韓 琳，李永峰，巫長(zhǎng)悅，韓斐雪

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

目前，我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以傳統(tǒng)化石能源為主，煤炭消費(fèi)量居高不下，且短期內(nèi)煤礦依然會(huì)維持高強(qiáng)度開采現(xiàn)狀。內(nèi)蒙古東部地區(qū)地下埋藏著超過1 500億t褐煤，是我國(guó)煤炭主產(chǎn)區(qū)和主要輸出區(qū)[1]。受煤田埋深位置、地層構(gòu)造、儲(chǔ)存條件等影響，蒙東地區(qū)煤炭資源以露天開采為主，生產(chǎn)率高且成本低，但開采過程中會(huì)占用大量土地資源，破壞地形地貌，造成大氣污染、水土流失等一系列生態(tài)環(huán)境問題。財(cái)政部自然資源和生態(tài)環(huán)境司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，為響應(yīng)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展要求，“十三五”期間中央財(cái)政累計(jì)安排生態(tài)保護(hù)修復(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)移支付資金8 770億元，投入大量人力、物力、財(cái)力推進(jìn)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)，目前已初見成效。因此，通過監(jiān)測(cè)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化，對(duì)已開展生態(tài)修復(fù)的礦山進(jìn)行成果評(píng)估，有助于具有針對(duì)性地制定下一步修復(fù)計(jì)劃。

20世紀(jì)90年代，我國(guó)開始進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估工作，主要通過碳足跡和生態(tài)足跡分析生態(tài)承載力狀況，間接反映其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[2]。2006年，原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 192—2006)，正式將生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)作為生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。徐涵秋[3]基于EI指數(shù)提出了遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)，利用遙感影像更直觀地對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行可視化分析。寶日希勒露天礦作為典型的蒙東草原露天礦，自1998年9月開工建設(shè)，2010年完成擴(kuò)建并開展治理礦山生態(tài)環(huán)境工作，生產(chǎn)能力30 Mt/a。本文利用該礦區(qū)多時(shí)相Landsat系列遙感數(shù)據(jù)，通過分析礦區(qū)開采前、開采中、開采后不同階段的RSEI值，反映礦山建設(shè)和生態(tài)修復(fù)過程中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空分異情況，對(duì)已進(jìn)行的生態(tài)修復(fù)工作效果開展評(píng)估，明確下一步生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，助推綠色礦山建設(shè)。

1 研究區(qū)概況

寶日希勒露天礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市陳巴爾虎旗境內(nèi)，東經(jīng)119°41′56″～119°49′23″，北緯49°20′24″～49°27′31″，東南距寶日希勒鎮(zhèn)10.5 km，南距呼倫貝爾市海拉爾區(qū)20 km。礦區(qū)屬亞寒帶大陸性季風(fēng)氣候，降水量315 mm/a，蒸發(fā)量1 344.8 mm/a。礦區(qū)地勢(shì)東北高西南低，海拔標(biāo)高在667～684 m之間，礦區(qū)內(nèi)地形起伏平緩[4]。截至2016年底，礦區(qū)內(nèi)因煤炭開采占用和破壞的土地總面積為2 243.36 hm2，排放礦坑水超過2 617.75萬t/a和固體廢棄物19 011.1萬t[5]，連續(xù)高強(qiáng)度的資源開采對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文選取寶日希勒露天礦區(qū)1996年6月30日、1996年7月16日、1996年9月2日的Landsat 5遙感影像，2010年7月23日、2010年8月24日、2010年9月9日、2019年7月16日、2019年8月1日、2019年9月18日的Landsat 8遙感影像，影像資料均來自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)官網(wǎng)。所選取影像空間分辨率為30 m，行列號(hào)123/026，云量較少，畫質(zhì)清晰且成像時(shí)間均處于植被生長(zhǎng)期，適宜計(jì)算遙感生態(tài)指數(shù)。對(duì)所選取的遙感影像預(yù)處理包括輻射定標(biāo)、大氣校正和地理配準(zhǔn)等，對(duì)所選取的遙感影像進(jìn)行分析運(yùn)算后，取該年植被生長(zhǎng)季均值代表當(dāng)年的生態(tài)環(huán)境水平，盡可能減少由于數(shù)據(jù)選取造成的誤差。

