常德喜，程愛民，白鐵兵，焦永進(jìn)

(鄂爾多斯市華興能源有限責(zé)任公司唐家會(huì)煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

1 引言

土地利用變化是自然環(huán)境因子和其他人類生產(chǎn)活動(dòng)環(huán)境因子之間綜合相互作用的必然結(jié)果，是影響全球土地氣候變化的重要形成動(dòng)因，已發(fā)展成為當(dāng)前的科學(xué)研究發(fā)展熱點(diǎn)[1,2]。目前，土地利用動(dòng)態(tài)變化主要研究在于土地綜合利用與全球生態(tài)環(huán)境驅(qū)動(dòng)效應(yīng)關(guān)系分析[3,4]，驅(qū)動(dòng)效應(yīng)機(jī)制理論研究以及對(duì)當(dāng)前全球氣候變化及其效應(yīng)進(jìn)行分析等[5]。土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析方法主要存在以下幾種，包括采用傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、構(gòu)造地理參數(shù)法、土地資源利用遙感轉(zhuǎn)移法的矩陣演算法以及大型景觀建筑格局動(dòng)態(tài)特征圖的分析法[6]。本研究利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)唐家會(huì)煤礦進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，其方法不僅可以定量地準(zhǔn)確表明不同類型土地利用類型之間轉(zhuǎn)化變動(dòng)情況[7～9]，同時(shí)還可以定量揭示不同類型土地綜合利用轉(zhuǎn)移類型間的土地轉(zhuǎn)移變化速率，在我國(guó)土地綜合利用類型變化速率分析中非常具有重要指導(dǎo)作用，并可以得到較為廣泛的實(shí)際應(yīng)用[10]。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

唐家會(huì)煤礦位于庫(kù)布齊沙漠東邊緣，準(zhǔn)格爾旗東北方向，該煤田南北長(zhǎng)65 km，東西寬26 km，面積1700 km2，標(biāo)準(zhǔn)海拔高度分別為1356.87 m(最高)和195.57 m(最低)，平均海拔高度1250 m左右。礦區(qū)地屬大陸性干旱氣候，四季分明，地表受地表季節(jié)性徑流侵蝕影響較大。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

研究使用土地利用數(shù)據(jù)來源于2013、2015年Landsat 8 OLI的30 m×30 mRS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，利用NDVI進(jìn)行遙感解譯提取6中種土地利用類型，分別為水域、住宅用地、林地、草地、道路、裸地。運(yùn)用 Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，就是根據(jù)同一地區(qū)不同時(shí)相的土地覆蓋現(xiàn)狀的變化關(guān)系，求得一個(gè)二維矩陣，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和狀態(tài)進(jìn)行定量描述[11,12]，具體計(jì)算公式如下：

(1)

式(1)中：Pij為土地利用類型i轉(zhuǎn)換為土地利用類型j的轉(zhuǎn)換概率;Sij為土地利用類型i轉(zhuǎn)變?yōu)橥恋乩妙愋蚸的面積(km2)。

(2)

式(2)中：D為研究時(shí)段某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Aa為研究時(shí)期初某一土地利用類型的數(shù)量；Ab為研究期末某一土地利用類型的數(shù)量；T為設(shè)置研究時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，D值是該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化的主導(dǎo)過程

由表1、2可知，2013～2015年內(nèi)蒙古唐家會(huì)礦區(qū)土地利用面積總體變化不顯著。從唐家會(huì)礦區(qū)土地利用的年變化率可以看出，該區(qū)水域、道路和裸地的年變化率為正，分別為5.54%、4.75%、14.40%，表明這3種土地利用類型的面積都在增加。

表1 唐家會(huì)煤礦土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

住宅用地、林地和草地的年變化率均為負(fù)值，分別為-6.70%、-3.32%、-0.14%，說明這三類土地利用類型的面積呈下降趨勢(shì)。2013～2015年末，礦區(qū)水域、道路及周邊裸地覆蓋面積明顯增加，林地及周邊草地覆蓋面積未明顯減少，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，水土流失嚴(yán)重。

表2 唐家會(huì)煤礦土地利用轉(zhuǎn)換概率矩陣

3.2 土地利用變化率分析

表3和圖1表示唐家會(huì)煤礦2013～2015年各類土地利用類型變化狀況，由圖1整體可以看出從2013～2015年水域、住宅用地以及林地的面積發(fā)生下降而道路和空白裸地的面積發(fā)生下降，結(jié)合表3，礦區(qū)土地總面積并未發(fā)生變化，因此可以推斷礦區(qū)2013～2015年份的土地利用面積在發(fā)生良性轉(zhuǎn)換，且由住宅以及林草地向道路和空白裸地變化的趨勢(shì)(水域面積過小，未在圖中展示)。

