生態(tài)脆弱礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究——以平朔礦區(qū)為例

薛建春，蔡 松

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古移動(dòng)包頭分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

生態(tài)脆弱礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究
——以平朔礦區(qū)為例

薛建春1，蔡 松2

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古移動(dòng)包頭分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

基于平朔礦區(qū)1987年、1996年和2005年三期的TM影像，從土地利用數(shù)量變化模型、土地利用程度變化模型對(duì)礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行了分析。研究表明：（1）生態(tài)脆弱的平朔礦區(qū)自1987年以來(lái)耕地、林地面積呈減少趨勢(shì)，而變化幅度最大的是已破壞待復(fù)墾地和已破壞復(fù)墾地，這主要是因?yàn)榈V區(qū)生產(chǎn)建設(shè)占用了大量的耕地與林地，從而造成了許多待復(fù)墾地，同時(shí)由于受礦區(qū)土地復(fù)墾工程的影響，礦區(qū)內(nèi)復(fù)墾地呈上升趨勢(shì)；但是目前復(fù)墾后土地利用主要以林草地為主，所以無(wú)法拉動(dòng)耕地面積的增長(zhǎng)。（2）礦區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)顯示上升態(tài)勢(shì)，且土地利用程度變化率大于0，表明平朔礦區(qū)土地利用處于發(fā)展期。今后應(yīng)加大對(duì)礦區(qū)的生態(tài)重建工作與土地復(fù)墾進(jìn)程，保證礦區(qū)耕地平衡，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

土地利用；動(dòng)態(tài)度；生態(tài)脆弱礦區(qū)

土地是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)、維持自身穩(wěn)定發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，土地利用是一個(gè)自然與人文密切交叉的環(huán)節(jié)，是人類活動(dòng)對(duì)自然資源和生態(tài)環(huán)境作用的綜合反應(yīng)［1－2］。隨著土地資源重要性的不斷提高，國(guó)內(nèi)學(xué)者陸續(xù)提出了一系列分析區(qū)域土地利用變化的模型或模型框架。主要有土地利用數(shù)量變化模型、土地利用程度變化模型、土地利用空間變化模型以及重要度模型、鄰接度模型等［3］。這些模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各類型城鎮(zhèn)區(qū)域的土地利用研究，但對(duì)于人為活動(dòng)擾動(dòng)劇烈、生態(tài)脆弱的礦區(qū)研究目前很少。這主要是因?yàn)榈V區(qū)土地利用系統(tǒng)是一個(gè)完全動(dòng)態(tài)的變化系統(tǒng)，一方面礦區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)與城鎮(zhèn)建設(shè)改變了礦區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)，另一方面礦區(qū)的生態(tài)重建與土地復(fù)墾工程又努力保持一個(gè)良性的土地利用結(jié)構(gòu)。所以，本文在著重考慮生態(tài)脆弱的礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化空間過(guò)程及相關(guān)屬性后。采用動(dòng)態(tài)度模型、土地利用程度綜合指數(shù)模型等對(duì)平朔礦區(qū)的土地利用變化做了定量的分析，以期為礦區(qū)的生態(tài)建設(shè)、土地規(guī)劃以及土地復(fù)墾方向提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

平朔礦區(qū)位于山西省北部，地處黃土高原東部生態(tài)脆弱區(qū)，坐落在朔州市平魯區(qū)和朔城區(qū)境內(nèi)，是我國(guó)首批煤炭國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)之一，地理坐標(biāo)東經(jīng)111°53′29″－113°35′01″，北緯39°05′07″－40°17′53″，礦區(qū)總面積380km2，礦區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量112.21億t，規(guī)劃建設(shè)總規(guī)模為9 350萬(wàn)t/a。礦區(qū)內(nèi)建有3個(gè)大型露天礦，分別是安太堡露天煤礦、安家?guī)X露天煤礦和東露天煤礦，是一個(gè)對(duì)環(huán)境改變反應(yīng)敏感、維持自身穩(wěn)定可塑性較小的復(fù)合生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)［4］。本文研究礦區(qū)3個(gè)時(shí)段的TM影像，通過(guò)解譯得到礦區(qū)的土地利用變化情況，為礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)研究提供數(shù)據(jù)支持。

2 資料來(lái)源與研究方法

2.1 資料來(lái)源

選取1987年、1996年和2005年的平朔礦區(qū)TM影像作為原數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)地考察和數(shù)據(jù)記錄的方式，采用ArcGIS的環(huán)境，利用人機(jī)交互解譯等方式進(jìn)行識(shí)別，最終確定各圖斑信息。然后以2005年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)變化圖斑信息進(jìn)行處理，最終解譯得到3個(gè)年度的土地利用變化數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