2.2 遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)模型

遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)是基于遙感技術(shù)提出的一種以自然因素為驅(qū)動(dòng)快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的指標(biāo)。RSEI指數(shù)耦合了植被指數(shù)、濕度分量、地表溫度和裸土指數(shù)4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)該區(qū)域的綠度、濕度、熱度和干度4大生態(tài)要素，能夠直觀且全面地反映該區(qū)域生態(tài)條件的優(yōu)劣，表達(dá)式見式(1)[3]。

RSEI=f(NDVI，NDBSI，WET，LST)

(1)

式中：NDVI為歸一化植被指數(shù)；NDBSI為干度指數(shù)；WET為濕度指數(shù)；LST為熱度指數(shù)。

2.2.1 綠度指數(shù)

本文用NDVI指數(shù)作為衡量區(qū)域植被密度和覆蓋度的重要指標(biāo)來表征綠度指數(shù)，表達(dá)式見式(2)[3]。

(2)

式中，ρNir和ρRed分別為L(zhǎng)andsat 5和Landsat 8的近紅外波段和紅光波段。

2.2.2 干度指數(shù)

礦區(qū)NDBSI指數(shù)由裸土指數(shù)(SI)和建筑指數(shù)(IBI)構(gòu)成，表達(dá)式見式(3)～式(5)[3]。

(3)

(4)

(5)

式中，ρBlue、ρGreen、ρSwir1分別為L(zhǎng)andsat 5和Landsat 8的藍(lán)光波段、綠光波段、紅光波段以及中紅外波段1。

2.2.3 濕度指數(shù)

本文用纓帽變換所得的濕度分量表征WET指數(shù)，Landsat 5 TM影像和Landsat 8 OLI影像濕度分量的計(jì)算參數(shù)有所不同，分別見式(6)和式(7)[6]。

WET=0.031 5ρBlue+0.202 1ρGreen+0.310 2ρRed+

0.159 4ρNir-0.680 6ρSwir1-0.610 9ρSwir2

(6)

WET=0.151 1ρBlue+0.197 3ρGreen+0.328 3ρRed+

0.340 7ρNir-0.711 7ρSwir1-0.455 9ρSwir2

(7)

式中，ρSwir2為L(zhǎng)andsat 5和Landsat 8中的中紅外波段2。

2.2.4 熱度指數(shù)

本文采用大氣校正法反演地表溫度用以表征LST指數(shù)，表達(dá)式見式(8)～式(10)。

(8)

P(TS)=[Lγ-L↑-τ(1-ε)L↓]/τε

(9)

Lγ=[εP(TS)+(1-ε)L↓]τ+L↑

(10)

式中：LST為地表真實(shí)溫度，℃；K1、K2為定標(biāo)參數(shù)；P(TS)為黑體熱輻射亮度；Lγ為熱紅外輻射亮度值；ε為地表比輻射率；τ為大氣在熱紅外波段的透過率；L↑為大氣向上輻射亮度；L↓為大氣向下輻射亮度。

2.3 RSEI綜合指標(biāo)構(gòu)建

本文采用主成分分析法將分量指標(biāo)降維處理，并耦合構(gòu)建RSEI綜合指標(biāo)用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分異性分析。根據(jù)主成分分析的原則，特征值累計(jì)貢獻(xiàn)度達(dá)85%以上的視為有效數(shù)據(jù)，本文僅選取第一主成分不能包含全部有效信息，因此，采用第一主成分和第二主成分結(jié)合的方式綜合有效信息，計(jì)算初始生態(tài)指數(shù)RSEI0。為使RSEI0能夠最大程度反映該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，可用1減去計(jì)算出的PC1綜合值和PC2綜合值，計(jì)算表達(dá)式見式(11)[7]。

