白音诺尔铅锌矿土地利用/土地覆盖变化分析
在全球变化问题中，土地利用/土地覆盖( LUCC) 是自然与人文过程交叉最为密切的问题，土地利用/土地覆盖变化也成为目前国内外研究的热点之一。矿产资源大规模的开发利用，在带动经济快速发展的同时，也会造成对土地资源的破坏，影响矿区及周边地区土地利用形式，使矿区土地利用/土地覆盖发生变化。白音诺尔铅锌矿是中国北方地区少有的大型铅锌金属矿床，自20 世纪80 年代中期大规模开采以来，为国家建设提供了大量急需的铅锌矿资源，促进了地方经济发展，同时产生了许多地质环境问题。文中以白音诺尔铅锌矿为研究区，选定 1985 ～2013 年为研究时段，分析矿区土地利用动态变化规律和特征，探讨矿产开采对土地利用/土地覆盖变化规律和影响因素，以期能为内蒙古大兴安岭地区多金属矿区土地利用优化管理提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况白音诺尔铅锌矿位于内蒙古自治区赤峰市巴林左旗，东经 118°51'30″ ～118°54'30″，北纬 44°26'00″ ～44°27'30″，是一个以铅、锌、银、镉为主，伴生有锡、铜、钨、金等多种金属的大型矿床。矿区海拔标高 978. 7～ 1213. 8m，地形呈西南高、东北低之势，矿山面积 16. 8km2。研究区属半干旱大陆性气候，冬季寒冷、夏季炎热、春秋季多风。年平均气温 4. 5℃，多年平均降水量480mm，多集中在 6 ～ 8 月份; 年平均蒸发量 1647mm，远大于年降水量。无霜期 110 ～ 125 天，每年 10 月下旬至翌年 4 月上旬为冰冻期，最大冻土层厚度 2. 5m。研究区位于大兴安岭南段，区内地质构造简单，出露的地层主要有侏罗系上统和第四系。地貌类型可分为中低山和沟谷。植被主要是以大针茅、克氏针茅为主的草原和山地蒙古栎、土庄绣线菊、杨树等组成的次生林。
1. 2 数据来源采用美国 Landsat TM 影像和法国 Pleiades 影像，拍摄时间分别为1985 年9 月13 和2013 年9 月8 日，无云层覆盖。该时期植被正处于生长旺盛期，不同植被生长状况具有一定的代表性。野外进行了植物样方调查，采集了植物、土壤样品。其他收集的基础数据包括矿区 1:5 万地形图，矿山生产状况、土地利用和地质环境治理现状以及社会经济统计资料。
1. 3 数据处理用 ArcGIS10. 0 软件对影像进行辐射校正、几何校正、波段组合以及图像的增强处理。将处理后的图像载入 ArcGIS 软件平台，进行矢量化处理。对处理后的影像，采用人机交互，以人工目视解译为主的方式，进行解译和判读，赋予不同土地利用类型属性数据，获得研究区两期土地利用现状图。解译标志是正确解译的基础，其正确与否直接影响图斑属性值的可信度。文中研究的解译标志是建立在相邻地区 10个矿区野外调查和遥感影像分析基础上，2013 年8 月和2014 年7 月两次在现场对解译标志和土地利用现状解译结果进行核对和修正。1. 4 土地利用分类体系在建立土地利用/土地覆被分类系统时应该尽可能兼顾特定的研究需要和分类结果的可比性。根据《土地利用现状分类》国家标准( GB/T 21010 - 2007) ，结合研究区土地利用实际情况和遥感影像的特点，采用二级土地类型分类。一级分为 8 类，主要根据土地资源的利用属性，与《土地利用现状分类》国家标准对应; 二级分为 13 类，主要根据土地资源的经营特点、利用方式和覆盖特征，并考虑采矿对土地资源的损害影响
2 结果与分析
2. 1 土地利用 / 土地覆盖结构变化分析