從生態(tài)脆弱礦區(qū)土地利用的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)土地利用的數(shù)量變化、土地利用程度變化來(lái)構(gòu)建平朔礦區(qū)土地利用變化模型，深入了解礦區(qū)土地利用變化成因、過(guò)程，預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展變化趨勢(shì)及生態(tài)重建、土地復(fù)墾發(fā)展方向。以國(guó)家土地分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合礦區(qū)土地利用所形成的特定土地類型，將礦區(qū)土地利用/覆蓋類別劃分為耕地、林地、草地、未利用地、水域、交通用地、住宅用地、采礦作業(yè)區(qū)、已破壞待復(fù)墾地和已破壞復(fù)墾地10類。以期對(duì)礦區(qū)土地利用的變化特征進(jìn)行定量分析。

2.2.1 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

（1）單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度反應(yīng)了研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為［5］：

式中：K——研究期內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub——研究初期和末期該土地利用類型的面積；T——研究時(shí)段長(zhǎng)。當(dāng)T值取年為單位時(shí)，K值就是該土地利用類型的年變化率。

（2）綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。某一研究區(qū)域的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度反映了該區(qū)域一定研究范圍內(nèi)土地利用數(shù)量總體變化情況［5］，其表達(dá)式為：

式中：LC——研究期內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；LUi——研究初期第i類土地利用類型面積；ΔLUi－j——研究期末第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T——研究時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)T的時(shí)段定為年時(shí)，LC值就是該研究區(qū)域綜合土地利用變化率。

2.2.2 土地利用程度變化 土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，一個(gè)特定范圍內(nèi)土地利用程度的變化是多種土地利用類型變化的結(jié)果，它不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時(shí)也反映了人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)［6］。根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)先生提出的土地利用程度的綜合分析方法，結(jié)合礦區(qū)土地利用類型的特點(diǎn)，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干級(jí)［7］，并賦予分級(jí)指數(shù)（表1），從而給出了土地利用程度綜合指數(shù)及土地利用程度變化模型的定量化表達(dá)式。

表1 土地利用程度分級(jí)指數(shù)

（1）土地利用程度綜合指數(shù)模型。某研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)可表達(dá)為：

（2）土地利用程度變化模型。土地利用程度的變化量如式（4）所示，土地利用程度的變化率如式（5）所示。

式中：Li——研究區(qū)域某時(shí)期的土地利用程度綜合指數(shù)；ΔLab——土地利用程度變化量；Lb，La——研究區(qū)域末期和初期的土地利用綜合指數(shù)；R——土地利用程度變化率；Ai——研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci——研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；Cib，Cia——研究區(qū)域內(nèi)末期和初期第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；n——土地利用程度分級(jí)數(shù)。若ΔLab＞0或R＞0則表明該區(qū)域土地利用正處于發(fā)展期，否則處于調(diào)整期或衰退期。

3 平朔礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)分析

3.1 土地利用數(shù)量變化分析

土地?cái)?shù)量的變化客觀上反映了礦區(qū)作業(yè)生產(chǎn)和礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相互影響最直接、最密切的關(guān)系［8－9］。通過(guò)對(duì)平朔礦區(qū)1987年、1996年和2005年的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析可以看出，礦區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，詳見(jiàn)表2。

從表2可以看出，耕地面積變化幅度最大，10a間共減少1 119.29hm2，占礦區(qū)土地總面積比例降低了2.68%，其次是未利用地，共減少了1 020.80 hm2，占礦區(qū)土地總面積比例降低了2.7%；變化幅度增加的土地類型主要是已破壞待復(fù)墾地和采礦作業(yè)區(qū)，10a間已破壞待復(fù)墾地增加了952.56hm2，占礦區(qū)土地總面積比例增加了2.55%，采礦作業(yè)區(qū)增加了654.56hm2，占土地總面積比例增加了1.76%。

3.2 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分析

利用公式（1）和（2）分別計(jì)算出平朔礦區(qū)各土地利用類型動(dòng)態(tài)度及綜合土地利用動(dòng)態(tài)度如表2、表3所示。礦區(qū)1987－1996年間綜合土地利用動(dòng)態(tài)度是12.94%，其中采礦作業(yè)區(qū)、已破壞待復(fù)墾地、已破壞復(fù)墾地和住宅用地的利用動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值最高，分別為11.03%、－7.16%、－2.52%和2.50%；1996－2005年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度是25.16%，而已破壞待復(fù)墾地、已破壞復(fù)墾地和采礦作業(yè)區(qū)成為利用動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值最高的3種土地。分別為64.71%、20.75%和8.40%。這些數(shù)據(jù)表明：隨著采礦業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的待復(fù)墾地，這主要是由采礦作業(yè)區(qū)、排土場(chǎng)占用的耕地、林地和部分未利用地轉(zhuǎn)變而來(lái)的，住宅用地的擴(kuò)張主要占用了大量的耕地；同時(shí)也反映出礦區(qū)在后10a中更加重視土地復(fù)墾工作，使得很多破壞的耕地或者林地通過(guò)復(fù)墾和生態(tài)重建等手段恢復(fù)其利用性。