RSEI0=1-

{M×PC1[f(NDVI,NDBSI,WET,LST)]+

N×PC2[f(NDVI,NDBSI,WET,LST)]}

(11)

為便于指標(biāo)度量、比較以及可視化處理，需要對(duì)RSEI0進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見式(12)。

(12)

式中：RSEImax為區(qū)域初始生態(tài)指數(shù)的最大值；RSEImin為區(qū)域初始生態(tài)指數(shù)的最小值。經(jīng)過處理的RSEI值介于[0，1]之間，RSEI值越大代表該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越優(yōu)。

3 結(jié)果分析

按照上述方法可計(jì)算寶日希勒露天礦區(qū)的綠度、干度、濕度和熱度各分量指標(biāo)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以及主成分分析，得到1996—2019年各分量指標(biāo)(表1)以及RSEI影像，并逐一對(duì)其進(jìn)行時(shí)空變化分析，綜合反映礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化和已修復(fù)區(qū)域的生態(tài)修復(fù)效果。

表1 寶日希勒露天礦區(qū)各分量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table 1 Sub-indexes statistics of Baorixile Open-pit Mining Area

3.1 綠度指標(biāo)時(shí)空變化特征分析

本文通過礦區(qū)NDVI指數(shù)的變化情況反映綠度指標(biāo)的變化(表1)。1996—2019年期間，礦區(qū)NDVI指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，從0.582 07減低至0.413 72，說明礦區(qū)范圍內(nèi)植被退化情況嚴(yán)重，即便在雨水充沛的夏季植被指數(shù)也相對(duì)較低。

圖1為寶日希勒露天礦區(qū)NDVI指數(shù)時(shí)空分布圖。由圖1可知，1996年和2019年礦區(qū)內(nèi)NDVI指數(shù)都呈現(xiàn)西北方向較低、東北方向較高的時(shí)空分布，且離礦坑越近，NDVI指數(shù)下降越明顯，植被覆蓋度越低。隨著開采工作不斷推進(jìn)，露天礦采坑位置隨之不斷變動(dòng)，礦坑中心位置從西到東平移2.6 km，采坑面積不斷擴(kuò)大，由7.029 km2增至11.262 km2。按照《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 651—2013)的要求，需要及時(shí)對(duì)采礦活動(dòng)造成的土壤、植被和景觀破壞進(jìn)行治理，以恢復(fù)其原有的生態(tài)功能。寶日希勒露天礦區(qū)已開展生態(tài)修復(fù)工作近10年，開采過后的礦坑位置已基本完成回填覆土和綠化，現(xiàn)作為礦區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)。隨著對(duì)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作的推進(jìn)，該區(qū)域整體NDVI指數(shù)平穩(wěn)上升，從0.14升至0.42。距離礦坑較遠(yuǎn)的對(duì)照組，NDVI指數(shù)基本維持在0.57～0.58之間，較為穩(wěn)定，較礦區(qū)范圍內(nèi)整體水平略優(yōu)。由此可知，經(jīng)過人工干預(yù)和修復(fù)治理，礦坑位置的NDVI指數(shù)已有明顯改善，基本恢復(fù)至該區(qū)域的平均水平，但仍低于該區(qū)域未開采前和對(duì)照區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。

圖1 寶日希勒露天礦區(qū)NDVI指數(shù)時(shí)空分布圖Fig.1 Spatial distribution map of NDVI index in Baorixile Open-pit Mining Area

3.2 干度指數(shù)時(shí)空變化特征分析

本文用裸土指數(shù)(SI)和建筑指數(shù)(IBI)綜合形成的NDBSI指數(shù)反映區(qū)域土地干燥程度，NDBSI指數(shù)越大表示土地植被覆蓋率越低或已遭受損毀，地表裸露范圍越大，NDBSI指數(shù)一般在[-1，1]之間波動(dòng)。由表1可知，礦區(qū)內(nèi)平均NDBSI指數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)，1996—2019年期間，NDBSI指數(shù)從-0.012 61增加至0.039 66，地表裸露或土地?fù)p毀的范圍不斷擴(kuò)大。