土地利用/土地覆盖动态变化首先表现为各种土地利用类型面积在数量上的变化，通过总量变化分析，可以掌握土地利用结构变化特征和变化趋势。1985 年和 2013 年研究区土地利用类型都是以有林地、草地为主，但主、次地位发生了变化: 有林地面积由 1985 年占总面积的75. 85% 减少至 2013 年的 38. 73% ，草地面积由占总面积的19. 30%增加至44. 42%，矿区土地利用类型由以有林地为主变为以草地为主要类型。工矿仓储用地和住宅用地所占矿区总面积比例明显上升，绝对数量增加很大: 工业区面积从 1985 年的16 . 02 hm2增加到2013年的.147. 97hm2，增加了9倍; 尾矿库面积从 2. 5hm2增加到 95. 09hm2，增加了 38 倍; 排土场面积从 4. 19hm2增加到 28. 04hm2，增加了6. 6 倍; 居民点从1985 年的12. 29hm2增加到2013 年的108. 21hm2，增加了8. 8 倍。交通用地中的农村道路和矿区道路增加很大，分别由 1. 24hm2、2. 53hm2增加到 12. 48hm2、33. 74hm2。旱地、裸地和河流水面保持稳定。
2. 2 土地利用 / 土地覆盖动态变化分析
采用土地利用类型总变化率和年变化率来定量描述土地利用的动态变化状况。通过计算得出研究区 1985 ～2013 年间土地动态变化率。在这 28 年间，矿区有林地、旱地处于减少的态势，其中有林地减少幅度最大，总变化率为 -48. 94%，年均减少 2. 37%; 其他各土地利用类型均呈增加态势，尾矿库、矿区道路、农村道路、工业区、居民点增加幅度均较大，总变化率分别为 3703. 6%、1235.36% 、904. 14% 、823. 66% 、780. 47% ，年均变化率均在 8% 以上草地总变化率为 130. 01%，年均增长 3. 02%，净增加面积 809. 5hm2，是面积增加最多的土地利用类型。
2. 3 土地利用 / 土地覆盖空间变化分析
除了不同土地利用类型面积数量变化外，土地利用还表现在不同类型之间的相互转换[8]。通过对两期土地利用现状图空间叠加分析和马尔科夫转移矩阵的分析，可以发现 1985 ～ 2013年研究区土地利用/土地覆盖空间转化特征表现在以下几个方面。有林地面积大幅度减少，成为草地和工矿仓储用地的主要来源。有林地面积净减 1197. 51hm2，转移速度最快、转移面积和份额最大的土地利用类型，占所有地类转移面积的 77. 53%，转出部分远大于新增部分，属于高速衰减型。有林地成为草地、尾矿库和工业区新增土地的主要来源，分别占这三种土地类型新增部分的 95. 33%，68. 24% 和63. 22% 。草地面积大幅度增加，属于扩展性地类。草地转入面积和份额最大，占所有地类新增面积的 64. 06%。草地面积净增加 809. 50hm2，是其他土地利用类型面积增加量总和的 1. 78 倍。草地与林地的空间转移数量最大，草地转入面积 1122.43hm2中，95. 33%是由有林地转入。交通、工矿仓储用地快速增加，林地、草地是其主要来源。包括矿区采场、工业区、排土场、尾矿库和居民点的建设用地，1985 ～2013 年新增量是转出量的 3. 69 倍。矿区采场、工业区、排土场、尾矿库新增部分的主要来源是有林地，分别占转入面积的 97. 62%、63. 22%、94. 91%和 68. 24%。居民点新增部分主要来源是草地，占转入面积的 61. 87%。交通运输用地净增 44. 69hm2，以矿区道路新增面积最大，矿区道路占用的主要是有林地和草地，分别占新增部分的 56. 55%、33. 67%。其他几类土地利用类型空间变动较小。旱地面积有所减少，28 年间净减少 20. 79hm2，减少的旱地· 82·干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷99. 61% 转为 草地; 转入面积 10.08hm2，主要为有林地。河流水面面积变动不大，净增 2. 76hm2。裸地面积虽然总量变幅不大，只净增 7.58hm2，但空间转换频繁: 转入面积为 41. 30hm2，其中有 林 地 占 61.94% ，草地占 38. 06% ; 转出面积为33. 72hm2，其中草地占 46. 50%，工业区占 30. 58%。总体来看，1985 ～2013 年期间，研究区各个土地利用类型的空间转化比较复杂，每一种土地利用类型是向多个方向转化，既有正向的也有负向的，其中有林地向其它土地利用类型的转化最为明显，是草地、工矿仓储用地、住宅用地的主要转换来源。
