礦產(chǎn)開采對草原景觀生態(tài)的影響——以錫林浩特市周邊礦區(qū)為例

蘇楞高娃，朝魯孟其其格，錫林塔娜，祁德元

(1.呼和浩特民族學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;3.錫林郭勒盟環(huán)境保護監(jiān)測站，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

1 引言

內(nèi)蒙古草原是內(nèi)蒙古畜牧業(yè)發(fā)展乃至人民生存生活的最重要的物質(zhì)與環(huán)境基礎(chǔ)，是中國北方最重要的生態(tài)防線。內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)不僅具有不可代替的生態(tài)功能和文化承載功能，還蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，煤炭資源尤為豐富。近年來，內(nèi)蒙古礦產(chǎn)開采業(yè)迅速發(fā)展，豐富的礦產(chǎn)資源的開發(fā)，已經(jīng)成為內(nèi)蒙古經(jīng)濟騰飛的引擎之一〔1〕，但同時嚴重影響到了草原生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和健康發(fā)展。隨著草原地區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)規(guī)模擴大，礦區(qū)剝離土大量堆放，形成大型的排土場，不僅占壓草場，還造成揚沙的主要源頭，草原礦區(qū)已成為典型的、嚴重的生態(tài)受損區(qū)。草原上以往的自然景觀和獨特文化環(huán)境，生物多樣性、氣候條件、水土保持功能和基因資源等均在改變，從而導(dǎo)致草原生態(tài)環(huán)境惡化，并直接影響到草原人民的生活、生產(chǎn)環(huán)境，已經(jīng)威脅到草原生態(tài)安全和社會可持續(xù)發(fā)展。

內(nèi)蒙古自治區(qū)是中國煤炭儲量超過1萬億噸的省份之一，據(jù)2003年底統(tǒng)計資料，全區(qū)有上表儲量的1018處礦產(chǎn)地中，已開發(fā)利用的761處，尚有約25% 的尚未開發(fā)利用〔2〕，由此看來，內(nèi)蒙古自治區(qū)在未來相當長時間內(nèi)以礦產(chǎn)為經(jīng)濟、社會發(fā)展重要物資基礎(chǔ)的事實不會改變，探索有效的礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)方法是亟待解決的問題。

草原上的礦產(chǎn)開采活動，不僅使草原自然生態(tài)景觀破碎化，而且必然導(dǎo)致區(qū)域傳統(tǒng)地域文化景觀的破碎化現(xiàn)象。景觀生態(tài)學(xué)是一門研究景觀空間格局對生態(tài)過程影響的新興學(xué)科〔3〕。景觀格局是指大小和形狀不一的景觀斑塊在空間上的排列形式〔4〕。通過景觀格局分析對生態(tài)變化過程進行數(shù)量化分析，了解景觀組分的空間分布特征，是進一步研究景觀功能和動態(tài)變化的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)變化會引起景觀結(jié)構(gòu)及格局的變化，而景觀格局及其演化可以作為評價生態(tài)環(huán)境變化的指標。在草地退化研究中，通過草原景觀格局的演變分析，有利于了解景觀結(jié)構(gòu)與草原退化過程的關(guān)系，可為草原生態(tài)系統(tǒng)的治理和恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)〔5〕。內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)具備低溫少雨特征，使得該草原地區(qū)成為生態(tài)敏感區(qū)域。選擇錫林郭勒盟典型的草原礦區(qū)為研究區(qū)，進行礦產(chǎn)開采對景觀生態(tài)影響的研究，為草原礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)，為進一步研究草原礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)以及新的草原景觀空間格局的產(chǎn)生過程的研究奠定基礎(chǔ)。這對了解草原整體發(fā)展趨勢，建立穩(wěn)定、持續(xù)的草原保護機制等具有重要的生態(tài)意義。

2 研究區(qū)自然概況

該區(qū)屬半干旱草原氣候，冬寒夏炎，年溫差較大。本區(qū)年平均溫度2.1℃，氣溫－25℃以下天氣平均每年發(fā)生40.15d。1974－1993年近20年間平均降水量294.74mm，年平均蒸發(fā)量1794.64 mm;1979－1988年近10年間平均每年發(fā)生大風(fēng)1.2次，最大風(fēng)速20.7m/s(1990－1993年)。凍結(jié)期為10月初～12月上旬，解凍期為翌年3月末～4月中旬，最大凍土深2.89m。露天礦區(qū)土壤類型主要由栗鈣土、草甸栗鈣土、草甸土等組成，由于草場退化，已形成沙化、礫石化栗鈣土，土壤有機質(zhì)含量低，土壤肥力差。本區(qū)草原植被發(fā)育，地帶性植被類型屬于典型草原類型，草地分區(qū)為內(nèi)蒙古中東部溫帶半濕潤半干旱草原區(qū)，植物組成有克氏針茅、大針茅、糙隱子草、冷蒿、羊草、洽草、冰草、錦雞兒等。該草原的生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，其原有景觀一旦被破壞就會引起草地荒漠化且難以恢復(fù)，在該地區(qū)進行采礦對景觀生態(tài)的影響具有重要意義。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

采用錫林浩特市周邊地區(qū)2010年和2011年Landsat－TM影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地面調(diào)查資料，運用ARCGIS9.0軟件，進行景觀類型判讀，生成景觀類型圖，并以此為基礎(chǔ)分析景觀格局變化。