表2 不同時(shí)期平朔礦區(qū)土地利用變化情況

2005年礦區(qū)總復(fù)墾面積1 116.02hm2，比1996年增加了397.95hm2，復(fù)墾率接近90%。但是耕地土地利用動(dòng)態(tài)度依舊減少了0.582 1%，這是由于復(fù)墾后的土地利用類型目前主要是林地或草地。按照白中科教授的研究成果，礦區(qū)復(fù)墾土地的生產(chǎn)力達(dá)到或超過(guò)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的生產(chǎn)力所需要的時(shí)間為6～10a，也就是復(fù)墾為林地或草地的土地還需一段時(shí)間才能轉(zhuǎn)化為耕地。

3.3 土地利用程度變化分析

采用表1所示的礦區(qū)土地利用程度分級(jí)指數(shù)，按照公式（3）－（5）分別計(jì)算平朔礦區(qū)各研究時(shí)段內(nèi)土地利用程度綜合指數(shù)以及相應(yīng)的變化量和變化率。結(jié)果如表4所示，可以看出：平朔礦區(qū)自1987年以來(lái)，土地利用程度綜合指數(shù)一直保持上升趨勢(shì)，尤其是1987－1996年土地利用程度增長(zhǎng)了3.621，土地利用變化率達(dá)到13.6%；而且1996年與2005年的土地利用程度變化率均大于零，說(shuō)明平朔礦區(qū)的土地利用正處于發(fā)展時(shí)期。

表3 平朔礦區(qū)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度變化情況 %

表4 平朔礦區(qū)土地利用程度情況

4 結(jié)論

（1）平朔礦區(qū)自1985年建礦以來(lái)，耕地、林地和水域面積呈下降趨勢(shì)，而采礦作業(yè)區(qū)、住宅用地、交通用地和草地呈上升趨勢(shì)，這主要是因?yàn)榈V區(qū)生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中占用了大量的耕地與林地，而且礦區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)導(dǎo)致住宅用地與交通用地的增多。特別指出的是礦區(qū)的已破壞待復(fù)墾地與已破壞復(fù)墾地18a間變化幅度很大，這與礦區(qū)的土地復(fù)墾措施與生態(tài)重建工程密不可分。礦區(qū)2005年的已破壞待復(fù)墾地與已破壞復(fù)墾地動(dòng)態(tài)度指標(biāo)分別達(dá)到64.71%和20.75%，成為礦區(qū)變化最大的土地利用類型。這與畢如田老師的研究結(jié)果一致［10］。雖然礦區(qū)采用邊破壞邊復(fù)墾的政策努力保證耕地的占補(bǔ)平衡，但是耕地面積依舊呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)槟壳暗V區(qū)生產(chǎn)建設(shè)占用的耕地基本被復(fù)墾為林地或草地，而要轉(zhuǎn)化為耕地還需要6～10a的時(shí)間才能完成。

（2）平朔礦區(qū)是一個(gè)自愈能力很差的復(fù)合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采礦活動(dòng)成為礦區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力，盡管土地利用綜合指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且變化量與變化率均大于0，表明礦區(qū)土地利用程度處于發(fā)展期；但是其上升的幅度不是很大，18a間土地利用程度綜合指數(shù)累計(jì)變化5.776。因此，礦區(qū)應(yīng)該加大人為影響力，確?！巴烁€林還草”的同時(shí)增加對(duì)礦區(qū)待復(fù)墾地的復(fù)墾進(jìn)程與未利用地的生態(tài)建設(shè)，保證礦區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理化，緩解礦區(qū)土地權(quán)屬糾紛，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］吳傳鈞，郭煥成.中國(guó)土地利用［M］.北京：科學(xué)出版社，1994：3－15.

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Study on Dynamic Change of Land Use in Ecological Fragile Mining Area－A Case Study of Pingshuo Mining Area

XUE Jian－chun1，CAI Song2
（1.School of Economics and Management，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou，Inner Mongolia014010，China；2.Baotou Subsidiary Mobile Communication Company of Inner Mongolia Mobile Communication Corporation，Baotou，Inner Mongolia014010，China）

Based on TM images for 1987，1996and 2005in Pingshuo Mine，the mining land use change was analyzed in terms of the quantity change model and the degree change model of land use.The results showed that：the arable land and the forest land had a decreasing trend in ecologically fragile area in Pingshuo Mine since 1987，the biggest change was that the destroyed land would be reclaimed and the destroyed land had been reclaimed，which was mainly due to a lot of arable land used by mining production and construction and forest land，and caused many lands to be reclaimed.At the same time，due to land reclamation works，the reclamation land of the mining area showed increase trend.However，the current land use types after reclamation are grassland and forest land，so it can not stimulate the increase of arable area.Secondly，the mining land use degree index showed increase trend，and the rate of land use change was greater than 0.It showed that the mining land use in Pingshuo is in the development period.In the future，the ecological reconstruction of mining and land reclamation process should be enhanced to ensure the harmony and development of ecological system，economic system and the social systems in mining area.

land use；dynamic degree；ecologically fragile mining area

F301.24；X171.1

A

1005－3409（2011）06－0204－04

2011－05－22

2011－07－21

內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金（2009NC090）

薛建春（1978－），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，博士，主要從事土地資源評(píng)價(jià)及利用規(guī)劃研究。E－mail：xue.jianchun＠yahoo.com.cn