結(jié)合表3和圖1可以看出，2013～2015年林地面積呈減少趨勢(shì)，面積由16.2846 km2降低至14.6619 km2，減少了1.6227 km2，其變化率為-3.32%；草地面積也是呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，面積由25.8966 km2降低到了24.8058 km2，比林地面積的變化率要小，其變化率為-0.14%，這是由于草地面積本底值較大，2013年礦區(qū)土地利用狀況占比為25.9%，雖下降幅度較小，但草地減少面積依然達(dá)到1.09 km2。因此可以看出無論是在煤礦開采過程中形成的大量松散廢土、煤矸石等固體廢物的堆積產(chǎn)生的土壤污染或者是在發(fā)生暴雨徑流時(shí)的泥沙沖刷，污染擴(kuò)散，強(qiáng)烈的人為活動(dòng)已經(jīng)對(duì)礦區(qū)環(huán)境產(chǎn)生了一定壓力，礦區(qū)的綠植面積已經(jīng)減少了2.7127 km2，如果不對(duì)礦區(qū)環(huán)境問題予以重視其結(jié)果必定是土地退化、生物生產(chǎn)量降低、可利用土地資源喪失及生態(tài)環(huán)境惡化，將會(huì)嚴(yán)重干擾人類的正常生活與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

表3 唐家會(huì)煤礦土地利用年變化率

雖然林地和草地之間的轉(zhuǎn)換率較高，分別為96.68%和99.86%，但是由于他們之間的相互轉(zhuǎn)換，使得該區(qū)域植被的覆蓋度發(fā)生變化，由表3可以看出植被覆蓋度的變化主要表現(xiàn)在裸地面積增加的幅度較大，其土地利用的年變化率為14.40%。住宅用地在2013～2015年的年變化率最大為-6.7%，大部分轉(zhuǎn)換成了裸地和道路，由此可以看出礦區(qū)對(duì)于生態(tài)環(huán)境存在保護(hù)意識(shí)，沒有一味的擴(kuò)張用地，但是道路增多的同時(shí)也使得礦區(qū)植被覆蓋度減少，增加了礦區(qū)生態(tài)保護(hù)的難度，因此如何將裸地合理資源化，逆轉(zhuǎn)換為綠植，是礦區(qū)下一步需要關(guān)注的要點(diǎn)。

圖1 唐家會(huì)煤礦土地利用變化狀況

此外礦區(qū)的水域面積發(fā)生了上升，雖然上升幅度較小，僅上升了5.54%，但由于唐家會(huì)煤礦屬于準(zhǔn)格爾煤田，為黃河流域的多沙粗沙產(chǎn)區(qū)、風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)區(qū)；自然條件十分惡劣：干旱少雨、植被稀疏、受風(fēng)沙危害影響巨大，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，其水域本底值較小，為防止生態(tài)環(huán)境由于風(fēng)蝕、水蝕進(jìn)一步惡化，因此保護(hù)水域，對(duì)于防止水土流失、土壤沙化，維護(hù)礦區(qū)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)合理資源化利用、可持續(xù)長(zhǎng)期發(fā)展具有很大意義。

4 結(jié)論

(1)2013～2015年間，唐家會(huì)礦區(qū)土地利用面積總體變化不顯著，該區(qū)道路和裸地的年變化率為正，分別為4.75%、14.40%；住宅用地、林地和草地的年變化率均為負(fù)值，分別為-6.70%、-3.32%、-0.14%。礦區(qū)水域、道路及周邊裸地覆蓋面積明顯增加，林地及周邊草地覆蓋面積未明顯減少，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，水土流失嚴(yán)重。

(2)植被覆蓋度的變化主要表現(xiàn)在裸地面積增加的幅度較大，其土地利用的年變化率為14.40%。住宅用地變化率為-6.7%，大部分轉(zhuǎn)換成了裸地和道路。礦區(qū)對(duì)于生態(tài)環(huán)境存在保護(hù)意識(shí)，但是存在土壤侵蝕與水土流失，增加了礦區(qū)生態(tài)保護(hù)的難度。

(3)由于研究區(qū)地處多沙粗沙產(chǎn)區(qū)、風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)區(qū)，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，因此對(duì)于水域的保護(hù)對(duì)于防止風(fēng)蝕、水蝕，維護(hù)礦區(qū)環(huán)境具有很大意義。礦區(qū)2013～2015年水域面積增加0.0675 km2，土地利用年變化率為5.54%。