內(nèi)蒙古草原礦區(qū)土地退化特征

白淑英，吳　奇，沈渭?jí)郏詈|，朱倩文

(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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內(nèi)蒙古草原礦區(qū)土地退化特征

白淑英1，吳奇1，沈渭?jí)?，李海東2，朱倩文1

(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：隨著內(nèi)蒙古地區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)力度的加強(qiáng)，生態(tài)脆弱的草原地區(qū)出現(xiàn)的各種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)。選擇內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦、準(zhǔn)格爾煤礦、達(dá)茂旗螢石礦和蘇莫查干螢石礦4個(gè)礦區(qū)作為典型研究區(qū)，利用遙感和GIS技術(shù)，選擇土地毀損、植被破壞和土壤侵蝕等方面的指標(biāo)，研究?jī)?nèi)蒙古礦區(qū)20多年來(lái)的土地退化特征。結(jié)果表明，礦區(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中道路建設(shè)對(duì)植被的破壞比較明顯；被毀損的土地類型主要來(lái)源于草地；NDVI、植被覆蓋度、生物量和生物豐度等指標(biāo)在礦區(qū)500 m范圍內(nèi)的值遠(yuǎn)小于其他范圍；土壤侵蝕呈由輕度向中度發(fā)展的趨勢(shì)；所有指標(biāo)都反映出距礦區(qū)越近土地退化越嚴(yán)重的特征。

關(guān)鍵詞：內(nèi)蒙古草原；礦區(qū)；土地退化；生態(tài)環(huán)境

內(nèi)蒙古地區(qū)既是國(guó)家重要的生態(tài)安全保障區(qū)域,又是重要的礦產(chǎn)、能源供應(yīng)基地,承擔(dān)著保障全國(guó)“生態(tài)安全”與“能源安全”的雙重角色[1]。內(nèi)蒙古地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,生態(tài)環(huán)境脆弱敏感。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,土地退化和資源過(guò)度利用造成生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。長(zhǎng)期以來(lái),面對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境的整治,雖然局部地區(qū)確有改善,但總體仍在惡化[2]。幾百年前,內(nèi)蒙古西部原本是良好的牧場(chǎng),而今已成為荒漠戈壁灘。錫盟正蘭旗境內(nèi)元代上都和伊盟烏審旗境內(nèi)赫連勃勃的流萬(wàn)城曾是歷史上政治經(jīng)濟(jì)文化中心。當(dāng)時(shí)湖泊密布,牧草繁盛,而今湖泊干涸,草場(chǎng)萎縮[3]。

近年來(lái),伴隨著大規(guī)模礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的工業(yè)化進(jìn)程,環(huán)境污染[4-7]、生態(tài)破壞[8-9]和地質(zhì)災(zāi)害等一系列問(wèn)題日趨尖銳[10-12],主要表現(xiàn)為礦區(qū)周邊土地荒漠化面積不斷擴(kuò)大、水土流失日益嚴(yán)重[13]、土地生產(chǎn)力衰減和植被生物量下降等土地退化問(wèn)題[14],還存在地表徑流量減少、湖泊縮小、湖水咸化和地下水位下降等現(xiàn)象[15]。內(nèi)蒙古草原作為內(nèi)陸的生態(tài)安全屏障,其生態(tài)環(huán)境的破壞已對(duì)內(nèi)陸地區(qū)的生態(tài)安全構(gòu)成威脅。最近發(fā)生過(guò)多起嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件。內(nèi)蒙古中部的錫林郭勒草原上的小煤窯屢禁不止,數(shù)量驚人;錫林浩特市由前幾年的“黃色沙塵暴”現(xiàn)已演變?yōu)椤昂谏硥m暴”[16];內(nèi)蒙古最大的淡水湖——呼倫湖環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,由于大規(guī)模煤炭資源開(kāi)發(fā),水環(huán)境質(zhì)量急劇下降等[17]。內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原遍布上千沉陷坑,無(wú)序采礦導(dǎo)致生態(tài)遭受?chē)?yán)重破壞[18]。騰格里工業(yè)園區(qū)工業(yè)廢水通過(guò)地下滲透已經(jīng)影響到當(dāng)?shù)氐牡叵嘛嬘盟?并對(duì)黃河水的水質(zhì)安全造成嚴(yán)重威脅[19]。