3.2 景觀嵌塊體類型的選取

景觀嵌塊體類型的選擇，根據(jù)土地利用現(xiàn)狀一級系統(tǒng)，結(jié)合本區(qū)特點，選取嵌塊體類型如下:

草原 包括大針茅草原、克氏針茅草原、羊草草原。

人工林地 種植楊樹的人工林地。

農(nóng)田 種類為一年生作物。

撂荒地 裸地。

城鎮(zhèn)用地 包括機場的部分地。農(nóng)村居民用地 指農(nóng)村居民點。

工礦 包括工礦業(yè)用地、交通用地。

3.3 景觀格局分析的指標及其計算方法

(1)景觀豐富度指數(shù)〔6〕

式中:M為景觀類型的數(shù)目，A表示研究區(qū)景觀總面積。

(2)景觀多樣性Shannon指數(shù)〔6〕式中:m為研究區(qū)景觀類型數(shù)目;Pi為第i種景觀類型面積占總面積的比例，在一個景觀系統(tǒng)中，H越大，景觀類型越豐富，該指數(shù)同時表達了景觀中嵌塊體的異質(zhì)性。

(3)景觀均勻度指標〔5〕

式中:H為Shannon多樣性指數(shù)，Hmax=ln(n)，為最大多樣性指數(shù)，可見，E趨于1時，景觀斑塊分布的均勻程度亦趨于最大。

(4)景觀破碎度指標〔6〕

4 結(jié)果與分析

4.1 斑塊數(shù)量及其面積變化

由表1看出，在2010年工礦用地類型面積為9.63km2，占總面積的12.21%，一年后工礦類用地面積增至11.93km2，達總面積的15.19%;而草原斑塊數(shù)量增加，草原景觀面積減少，由81.26%下降到80.18%。說明采礦導(dǎo)致草原面積減少，草原景觀所包含的斑塊數(shù)量增加，使草原景觀連續(xù)性受到破壞。

表1 景觀斑塊的數(shù)目、面積及所占比例統(tǒng)計

4.2 空間格局變化

從圖1的對比中，我們可看出，2011年本研究區(qū)的草地景觀結(jié)構(gòu)比2010年復(fù)雜，連續(xù)一致的圖斑明顯減少，零星分散的圖斑明顯增加。

圖1 研究區(qū)景觀類型對比圖

根據(jù)式(1)－(4)式，計算出兩年的豐富度R、多樣性指數(shù)H、均勻度E及破碎度C列于表2。景觀多樣性指數(shù)的提高表明景觀結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜性趨于增加，也就是說，2011年的景觀多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)高于上年，說明景觀的連續(xù)度遭到破壞，景觀中所含信息趨于混雜，其結(jié)構(gòu)組成多元化，景觀的復(fù)雜程度提高。破碎度是指由于自然或人為因素干擾導(dǎo)致景觀由簡單趨向于復(fù)雜被分割的程度〔8〕，景觀的破碎度反應(yīng)的是單位面積上斑塊個數(shù)的多少。由表2中可看出，2011年破碎度比上年增加0.165，說明景觀類型趨于破碎化;相反景觀的均勻度由0.348下降至0.324，景觀的均勻度反應(yīng)景觀中某個斑塊在面積上分布的不均勻程度，均勻度愈小，說明景觀中原有的，由少數(shù)斑塊占主導(dǎo)地位的格局被打破，面積比例占優(yōu)勢的斑塊日趨破碎，取而代之的是分布零散的混雜結(jié)構(gòu)，景觀的異質(zhì)性明顯增加。

表2 景觀格局分析表

5 結(jié)論

5.1 采礦導(dǎo)致草原面積減少，草原景觀所包含的斑塊數(shù)量增加，使草原景觀連續(xù)性受到破壞，景觀鑲嵌程度增加。說明礦產(chǎn)開采對景觀格局產(chǎn)生不利影響，隨著工礦項目的實施，會使原有的景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，開采地草原景觀將會變?yōu)楣さV建設(shè)地景觀，將大面積均勻分布的草原基質(zhì)切割成破碎景觀斑塊，一定程度上影響與景觀類型和格局密切相關(guān)的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)過程，對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生影響。

5.2 礦產(chǎn)開采導(dǎo)致研究區(qū)景觀多樣性、豐富度及破碎度提高，均勻度降低，使景觀的連續(xù)度遭到破壞，這將一定程度上降低當?shù)匾吧鷦又参飾⒌氐臄?shù)量和質(zhì)量，使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損，功能及穩(wěn)定性下降。應(yīng)及時采取有效措施，避免當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的惡化，實現(xiàn)采礦與環(huán)境治理協(xié)同進行。

5.3 礦產(chǎn)開采應(yīng)獲取開采區(qū)域環(huán)境調(diào)查資料，在此基礎(chǔ)上進行科學(xué)、周密的恢復(fù)計劃，根據(jù)開采技術(shù)特點和自然環(huán)境因素等 ，及時實施相應(yīng)的植被恢復(fù)與重建措施，通過人工促進恢復(fù)措施，加速自然景觀的恢復(fù)過程，實現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

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〔2〕王云霞，曹建民.內(nèi)蒙古草原退化社會經(jīng)濟原因分析與可持續(xù)利用對策〔J〕.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，(9):101－102.

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