鄂爾多斯東部露天煤礦集中分布區(qū)2000—2016年間生態(tài)環(huán)境狀況評價

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院 薩其拉，張霞，康薩如拉，趙金花

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境保護和治理也應(yīng)同時進行[1]。由于近年來露天煤開采速度的不斷提高，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，如土壤侵蝕、土地面積大規(guī)模被破壞、地表和地下水系統(tǒng)紊亂等，最嚴(yán)重的是對區(qū)域植被的破壞。由于露天煤礦占用的土地面積大，該地區(qū)的生物量和植被種類嚴(yán)重減少。因此，如何準(zhǔn)確、有效地監(jiān)測當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，評價環(huán)境保護和治理的有效性是生態(tài)學(xué)及相關(guān)學(xué)科關(guān)注的關(guān)鍵課題[2]。本文基于2000—2016年5期高分辨率遙感圖像，對鄂爾多斯東部露天煤礦集中分布區(qū)進行了遙感精解譯，獲得了該地區(qū)的動態(tài)土地利用數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)環(huán)境分析方法，形成了2000—2016年鄂爾多斯東部露天煤礦集中分布區(qū)生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化情況。

一、研究方法

（一）土地利用動態(tài)解譯

1.圖像數(shù)據(jù)來源

本文2016年高分辨率衛(wèi)星圖像由國家測繪地理信息局推送。2009年和2012年的高分辨率衛(wèi)星圖像是第一次全國國情普查時點核準(zhǔn)數(shù)據(jù)。2000年和2005年為法國的SPOT所融合后的全色衛(wèi)星影像（表1）。此外，又收集了對應(yīng)時期LandsatTM數(shù)據(jù)，計算紅外(IR)和近紅外(NIR)波段，得到歸一化植被指數(shù)(NDVI)。其計算公式如下：

表1 數(shù)據(jù)介紹

NDVI=（NIR-IR）/（NIR+IR）

2.土地利用/覆蓋解譯

首先，利用eCognition developer 8.0軟 件 對2000、2005、2009、2012、2016年這五個時期的圖像進行自動分割，得到每個時期圖像地物矢量文件，然后再利用ArcGIS 9.3軟件對研究區(qū)的土地利用/覆蓋情況進行人機交互式解譯。根據(jù)本研究的目的和圖像的可解譯性，制定土地利用/覆蓋分類系統(tǒng)，獲得了林地、草地、工業(yè)場地、采礦用地、住宅用地、倉儲用地等6種土地利用類型。

（二）生態(tài)環(huán)境狀況評價

1.生態(tài)環(huán)境狀況分指數(shù)計算

根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ/T192—2006）[4]，計算了生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)（土壤脅迫指數(shù)）、污染負(fù)荷指數(shù)等5項生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，并獲得生態(tài)環(huán)境狀況分級。這5個指數(shù)分別反映了監(jiān)測區(qū)域的生物貧乏度、植被覆蓋度、水分豐富度、遭受的脅迫強度和承受的污染物壓力。

2.生態(tài)環(huán)境狀況分級

生態(tài)環(huán)境狀況分級和變化描述見表2、表3。

表2 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)分級表

表3 生態(tài)環(huán)境狀況變化度分級及波動變化度分級描述*

二、結(jié)果與分析

（一）土地利用/覆蓋變化

通過對2000—2016年監(jiān)測區(qū)煤礦土地利用專題圖斑面積的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（表4、圖1），鄂爾多斯東部露天煤礦開采活動隨開采時間有一定的變化趨勢。根據(jù)2000年至2016年土地利用/覆蓋率動態(tài)百分比圖看出，研究區(qū)兩種天然生境類型（天然草地和林地）面積比例逐年下降，天然草地面積比最大，面積比從2000年的57.38%(1490.74km2)下降到2016年的52.42%（1361.98km2)，林地面積比從34.37%(892.92km2)下降至30.97%（804.72km2)；但與人類活動相關(guān)的土地面積不斷增加，采礦用地和工業(yè)用地的面積比分別從0.68%(17.60km2)和0.41%（15.48km2)增加到6.5%(168.75km2)和3.29%（85.48km2)，倉儲用地面積也有所增加。

（二）生態(tài)環(huán)境狀況分指數(shù)變化

1.生物豐度指數(shù)的變化

生物豐度指數(shù)的變化反映了生物豐貧程度的變化。計算結(jié)果顯示(圖1a)，監(jiān)測區(qū)2000—2016年間生物豐度指數(shù)總體情況呈下降趨勢，即2000年生物豐度指數(shù)最高，值為116.94，2016年出現(xiàn)最低值為105.42。在整個評價期內(nèi)，林地與草地面積在顯著減少，建設(shè)用地面積在顯著增加，呈此消彼長的態(tài)勢，反映了監(jiān)測區(qū)生物多樣性指數(shù)的持續(xù)下降。

