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矿产资源是人类赖以生存的物质基础,也是国家安全和经济发展的重要保障,还为周边地区提供着各种环境服务功能。然而矿产资源开发活动对土地和环境造成了巨大的损害。2011年国务院颁布的《土地复垦条例》列举了四类“生产建设活动损毁土地”的情形,因矿产资源开采造成的损害就占了三类,即“(1)露天采矿、烧制砖瓦、挖沙取土等地表挖掘所损毁的土地;(2)地下采矿等造成地表塌陷的土地;(3)堆放采矿剥离物、废石、矿渣、粉煤灰等固体废弃物压占的土地。”不难看出,采矿是造成土地退化的主要因素。
为了减缓矿山土地退化趋势以及修复退化土地,首先应监测和评价矿山的土地退化从而采取针对性措施。目前对矿山土地退化的监测和评价,国内外还没有形成一套统一的指标体系和分类系统。现在一般情况都是按照实际情形对有用的指标进行强度的划分,但有些评价因子的强度值难以精确表示,而只能用文字进行描述,不利于分类。然而在景观生态学上,景观指数可以弥补这一不足。首先,景观生态学起源于对土地的研究,最初的研究对象主要是土地镶嵌体,即针对土地利用。景观生态学与土地评价是相辅相成的,两者相互影响,共同发展。其次,景观指数种类多、数量多,选择余地大,并都能进行定量分析。利用Fragstats软件,从斑块、类和景观三个尺度上计算出的景观指数就有66个。最后,每个景观指数都有计算公式和明确的物理意义,有助于分析问题。
论文具体研究内容、思路、方法如下:
(1)研究区
研究区位于鄂西宜昌磷矿示范区内,它是国土资源部公布的整顿和规范矿产资源开发秩序重点矿区之一,同时还是西部生态环境较敏感区。另外,宜昌磷矿示范区位于长江中游,高差大、坡度陡、降雨多,人为活动强烈,水土流失严重,部分地区“石化”现象严重。
(2)应用遥感方法提取景观信息
收集2007、2008年的SPOT-5影像和2009年的Quickbird高分辨遥感影像,用遥感软件处理,提取工矿用地、尾矿堆、裸地、林草地、交通用地、耕地、居民地、水体八类。再根据野外调查,对分类结果进行验证和校正。最后制成土地退化景观分布图。
(3)分析景观格局
景观格局是通过景观指数来表示。景观指数是反映景观空间配置特征的简单定量指标,表征的是生态系统的形态学特征。景观格局指数可分为斑块水平上的指数、斑块类型水平上的指数和景观水平上的指数三个层次。因此依据景观指数的分类原则,本文选取了这三种尺度下的景观指数。景观指数的计算采用的是FRAGSTATS软件。
(4)景观格局动态变化分析
建立景观类型转移矩阵,分析2007～2009年间不同时相的景观类型分布数据,利用ArcGIS软件分析转移矩阵,可得到2007～2008年和2008～2009年两个景观类型的转移矩阵。然后计算矿业斑块类型的转化概率,得到景观类型的转换概率矩阵,再进一步分析各种景观类型的来源和去向,从而帮助我们了解矿山开采过程对土地退化的影响。
主要结论:
(1)2007～2009年尾矿堆斑块数量增加,新增的斑块可能是新开的矿井或原有尾矿堆不能满足现有尾矿的堆放引起的;此外,较大的尾矿堆斑块占有的面积比例逐年增加,可以说明尾矿的堆放越来越集中,这有利于尾矿堆的管理和环境的保护。尾矿堆斑块类型面积增长迅速,矿业开发依然是研究区导致土地退化的主要人为因素。
(2)2007～2009年研究区的景观类型总体上是稳定的,2008年整个研究区内各种斑块类型分布的均衡化程是最弱的;2009年整个研究区内各种斑块类型分布的均衡化程是最强的,受到某一种或几种优势景观类型支配的情况发生改变,优势景观类型被弱化,由于尾矿堆斑块增多面积增大弱化了林地和耕地斑块的优势,研究区内总体生态多样性有所提高。
(3)对2007～2008年和2008～2009年进行转移矩阵分析,所有类型中变化率最大的是尾矿堆,充分说明在研究区采矿已经成为对景观格局变化的最活跃的因素。研究区尾矿堆的面积逐年增加。在矿业开采中,尾矿堆的增加导致林草地和耕地面积减少,林草地减少最快。尾矿堆的增加,使原来的优势景观类型减少,研究区的生态多样性提高。
(4)对2007～2009三个年度中尾矿堆的空间变化的分析得到:2007年尾矿堆的数量最多,分布零散,但面积大的尾矿堆很少。2008年复垦了一些面积小的尾矿堆,从影像上消失,单个尾矿堆面积增加不是很明显,总面积增加也不明显。2009年面积大的尾矿堆增长迅速,小的尾矿堆也零星的出现,数量比2008年要多比2007年要少,总面积明显增加。定量分析2007年和2009年尾矿堆的空间分布,可以得出研究区的西北方向是磷矿开采的活跃地区。对2007～2009年的重心转移来看,都是偏向于研究区中心西北方向,说明西北角是研究区开采开发的重点地区。左右摆动说明,矿产开发的随机性。虽然重心有左右摆动,但位置变化不是很大,基本在2007年重心附近移动,表示三年内矿产开发的整体格局没有大的变化。
(5)分析地形因子对2007～2009年矿业斑块的影响可知,在高海拔地区矿业活动比低海拔地区活跃。高海拔的磷矿开采虽然比较困难,但矿业开采还是向高海拔地区发展。因此,可以推测低海拔地区的磷矿开采基本已结束或被限制开采。分析尾矿堆沿坡度分布的情况,尾矿堆主要选择堆放在坡度平缓的地方,既方便又可以减少成本。因此,磷矿的开采不仅受到矿产资源分布的影响,在一定程度上也受地形因子的影响。