from a case study in Kenya. Land Use Policy, 2003, 20(2): 131- 148.

[37]張耿杰. 平朔礦區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價值評估研究[D]. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 2009: 52- 53.

[38]謝高地, 肖玉, 甄霖, 魯春霞. 我國糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2005, 13(3): 10- 13.

[39]王行風(fēng), 汪云甲, 李永峰. 基于生命周期理論的煤礦區(qū)土地利用演化模擬. 地理研究, 2009, 28(2): 379- 390.

[40]王軍, 張亞男, 郭義強. 礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建. 地域研究與開發(fā), 2014, 33(6): 113- 116.

[41]白中科, 呂春娟,王金滿, 武雄, 徐能雄. 礦區(qū)巖土侵蝕控制及水資源利用. 北京:中國大地出版社, 2012.

[42]王金滿, 郭凌俐, 白中科, 楊睿璇, 張萌. 黃土區(qū)露天煤礦排土場復(fù)墾后土壤與植被的演變規(guī)律. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2013, 29(21): 223- 232.

[43]尹建平, 許進池, 尹雙飛. 平朔礦區(qū)生態(tài)重建及生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建. 露天采礦技術(shù), 2015(3): 71- 74.

[44]平魯區(qū)人民政府. 朔州市平魯區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006- 2020年). 朔州: 平魯區(qū)人民政府, 2005.

[45]包妮沙, 白中科, 葉寶瑩. 基于RS和Markov鏈的平朔礦區(qū)土地利用變化分析及預(yù)測 華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008, 42(4): 654- 658.

[46]周孝, 郭青霞, 白中科, 趙富才. 平朔露天礦區(qū)土地征用對搬遷農(nóng)民生活水平的影響分析. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006, 26(2): 210- 212.

Ecosystem evolution and ecological storage in outsize open-pit mining area

ZHANG Xiaoran1, BAI Zhongke1,2,*, CAO Yingui1,2, ZHAO Zhongqiu1,2, LU Yuanqing1, PAN Jian1

1SchoolofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China2KeyLabofLandConsolidation,MinistryofLandandResourceofthePeople′sRepublicofChina,Beijing100035,China

Open-pit mining area is an area greatly disturbed by human activities. Landscape change in this area, caused by large-scale exploitation of mineral resources, leads to differences in ecosystem evolution between mining area and the natural environment. The ecosystem in a mining area plays a significant role in the human society. Its healthy development contributes significantly to the sustainable economic development of the whole society. In order to better understand the ecosystem in a mining area and provide scientific basis for its management, it is necessary to analyze and evaluate evolution process. This paper analyzes the process of ecosystem evolution and calculates the ecological storage in the Pingshuo outsized open-it coalmine in Shanxi Province, China. The ecological storage model, which is based on the theory of ecosystem service value, comprises state evaluation, process evaluation and capability evaluation, and describes the ecological condition of study area with respect to the static state, changes and conversion direction. The land use information studied herein was extracted from remote sensing images made in 1986, 2000 and 2013. The results indicate the following: 1) The area of arable land and forestland decreases sharply, while urban and rural construction land and destruction land increase dramatically. 2) The evolutionnary process of ecosystem in the Pingshuo mining area can be divided into three stages: the origin stage, the destruction stage, and the reconstruction stage. The characteristics of land use in each stage are different as the diversity of landscape increases 3) The ecosystem types of the Pingshuo mining area include farmland, forest, grassland, urban, and industrial ecosystem. The conversions among these ecosystem types in the periods 1986—2000 and 2000—2013, caused by urban expansion, severe mining activities and land reclamation were very active; 4) The ecological storage state shows a trend of deterioration, the ecological storage process presents a reverse process, and the ecological storage capacity influenced by land reclamation and eco-engineering tends to be higher. In addition, of the image of the ecosystem evolution cycle has been mapped according to the development of mining industry. The image indicates that: the evolution of an ecosystem in open-pit mining area reflects the change in land use; the results of the ecological storage model are in relative accordance with the current conditions at the mining site; and timely and effective land reclamation and other eco-engineering practices can improve the ecological condition of a mining area. This paper presents the first systematic analysis of the evolutionary process of the ecosystem in the Pingshuo mining area relative to the change in land use, and employs for the first time the ecological storage model on the open-pit mine to evaluate the ecological condition of an outsized open-pit coalmine. The findings of this paper provide

for land reclamation and ecological restoration of outsize open-pit mining areas in China.

open-pit mining area; ecosystem evolution; ecological storage; ecosystem services value; land-use transformation

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(201411017); 2014年全國生態(tài)修復(fù)研究生論壇支持項目

2015- 01- 26; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 11- 30

Corresponding author.E-mail: baizk@cugb.edu.cn

10.5846/stxb201501260205

張笑然,白中科,曹銀貴,趙中秋,盧元清,潘健.特大型露天煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變及其生態(tài)儲存估算.生態(tài)學(xué)報,2016,36(16):5038- 5048.

Zhang X R, Bai Z K, Cao Y G, Zhao Z Q, Lu Y Q, Pan J.Ecosystem evolution and ecological storage in outsize open-pit mining area.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5038- 5048.