針對(duì)礦區(qū)開(kāi)發(fā)面臨的生態(tài)環(huán)境威脅和風(fēng)險(xiǎn),筆者研究了內(nèi)蒙古礦區(qū)土地退化特征,為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境管理提供依據(jù),并對(duì)我國(guó)西部生態(tài)敏感區(qū)的礦產(chǎn)資源合理開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1研究?jī)?nèi)容及研究區(qū)概況

以生態(tài)脆弱的內(nèi)蒙古西部大型露天開(kāi)采礦區(qū)為研究區(qū),包括白云鄂博鐵礦、準(zhǔn)格爾煤礦、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗(以下簡(jiǎn)稱達(dá)茂旗)螢石礦和蘇莫查干螢石礦4個(gè)典型礦區(qū)。選取開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)、工礦建設(shè)用地和道路壓占等為土地毀損指標(biāo);選取土地利用類型占用面積、植被覆蓋度、生物豐度和生物量等為植被破壞指標(biāo);選取風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕等為土壤侵蝕指標(biāo)。調(diào)查并分析內(nèi)蒙古草原地區(qū)典型礦區(qū)不同距離范圍內(nèi)的土地退化特征。

內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭市以北約150 km處的達(dá)茂旗大草原,是一座大型鐵、稀土和鈮等多種金屬共生礦床。該區(qū)域年平均降水量為248.5 mm,年均蒸發(fā)量為2 600 mm。內(nèi)蒙古達(dá)茂旗礦區(qū)位于內(nèi)蒙古西部,陰山北麓。該區(qū)域年平均降水量為220 mm,年均蒸發(fā)量為2 200～2 800 mm,降水量少,蒸發(fā)量大,土壤缺水,空氣干燥,植物生理性缺水嚴(yán)重。內(nèi)蒙古蘇莫查干螢石礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)四子王旗,距旗政府所在地烏蘭花鎮(zhèn)約210 km,是超大型螢石礦床,也是我國(guó)北方螢石的主要產(chǎn)地。該區(qū)域年最大降水量為180.4 mm,年蒸發(fā)量為2 483.10 mm,植被極其稀少。內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾高嶺土礦區(qū)屬于黃土高原和庫(kù)布齊沙漠的交界地帶。該礦區(qū)所在地沙圪堵鎮(zhèn)屬于溫帶大陸性氣候區(qū),年平均降水量為401.6 mm,年平均蒸發(fā)量為2 029 mm。前3個(gè)礦區(qū)植被類型屬荒漠草原,準(zhǔn)格爾礦區(qū)植被類型以雜類草草甸草原、灌木林和農(nóng)田為主。各礦區(qū)及緩沖區(qū)面積見(jiàn)表1。

表1各礦區(qū)及緩沖區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

Table 1Statistics in area of the mining areas and their buffers

礦區(qū)名稱礦區(qū)面積/km2不同距離緩沖區(qū)面積/km2500m1000m2000m5000m8000m合計(jì)白云鄂博礦區(qū)97.0132.9732.8864.77215.29266.74918.21準(zhǔn)格爾礦區(qū)41.8021.6321.9144.61164.29218.97690.35達(dá)茂旗礦區(qū)4.5810.5115.0543.80239.04346.77951.09蘇莫查干礦區(qū)3.516.037.4318.8093.27149.65409.84

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)是由CGIAR ICT-CT發(fā)布的30 m空間分辨率ASTER的DEM。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和2014年Landsat OLI數(shù)據(jù),以及高空間分辨率的2012—2015年 Quickbird數(shù)據(jù)。參考2011—2012年全國(guó)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)以及中國(guó)十年生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估得到的2010年土地覆被類型數(shù)據(jù),并對(duì)照2010年Landsat ETM+數(shù)據(jù)的4、3、2波段合成遙感影像進(jìn)行目視解譯獲得土地利用類型數(shù)據(jù)。