圖2為寶日希勒露天礦區(qū)NDBSI指數(shù)時(shí)空分布。由圖2可知，NDBSI指數(shù)總體呈現(xiàn)西北地區(qū)高、東部地區(qū)低的時(shí)空分布特征，離礦坑位置越遠(yuǎn)的區(qū)域NDBSI指數(shù)越低，表明該區(qū)域植被覆蓋情況較好，人為開發(fā)利用的痕跡和造成的土地?fù)p毀也越少。經(jīng)過礦區(qū)的環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)，已經(jīng)基本完成開采工作的采區(qū)所形成的礦坑，恢復(fù)成為內(nèi)排土場(chǎng)，其NDBSI指數(shù)有所下降，從0.090 31減少至0.011 74，低于2019年礦區(qū)整體范圍內(nèi)的平均水平。這表明隨著生態(tài)修復(fù)工作的推進(jìn)，已經(jīng)進(jìn)行恢復(fù)治理區(qū)域土壤的干燥程度下降，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)步提升，已初步完成生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)，但仍未恢復(fù)至未開采前的自然狀態(tài)。

圖2 寶日希勒露天礦區(qū)NDBSI指數(shù)時(shí)空分布圖Fig.2 Spatial distribution of NDBSI index in Baorixile Open-pit Mining Area

3.3 濕度指數(shù)時(shí)空變化特征

WET指數(shù)關(guān)系著地表植被生長(zhǎng)所需水分能否正常供應(yīng)[8]。本文采用遙感圖像纓帽變換所得的濕度分量WET指數(shù)作為反映土壤濕度的指標(biāo)，其數(shù)值在[-1，1]之間波動(dòng)。寶日希勒露天礦區(qū)地處干旱半干旱地區(qū)，因此水是影響區(qū)域地表植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，土壤的濕度分量WET指數(shù)越高，能為植被正常生長(zhǎng)提供的水分和養(yǎng)分也就也越充足，植被的長(zhǎng)勢(shì)就相對(duì)更好。由表1可知，1996—2019年期間，礦區(qū)整體平均WET指數(shù)輕微震蕩，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，整體波動(dòng)不大，維持-0.17～-0.12之間。WET指數(shù)與區(qū)域降水量密切相關(guān)，1996年、2010年以及2019年陳巴爾虎旗夏季平均降水量分別為340.0 mm、130.0 mm和361.5 mm[9]，與WET指數(shù)呈現(xiàn)同樣的變化趨勢(shì)。

圖3為寶日希勒露天礦區(qū)WET指數(shù)時(shí)空分布圖。由圖3可知，離礦坑位置越遠(yuǎn)，WET指數(shù)越高，代表該地區(qū)土壤水分含量高，有利于植被生長(zhǎng)。2010年礦坑位置平均WET指數(shù)約為-0.161，屬于較低水平，2019年增長(zhǎng)至-0.102 162，高于該時(shí)期區(qū)域平均值和1996年未開采時(shí)該區(qū)域的平均濕度指數(shù)，所選取對(duì)照區(qū)WET指數(shù)同樣呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，已恢復(fù)成內(nèi)排土場(chǎng)的區(qū)域WET指數(shù)高于對(duì)照區(qū)，由此可以看出，經(jīng)過生態(tài)修復(fù)，礦區(qū)整體土壤含水量增高，且內(nèi)排土場(chǎng)作為重點(diǎn)修復(fù)對(duì)象，WET指數(shù)已經(jīng)恢復(fù)至本地生態(tài)狀況，適合礦區(qū)植被生長(zhǎng)發(fā)育，修復(fù)效果較好。

圖3 寶日希勒露天礦區(qū)WET指數(shù)時(shí)空分布圖Fig.3 Spatial distribution of WET index in Baorixile Open-pit Mining Area