2. 4 景观格局变化分析
研究区 1985 年斑块共计 56块，到 2013 年增长到 458 块，增加了 402 块。草地、工业区、有林地、裸地和矿区道路斑块个数分别增加了 98、56、39、39 和 28 块。斑块平均面积从 57. 61hm2减少到 7. 04hm2。斑块密度和斑块数持续增加，斑块面积进一步细化，使得斑块边界长度不断增加，斑块形状的不规则程度持续加大。各种土地利用类型内部正在向分散化过渡，景观格局向着多样化、复杂化和破碎化的方向发展，景观异质性增强。
3 讨论
从结果分析看，1985 ～2013 年白音诺尔铅锌矿工矿仓储用地大幅度增加，占用的土地绝大部分为有林地，这种状态在大兴安岭地区较为普遍。大兴安岭地区矿产资源丰富，分布有大兴安岭和得尔布干两条国家级重点多金属成矿带，这些金属矿产大多赋存有基岩山区和丘陵区，这些区域也正是有林地分布区，金属矿产开采，挖损、占压直接破坏的是有林地; 矿坑排水、地面沉陷、粉尘污染等人为活动，对有林地特别是次生林区的影响更为显著，造成大面积有林地退化为草地。在这一地区多金属矿产的开发活动中，保护生态环境，合理利用土地，减少对有林地的破坏，是亟待解决关键问题。在土地利用/土地覆被变化研究中，土地利用/土地覆被分类是一个基础性和关键性的环节。目前在无国家标准的情况下，矿区土地利用/覆盖的分类体系大多采用二种模式: 单一模式和多级模式。文中采用的多级模式，一级分类与国家现行土地利用现状分类一致，便于对同类地区进行对比分析; 二级分类在考虑研究区覆被类型特点的基础上，突出多金属矿区土地利用特点，以及采矿对土地损坏程度，将其中的工矿仓储用地分为了矿区采场、工业区、排土场、尾矿库，主要考虑了 4 种不同的用地方式对土地破坏程度的差异; 交通用地中，农村道路和矿区道路变动较大，具有一定的时限性，而划为公路的国道、省道和县级公路相对比较稳定。这样的分类方案对于多金属矿区土地利用/土地覆盖研究具有一定的实际意义。
4 结论
白音诺尔铅锌矿在 1985 ～2013 年期间，土地利用/土地覆盖发生了很大的变化。研究区 1985 -2013年，有林地面积减少最多，从 2446. 84hm2减少到 1249. 33hm2，所占比例由 75. 85% 下降为 38. 73%，属于高速衰减类型; 草地面积增加最多，从 622. 66hm2增加到 1432. 16hm2，所占比例由 19. 30% 上升到 44.42% ，属于扩展型地类，并成为了区内最主要的土地利用类型。工业区、居民点、尾矿库、矿区道路面积快速增加，净增加面积分别为 131. 95hm2、95. 92hm2、92. 59hm2、31. 21hm2，年均增加 8. 26%、8. 08%、13.88% 、9. 70% 。有林地面积净减 1197. 51hm2，其中 89. 36%转变为草地，18. 91%转变为工矿仓储用地。矿区景观格局发生了很大变化，1985 ～2013 年期间，研究区的斑块数量由 56 个变为 458 个，斑块平均面积从 57. 61hm2减少到 7. 04hm2，斑块边界长度不断增加，不规则程度持续加大，各种土地利用类型内部正在向分散化过渡，景观格局向着多样化、复杂化和破碎化的方向发展。铅锌矿资源的开采是土地利用类型变化的主要驱动因素，导致工矿仓储用地不断增加，生物量高、生态效益好的有林地面积持续减少。
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