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研究范圍確定

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)用地范圍。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)包括周邊“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,通過(guò)礦區(qū)道路網(wǎng)、廢棄物堆放區(qū)和取土區(qū)等所影響的范圍來(lái)確定。根據(jù)所研究礦區(qū)及影響區(qū)實(shí)際調(diào)查情況初步對(duì)距生產(chǎn)區(qū)500、1 000、2 000和5 000 m 4個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行分析。其中,500 m范圍主要是各種廢棄物堆放、壓占及取土行為劇烈區(qū)域。1 000 m范圍為礦區(qū)各種道路密集區(qū)。2 000和5 000 m范圍有部分道路通往礦區(qū),并以8 000 m緩沖區(qū)作為對(duì)比分析區(qū),該范圍受礦區(qū)影響較小,可以作為未受礦區(qū)影響的生態(tài)變化本底區(qū)域。

2.3研究方法

2.3.1土地毀損類型調(diào)查

土地毀損類型數(shù)據(jù)是用野外實(shí)地調(diào)查與遙感影像目視解譯相結(jié)合方法獲取。首先,利用手持GPS確定礦區(qū)開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地等的位置;然后將GPS測(cè)量點(diǎn)與Quickbird遙感影像進(jìn)行匹配,提取各類土地毀損類型面積和道路壓占數(shù)據(jù);基于GIS和遙感影像處理軟件,結(jié)合實(shí)地野外調(diào)查建立礦區(qū)土地利用類型解譯標(biāo)志,提取耕地、林地、草地、工礦建設(shè)用地、水域和未利用土地6類土地利用類型數(shù)據(jù)。

2.3.2植被破壞調(diào)查

利用1990年Landsat TM和2014年Landsat OLI數(shù)據(jù)計(jì)算歸一化差分植被指數(shù)(NDVI,INDV),再根據(jù)INDV值計(jì)算植被覆蓋度(R),計(jì)算公式[20]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。

因?yàn)檎{(diào)查研究區(qū)均屬于草原地區(qū),因此采用目前公認(rèn)適用于草原的生物量計(jì)算模型,生物量(Q)計(jì)算公式為

Q=49.5×exp(3.69/INDV),R2=0.91。

(2)

根據(jù)HJ/T 192—2006《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》提供的生物豐度指數(shù)(Ibio)計(jì)算方法,利用遙感解譯的2000和2010年土地利用類型數(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,Abio為Ibio的歸一化系數(shù)；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=100/Amax,其中,Amax為某指數(shù)歸一化處理前的最大值。

2.3.3土壤侵蝕調(diào)查

利用1990和2014年2期植被覆蓋度數(shù)據(jù),結(jié)合坡度和生態(tài)系統(tǒng)類型等數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕情況。以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、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈6級(jí)。根據(jù)林地、草地覆蓋度以及坡度確定水力侵蝕程度。依據(jù)水利部頒發(fā)的SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》,以土壤侵蝕強(qiáng)度面蝕分類為依據(jù),將風(fēng)力侵蝕程度分為輕度、中度、強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈4級(jí)。

3研究結(jié)果

3.1土地毀損分析

礦區(qū)土地毀損類型主要包括開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)、工礦建設(shè)用地和道路壓占等。各礦區(qū)不同毀損類型土地面積比例見(jiàn)表2。在4個(gè)典型礦區(qū)中，白云鄂博礦區(qū)面積最大,其尾礦庫(kù)和工礦建設(shè)用地面積所占比例也最大。蘇莫查干礦區(qū)面積最小。準(zhǔn)格爾礦區(qū)排土場(chǎng)面積所占比例最大。達(dá)茂旗礦區(qū)開(kāi)采區(qū)面積所占比例最大。4個(gè)典型礦區(qū)土地毀損類型分布見(jiàn)圖1～4。

表2各礦區(qū)不同毀損類型土地面積比例

Table 2Percentages of different types of land damage in area in the mining areas

礦區(qū)名稱面積/km2不同毀損類型土地面積比例/%開(kāi)采區(qū)排土場(chǎng)尾礦庫(kù)工礦建設(shè)用地白云鄂博礦區(qū)52.5913.1739.5920.1127.13準(zhǔn)格爾礦區(qū)32.018.3070.300.9120.48達(dá)茂旗礦區(qū)1.8219.6457.5811.9610.81蘇莫查干礦區(qū)1.5812.5549.7017.1020.66