3.4 熱度指數(shù)時(shí)空變化特征

本文采用遙感影像地表溫度反演所得的實(shí)際地表溫度表示該區(qū)域的LST指數(shù)，LST指數(shù)值越高，表示地表溫度越高，在較大程度上影響區(qū)域內(nèi)動(dòng)植物正常生存和繁育。由表1可知，1996—2019年期間，寶日希勒露天礦區(qū)夏季平均地表溫度呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，1996年地表溫度約為29.18 ℃，2010年升高至31.38 ℃，2019年又降至30.32 ℃，與該區(qū)域夏季降水呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。研究表明，LST指數(shù)與NDVI指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，由于地面在裸露的狀態(tài)下，吸收太陽輻射的能力增強(qiáng)，地表溫度相對(duì)較高；植被的熱輻射能力小于裸露的地面和建筑表面，地面植被生長(zhǎng)越茂盛，地表溫度的降低越明顯[10]。由此可見，該區(qū)域經(jīng)過生態(tài)修復(fù)，地表溫度下降，更適合動(dòng)植物生存，利于生態(tài)系統(tǒng)正向演替。

圖4為寶日希勒露天礦區(qū)LST指數(shù)時(shí)空分布圖。由圖4可知，2019—2010年開采的礦坑區(qū)域平均地表溫度由33.03 ℃降低至28.89 ℃，低于1996年未開采時(shí)的地表平均溫度。離礦坑較遠(yuǎn)的對(duì)照區(qū)，平均地表溫度也呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，由26.57 ℃升高至31.30 ℃后又降至29.00 ℃，礦坑接近區(qū)域平均值。從地表溫度的變化趨勢(shì)可以看出，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的生態(tài)環(huán)境治理和修復(fù)工作，原礦坑位置的植被生長(zhǎng)環(huán)境得到改善，生態(tài)修復(fù)效果明顯。

圖4 寶日希勒露天礦區(qū)LST指數(shù)時(shí)空分布圖Fig.4 Spatial distribution of LST index in Baorixile Open-pit Mining Area

3.5 遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)時(shí)空變化特征

對(duì)NDVI指數(shù)、WET指數(shù)、NDSI指數(shù)、LST指數(shù)進(jìn)行主成分分析并計(jì)算礦區(qū)RSEI指數(shù)，具體結(jié)果見表2。由表2可知，各年份PC1的主成分貢獻(xiàn)度均小于70%，PC1和PC2的累計(jì)貢獻(xiàn)度均大于85%，說明只選取PC1確實(shí)難以包含全部所需信息，必須將貢獻(xiàn)率作為權(quán)重計(jì)算PC1和PC2構(gòu)建綜合指標(biāo)初始RSEI0，才能更好地反映該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況。

表2 各分量指標(biāo)主成分分析結(jié)果Table 2 Principal component analysis results of sub-indexes

4個(gè)分量指標(biāo)的主成分載荷結(jié)果見表3。由表3可知，WET指數(shù)和NDVI指數(shù)均呈現(xiàn)正值，說明綠度和濕度在生態(tài)環(huán)境影響中起正面促進(jìn)作用，而NDBSI指數(shù)和LST指數(shù)均為負(fù)值，說明其在生態(tài)環(huán)境影響中起反向抑制作用。同時(shí)，可以看出WET指數(shù)和NDVI指數(shù)的總體主成分載荷較高，且NDVI指數(shù)的載荷高于WET指數(shù)，也就是說NDVI指數(shù)對(duì)RSEI指數(shù)的貢獻(xiàn)最高，影響最大，WET指數(shù)次之。在負(fù)向指標(biāo)中LST指數(shù)的載荷高于NDBSI指數(shù)，也就是說LST指數(shù)對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響更顯著。由此可知，可以通過提高植被覆蓋度增大土壤濕度，從而降低地表溫度，提升區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