礦區(qū)道路壓占統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,礦區(qū)500～8 000 m范圍內(nèi)道路呈現(xiàn)急劇減少趨勢(shì)。草原地區(qū)道路隨意性較強(qiáng),礦區(qū)周?chē)堑缆房v橫,對(duì)土地破壞比較嚴(yán)重。其中,白云鄂博礦區(qū)8 000 m范圍內(nèi)道路最長(zhǎng),達(dá)1 028.01 km,其次為準(zhǔn)格爾礦區(qū),為651.63 km。不同緩沖區(qū)內(nèi)道路壓占密度結(jié)果(表3)顯示,準(zhǔn)格爾礦區(qū)和蘇莫查干礦區(qū)500 m范圍內(nèi)為道路密集區(qū),白云鄂博礦區(qū)和達(dá)茂旗礦區(qū)1 000～2 000 m范圍為道路密集區(qū)。500～8 000 m范圍白云鄂博礦區(qū)道路密度呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì),準(zhǔn)格爾礦區(qū)道路密度呈現(xiàn)先減少再增加再減少趨勢(shì),這是因?yàn)檫@2個(gè)礦區(qū)受其他礦區(qū)和城市道路分布的影響,使道路分布相對(duì)發(fā)散。而蘇莫查干礦區(qū)道路密度呈隨距離增加而減少的規(guī)律,這是因?yàn)樵摰V區(qū)相對(duì)獨(dú)立于其他城市以外,緩沖區(qū)內(nèi)道路主要是因礦產(chǎn)開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)男枰虻V區(qū)中心集聚。由于達(dá)茂旗礦區(qū)是由2個(gè)小礦區(qū)組成的,因此位于2個(gè)礦區(qū)中間的部分1 000～2 000 m范圍內(nèi)道路比較密集。

2000—2010年白云鄂博礦區(qū)工礦區(qū)建設(shè)占用土地利用類型主要來(lái)源于草地,占91.41%;其次是濕地,主要是尾礦庫(kù)占用湖塘;再次是極少量的耕地和林地被礦區(qū)占用,占地主要用作排土場(chǎng)和尾礦庫(kù),分別占42.48%和26.17%。準(zhǔn)格爾礦區(qū)占用土地利用類型主要是草地,占75.34%,其次是林地,占15.21%;還有少部分林地和濕地被占用,占地主要用作排土場(chǎng)和開(kāi)采區(qū),分別占59.82%和23.01%。達(dá)茂旗礦區(qū)占地全部來(lái)源于草地,其中,44.54%為開(kāi)采區(qū)新增,34.40%為尾礦庫(kù)新增。蘇莫查干礦區(qū)占地91.45%來(lái)源于草地,礦區(qū)占地主要用作工礦建設(shè)用地和尾礦庫(kù),分別占53.37%和31.72%。

表3各個(gè)礦區(qū)道路壓占密度

Table 3Density of road pressure in the mining areas

礦區(qū)名稱不同緩沖區(qū)范圍道路壓占密度/(km·km-2)500m1000m2000m5000m8000m平均白云鄂博礦區(qū)3.593.745.400.380.021.45達(dá)茂旗礦區(qū)0.350.734.790.841.191.27蘇莫查干礦區(qū)9.171.800.770.370.120.50準(zhǔn)格爾礦區(qū)7.360.180.380.090.070.35

圖1　白云鄂博礦區(qū)土地毀損類型分布

圖2　準(zhǔn)格爾礦區(qū)土地毀損類型分布

圖3　蘇莫查干礦區(qū)土地毀損類型分布

3.21990—2014年植被變化分析

3.2.1NDVI變化

NDVI計(jì)算結(jié)果顯示,除蘇莫查干礦區(qū)以外的礦區(qū)2014年NDVI值都大于1990年,說(shuō)明2014年植被生長(zhǎng)狀況好于1990年,整體生態(tài)環(huán)境背景呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。而蘇莫查干礦區(qū)位于內(nèi)蒙古最北邊荒漠區(qū),降水極少,因此其植被生長(zhǎng)較差。1990年各礦區(qū)緩沖區(qū)范圍內(nèi)NDVI值基本沒(méi)有差異,而2014年各礦區(qū)500～8 000 m范圍NDVI值均呈隨距離增加而增加的趨勢(shì)。這說(shuō)明距礦區(qū)越近,植被生長(zhǎng)狀況越差,尤其是500 m范圍內(nèi)植被生長(zhǎng)狀況較其他范圍都差,差距最大的準(zhǔn)格爾礦區(qū)2014年500 m范圍內(nèi)的NDVI均值比1 000 m范圍內(nèi)值小0.21,差距最小的蘇莫查干礦區(qū)也要小0.019。2014年各礦區(qū)500 m以外各緩沖區(qū)范圍NDVI值差異很小。

圖4　達(dá)茂旗礦區(qū)土地毀損類型分布

3.2.2植被覆蓋度變化

植被覆蓋度結(jié)果表明,1990—2014年除蘇莫查干礦區(qū)以外的礦區(qū)植被覆蓋度都呈增加趨勢(shì)。從500～1 000 m范圍植被覆蓋度變化情況來(lái)看,1990年差別基本不大,而2014年植被覆蓋度均隨著距礦區(qū)距離的減小而減小。2014年各礦區(qū)500 m范圍內(nèi)植被覆蓋度遠(yuǎn)比其他范圍內(nèi)小。

3.2.3生物量變化

生物量計(jì)算結(jié)果表明,白云鄂博礦區(qū)1990和2014年平均生物量分別為122.23和85.14 g·m-2;準(zhǔn)格爾礦區(qū)最大,分別為556.53和179.77 g·m-2;達(dá)茂旗礦區(qū)分別為96.07和83.30 g·m-2。蘇莫查干礦區(qū)最小,分別為91.90和80.87 g·m-2。1990—2014年500～8 000 m范圍各礦區(qū)2個(gè)時(shí)期的生物量都呈從里向外增加趨勢(shì),即距礦區(qū)越近,生物量越小。各礦區(qū)500 m范圍內(nèi)生物量都比其他范圍小,說(shuō)明這個(gè)范圍內(nèi)植被生物量受礦區(qū)開(kāi)發(fā)影響較大,而其他范圍內(nèi)的變化并不明顯。

3.2.4生物豐度變化

在礦區(qū)8 000 m范圍內(nèi)白云鄂博礦區(qū)、準(zhǔn)格爾礦區(qū)和達(dá)茂旗礦區(qū)2010年生物豐度值比2000年小。生物豐度也呈距礦區(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。其中,2010年白云鄂博礦區(qū)500 m范圍內(nèi)生物豐度比>500～1 000 m范圍小29.76,準(zhǔn)格爾礦區(qū)小14.14,達(dá)茂旗礦區(qū)小15.08。其他范圍相差不大,基本保持在-2.40～2.05之間。

3.3土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果分析

3.3.1風(fēng)力侵蝕

各礦區(qū)8 000 m范圍內(nèi),白云鄂博礦區(qū)1990年風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度以中度和強(qiáng)度侵蝕為主,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年該礦區(qū)主要為輕度侵蝕,占67.57%,其次為中度侵蝕,占26.31%(圖5)。達(dá)茂旗礦區(qū)1990年以強(qiáng)度和中度侵蝕為主,分別占風(fēng)力侵蝕總面積的50.08%和45.45%,其次為極強(qiáng)度侵蝕,占2.80%;2014年該礦區(qū)中度侵蝕占76.09%,其次為輕度侵蝕,占21.57%(圖6)。準(zhǔn)格爾礦區(qū)1990年以輕度、中度侵蝕為主,分別占風(fēng)力侵蝕總面積的53.41%和24.05%,其次為微度侵蝕,占13.92%;2014年該礦區(qū)以微度、輕度侵蝕為主,分別占69.04%和20.61%,其次為中度侵蝕,占6.33%(圖7)。蘇莫查干礦區(qū)1990年以中度和輕度侵蝕為主,分別占風(fēng)力侵蝕總面積的73.18%和23.18%,其次為強(qiáng)度侵蝕,占3.34%;2014年該礦區(qū)中度侵蝕占89.97%,其次為強(qiáng)度侵蝕,占7.74%(圖8)。