對(duì)主成分結(jié)果進(jìn)行分析和計(jì)算得到初始?jí)哼b感生態(tài)指數(shù)RSEI0，通過計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)化處理得到寶日希勒露天礦區(qū)1996年、2010年、2019年開采前、開采中、修復(fù)后的RSEI指數(shù)影像(圖5)。由圖5可知，礦坑所在位置RSEI指數(shù)平均值在整體中處于最低水平，隨著離礦坑位置越來越遠(yuǎn)，RSEI指數(shù)平均值隨之升高，說明受開采影響越小，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好，礦區(qū)RSEI指數(shù)平均值見表3。

圖5 寶日希勒露天礦區(qū)RSEI指數(shù)時(shí)空分布圖Fig.5 Spatial distribution of RSEI index in Baorixile Open-pit Mining Area

由表3可知，寶日希勒露天礦區(qū)內(nèi)RSEI指數(shù)平均值整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。1996—2010年，RSEI指數(shù)平均值由0.848 60下降至0.557 51，下降幅度明顯，主要由于此時(shí)礦區(qū)正處于建設(shè)期和達(dá)產(chǎn)期，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境破壞和擾動(dòng)較大，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量下降明顯；2019年RSEI指數(shù)平均值下降至0.532 74，整體下降幅度較小，主要是由于此時(shí)隨著生態(tài)修復(fù)工作穩(wěn)步推進(jìn)，礦區(qū)更重視對(duì)存在的生態(tài)環(huán)境污染和破壞進(jìn)行綜合整治，礦區(qū)內(nèi)部及周邊生態(tài)環(huán)境有所改善，尤其是內(nèi)排土場(chǎng)區(qū)域，作為原礦坑所在地，經(jīng)過修復(fù)和治理，該區(qū)域由裸露的礦坑變?yōu)橛兄脖桓采w的地表，通過計(jì)算可知，RSEI指數(shù)平均值也有明顯變化，從0.326 918增長(zhǎng)至0.492 416。同時(shí)，將礦區(qū)內(nèi)未開采區(qū)域作為對(duì)照區(qū)查看其RSEI平均值變化，1996年、2010年和2019年對(duì)照區(qū)的RSEI指數(shù)平均值計(jì)算結(jié)果分別為0.630 29，0.604 60和0.614 70，說明對(duì)照區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體變化較小，并且優(yōu)于礦坑采區(qū)以及內(nèi)排土場(chǎng)。由此可知，雖然針對(duì)已開采區(qū)域的生態(tài)修復(fù)工作已經(jīng)取得一定成效，但由于礦坑開采面積逐年擴(kuò)大，且開采對(duì)于周邊環(huán)境的影響范圍與采坑面積呈正相關(guān)，影響范圍也逐年擴(kuò)大，所以整體上RSEI指數(shù)仍呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，需要繼續(xù)對(duì)已經(jīng)破壞的區(qū)域進(jìn)行修復(fù)直至生態(tài)環(huán)境恢復(fù)至未開采時(shí)水平。

表3 主成分載荷值及RSEI指數(shù)Table 3 Principal component load value and RSEI index

為更直觀地觀察生態(tài)環(huán)境的變化情況，將礦區(qū)各年份RSEI指數(shù)按照0.2的間隔分成5個(gè)等級(jí)(表4)[11]，分別統(tǒng)計(jì)面積。寶日希勒露天礦區(qū)總面積50.700 6 km2，生態(tài)環(huán)境各等級(jí)面積的分布以及在總面積占比見表5。

表4 RSEI指數(shù)分級(jí)Table 4 Classification of RSEI index

表5 寶日希勒露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境分級(jí)面積統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of ecological environment classification area in Baorixile Open-pit Mining Area