圖5　白云鄂博礦區(qū)風(fēng)力侵蝕分布

圖6　達(dá)茂旗礦區(qū)風(fēng)力侵蝕分布

圖7　準(zhǔn)格爾礦區(qū)風(fēng)力侵蝕分布

風(fēng)力侵蝕變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,1990—2014年內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)各范圍內(nèi)微度和輕度侵蝕呈增加趨勢(shì),中度和強(qiáng)度侵蝕減少趨勢(shì)明顯。500 m范圍內(nèi)微度、輕度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕增加,500～1 000 m范圍內(nèi)微度、輕度和劇烈侵蝕增加。準(zhǔn)格爾礦區(qū)微度侵蝕擴(kuò)展明顯,其他強(qiáng)度侵蝕呈減少趨勢(shì)。達(dá)茂旗礦區(qū)輕度和中度侵蝕增加,強(qiáng)度侵蝕減少。蘇莫查干礦區(qū)輕度侵蝕減少,中度、強(qiáng)度和劇烈侵蝕擴(kuò)張,尤其是500 m范圍內(nèi)強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕明顯增加。1990—2014年各礦區(qū)500 m范圍內(nèi)風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度從輕微向嚴(yán)重轉(zhuǎn)移明顯,其他范圍無(wú)明顯變化規(guī)律,表明礦區(qū)附近生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。

圖8　蘇莫查干礦區(qū)風(fēng)力侵蝕分布

3.3.2水力侵蝕

白云鄂博礦區(qū)水力侵蝕以中度侵蝕為主,1990和2014年中度侵蝕面積分別占水力侵蝕總面積的92.49%和86.74%。1990年該礦區(qū)強(qiáng)烈侵蝕次之,占6.57%;2014年輕度侵蝕次之,占6.84%,再次為強(qiáng)烈侵蝕,占5.95%。2014年500 m范圍內(nèi)各個(gè)級(jí)別侵蝕面積占緩沖區(qū)總面積的比例較其他范圍內(nèi)所占比例都要高一些(圖9)。

達(dá)茂旗礦區(qū)1990和2014年水力侵蝕以中度侵蝕為主,中度侵蝕面積分別占水力侵蝕總面積的95.14%和94.84%;其次為強(qiáng)烈侵蝕,分別占4.63%和4.47%。1990—2014年該礦區(qū)500 m范圍內(nèi)中度侵蝕增加明顯,輕度和強(qiáng)烈侵蝕略減少。礦區(qū)500 m范圍內(nèi)輕度侵蝕向中度和強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)移(圖10)。

圖9　白云鄂博礦區(qū)水力侵蝕分布

圖10　達(dá)茂旗礦區(qū)水力侵蝕分布

準(zhǔn)格爾礦區(qū)水力侵蝕1990年以中度侵蝕為主,占水力侵蝕總面積的63.34%,其次為輕度和強(qiáng)烈侵蝕,分別占18.51%和15.91%。2014年該礦區(qū)以輕度和中度侵蝕為主,分別占55.51%和37.97%,強(qiáng)烈侵蝕僅占5.73%。1990—2014年該礦區(qū)水力侵蝕面積減少明顯,輕度侵蝕增加迅速,中度和強(qiáng)烈侵蝕減少明顯,極強(qiáng)烈侵蝕有所減少(圖11)。

圖11　準(zhǔn)格爾礦區(qū)水力侵蝕分布

蘇莫查干礦區(qū)1990和2014年中度侵蝕占水力侵蝕總面積的比例最大,分別為94.99%和95.80%;其次為強(qiáng)烈侵蝕,分別占3.96%和3.99%。1990—2014年輕度侵蝕減少明顯,而中度和強(qiáng)烈侵蝕擴(kuò)張明顯,極強(qiáng)烈侵蝕變化不明顯(圖12)。

總體而言,1990—2014年各礦區(qū)水力侵蝕總面積略有下降,尤其是準(zhǔn)格爾礦區(qū)下降47.51%。但礦區(qū)及其周邊強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕面積明顯增加,尤其是500 m范圍內(nèi)從輕度級(jí)別的侵蝕強(qiáng)度向重度級(jí)別的侵蝕強(qiáng)度轉(zhuǎn)換明顯。1990年礦區(qū)較低級(jí)別侵蝕面積較大,而2014年強(qiáng)烈侵蝕面積在擴(kuò)大。從距礦區(qū)距離來(lái)看,礦區(qū)500 m范圍內(nèi)的侵蝕所占比例遠(yuǎn)比其他距離范圍內(nèi)的高。