1996年生態(tài)環(huán)境中等以下(1～3級(jí))面積占礦區(qū)總面積的58.50%，生態(tài)環(huán)境較優(yōu)以上(4～5級(jí))的面積占礦區(qū)總面積的41.50%，其中，礦區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境為中等級(jí)別(3級(jí))的面積占比最高，達(dá)54.99%；較優(yōu)級(jí)別(4級(jí))的次之，占比達(dá)41.21%，總體生態(tài)環(huán)境狀況較好。2010年礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況較優(yōu)以上級(jí)別(4～5級(jí))的面積占礦區(qū)總面積的80.51%，中等以下(1～3級(jí))面積占礦區(qū)總面積的19.49%，其中，生態(tài)環(huán)境差及較差等級(jí)的面積占礦區(qū)總面積的13.69%，是1996年生態(tài)環(huán)境差及較差等級(jí)面積的3.9倍。該時(shí)間段內(nèi)礦區(qū)內(nèi)部生態(tài)環(huán)境較優(yōu)等級(jí)的土地增多，但整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量卻有所下降，主要由于礦坑面積擴(kuò)大導(dǎo)致周邊生態(tài)環(huán)境等級(jí)下降。2019年礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況中等以下(1～3級(jí))面積占礦區(qū)總面積的32.31%，生態(tài)環(huán)境較優(yōu)以上(4～5級(jí))的面積占礦區(qū)總面積的67.69%，其中，生態(tài)環(huán)境優(yōu)(5級(jí))的面積為1996年生態(tài)環(huán)境優(yōu)(5級(jí))面積的137.3倍，主要集中在離礦坑較遠(yuǎn)的礦區(qū)外圍。2019年生態(tài)環(huán)境差及較差狀態(tài)的面積占礦區(qū)總面積的22.15%，比1996年和2010年有所增加。這表明，雖然在已經(jīng)進(jìn)行針對(duì)性修復(fù)的區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況有大幅提升，但礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境仍舊需要進(jìn)行持續(xù)治理，直至恢復(fù)生態(tài)本底水平。

4 結(jié) 論

基于多時(shí)相Landsat遙感影像和RSEI指數(shù)對(duì)寶日希勒露天礦區(qū)不同建設(shè)階段的生態(tài)修復(fù)效果以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，得到結(jié)論如下所述。

1)遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)效果評(píng)估和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，可以較好反映礦區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的變化情況。從RSEI指數(shù)各分量指標(biāo)以及綜合指標(biāo)的空間分布來看，由于礦區(qū)內(nèi)礦坑面積不斷擴(kuò)大，裸土面積增多，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)生態(tài)質(zhì)量差的土地面積增加；礦區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境等級(jí)較差的區(qū)域主要集中于正在開采煤炭資源的礦坑，周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境則是區(qū)域逐漸變好良性發(fā)展，尤其是已經(jīng)進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的內(nèi)排土場(chǎng)，生態(tài)環(huán)境狀況已經(jīng)達(dá)到未開采前的水平，生態(tài)修復(fù)效果良好。由于變好的區(qū)域面積略少于變壞的區(qū)域面積，目前礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境還未達(dá)到未開采前的水平，還需要持續(xù)的生態(tài)修復(fù)工作，尤其是需要針對(duì)正在進(jìn)行資源開采的區(qū)域，通過研究“采-排-復(fù)”一體化技術(shù)[12]，實(shí)現(xiàn)邊開采邊修復(fù)，在最大程度上保護(hù)礦區(qū)及周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展。

2)地方政府和礦區(qū)開發(fā)企業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視程度和經(jīng)費(fèi)投入是生態(tài)修復(fù)區(qū)生態(tài)環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)的主要原因。未來的煤炭資源開采過程中，礦區(qū)應(yīng)當(dāng)持續(xù)秉承對(duì)生態(tài)環(huán)境修復(fù)當(dāng)?shù)刂匾晳B(tài)度，加強(qiáng)礦區(qū)開采后的生態(tài)修復(fù)，尤其是針對(duì)性地對(duì)礦坑及周邊區(qū)域進(jìn)行綜合修復(fù)和治理，努力實(shí)踐“既要金山銀山，也要綠水青山”的綠色發(fā)展思想。