4結(jié)論與討論

內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源豐富,近些年隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度越來(lái)越大,給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。通過(guò)分析近20多年來(lái)內(nèi)蒙古草原地區(qū)4個(gè)典型礦區(qū)土地退化特征及主要原因得出以下結(jié)論:

(1)礦區(qū)對(duì)土地的毀損主要為開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)、工礦建設(shè)用地和交通道路占用,其中前4者的面積通過(guò)遙感影像較易于獲取。

圖12　蘇莫查干礦區(qū)水力侵蝕分布

但對(duì)于道路引起的變化,統(tǒng)計(jì)比較困難,因?yàn)椴菰貐^(qū)的道路隨意性比較強(qiáng),草原礦區(qū)周?chē)堑缆房v橫。明顯的固定的道路較易于辨別,但隨意變道部分難以統(tǒng)計(jì)。

(2)2000—2010年白云鄂博礦區(qū)、達(dá)茂礦區(qū)和蘇莫查干礦區(qū)被毀損的土地類型主要是草地。準(zhǔn)格爾礦區(qū)土地毀損以草地為主,還有小部分耕地和林地。

(3)4個(gè)礦區(qū)NDVI、植被覆蓋度和生物量具有相似的變化規(guī)律。絕大部分礦區(qū)2014年NDVI、植被覆蓋度和生物量都大于1990年,說(shuō)明大的生態(tài)環(huán)境背景呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì),但礦區(qū)500 m范圍內(nèi)各個(gè)指標(biāo)的增加值遠(yuǎn)低于其他范圍內(nèi)的增加值。生物豐度距礦區(qū)越近而越低的特點(diǎn)比其他指標(biāo)略明顯,尤其是500 m范圍內(nèi)的生物豐度遠(yuǎn)小于其他范圍。

(4)礦區(qū)及周邊土壤侵蝕面積未呈明顯擴(kuò)張趨勢(shì),但侵蝕強(qiáng)度呈明顯加重趨勢(shì),尤其是500 m范圍內(nèi)的侵蝕從輕向重轉(zhuǎn)換明顯。

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化是我國(guó)面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一,弄清礦區(qū)生態(tài)環(huán)境特征對(duì)定量化研究礦區(qū)開(kāi)采對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響具有重要意義。該研究表明生態(tài)環(huán)境脆弱的內(nèi)蒙古草原地區(qū)近些年生態(tài)環(huán)境整體上呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì),但礦區(qū)及周邊土地退化現(xiàn)象嚴(yán)重。選擇哪些評(píng)價(jià)指標(biāo)更能有效地體現(xiàn)礦區(qū)開(kāi)采對(duì)土地退化的影響以及對(duì)礦區(qū)周邊影響范圍的進(jìn)一步精確確定仍然是今后需要深入研究的重點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí),有必要選擇連續(xù)時(shí)間序列的高空間分辨率遙感影像對(duì)礦區(qū)土地退化過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Characteristics of Land Degradation in Mining Areas of Inner Mongolia Grassland.

BAIShu-ying1,WUQi1,SHENWei-shou2,LIHai-dong2,ZHUQian-wen1

(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:Along with the intensifying of exploitation of mineral resources in Inner Mongolia, a number of ecological environmental problems have appeared in the already ecologically fragile grassland areas hindering seriously development of the local economy and ecological construction. A study was carried out to explore characteristics of land degradation in mining areas of Inner Mongolia in the past 20 years. Four mining areas, Bayan Obo iron ore, Zhungeer coal mine, Damao Banner fluorite and Sumoqagan fluorite, were selected as typical cases for the study. With the aid of remote sensing and GIS, land damage, vegetation destruction and soil erosion in these areas were evaluated. Results show that road construction during the development of the mining areas caused obvious damage to vegetation; grassland was the major type of land subjected damage; the indices of NDVI, coverage, biomass and bio-abundance within the radius of 500 m of the mining areas were much lower in value than those in other areas; and soil erosion displayed a developing trend from light to moderate. All the indices demonstrates that the closer to the mining area, the more serious the land degradation.

Key words:grassland of Inner Mongolia;mining area;land degradation;ecological environment

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

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.002

中圖分類號(hào)：X141

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-4831(2016)02-0178-09

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

收稿日期：2015-11-11