2.植被覆蓋指數(shù)的變化

植被覆蓋指數(shù)計算結(jié)果顯示(圖1b)，2000—2016年間監(jiān)測區(qū)域總體植被覆蓋指數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，即2005年后植被覆蓋顯著下降，到2016年開始上升。

3.水網(wǎng)密度指數(shù)的變化

水網(wǎng)密度指數(shù)的變化代表了河流、湖泊蓄水和降水的增減，以及水資源數(shù)量和儲量的變化趨勢。評價結(jié)果顯示(圖1c)，2000—2016年監(jiān)測區(qū)域內(nèi)水網(wǎng)密度指數(shù)總體情況相對穩(wěn)定，穩(wěn)中有升，2009年出現(xiàn)最小值為2.93,直到2016年上升至3.18。

4.土地退化指數(shù)的變化

土地退化指數(shù)（或土壤脅迫指數(shù)）是描述土地沙化和荒漠化的重要指標(biāo)。評價結(jié)果顯示(圖1d)，監(jiān)測區(qū)2000—2016年土地退化指數(shù)總體呈下降趨勢，即2016年出現(xiàn)最小值為45.69。整個評價期嚴(yán)重侵蝕等土地脅迫面積明顯減少，適度侵蝕面積上升，最終反映土壤威脅減少，土地改善勢頭，近年來人工植被面積達(dá)到一定程度，提高土壤質(zhì)量，遏制荒漠化和荒漠化。

5.污染負(fù)荷指數(shù)的變化

污染負(fù)荷指數(shù)表示區(qū)域或者某環(huán)境因素對污染物的負(fù)載量。評價結(jié)果顯示(圖1e)，2000—2016年監(jiān)測區(qū)污染負(fù)荷指數(shù)總體反復(fù)波動，即2009年和2012年分別有兩個高峰（10.5和8.9），在此期間固體廢物和煙塵的排放量相對較高。從2005年起，所反映的污染負(fù)荷指數(shù)繼續(xù)波動。

（三）生態(tài)環(huán)境狀況的變化

根據(jù)監(jiān)測區(qū)各周期的EI計算 結(jié) 果(圖1f)可 知，2000—2016年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈持續(xù)下降趨勢，特別是2005年開始上升，到2012年呈下降趨勢。根據(jù)表2中對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的分類依據(jù)，2000—2012年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為“良好”，2016年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為“一般”。

圖1 生態(tài)環(huán)境狀況及各分指數(shù)隨開采年份的變化

三、討論

社會經(jīng)濟和環(huán)境因素在鄂爾多斯市的露天煤礦開采活動中起著主導(dǎo)作用。通過對2000—2016年監(jiān)測區(qū)煤礦土地利用專題圖斑面積的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)露天煤礦開采活動與鄂爾多斯市的社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)。

例如從2000年到2005年，是鄂爾多斯市露天煤礦開采的初始階段。2005年以前，為了保持長期穩(wěn)定的社會發(fā)展，煤炭價格由政府控制，煤炭價格長期以來一直處于低位。自2002年以來，國家已停止發(fā)布政府規(guī)定的熱煤指導(dǎo)價格。然而，由于煤炭作為基礎(chǔ)能源對價格有很大的影響，國家仍不時發(fā)布價格調(diào)控政策，直到2005年底，國家正式宣布熱煤價格不再實行宏觀調(diào)控。從本文的結(jié)果可以看出，正在采礦活動的露天煤礦總量保持穩(wěn)定趨勢，面積保持在18km2，上、下排土場和露天堆放場面積略有增加，而其他人工堆掘地面積保持不變。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)變化不明顯，生態(tài)環(huán)境較為穩(wěn)定。

2005年至2009年，鄂爾多斯市露天煤礦開采進入井噴期。自2005年以來，中國經(jīng)濟發(fā)展迅速。隨著國家能源政策的收緊，安全整改工作進一步加強。大多數(shù)小型煤礦已關(guān)閉投產(chǎn)，但煤炭需求逐年增加，煤炭供應(yīng)逐步收緊，價格也在上漲。鄂爾多斯的煤炭開采量從2005年的15252.72萬噸增加到2009年的3.384億噸，比2005年增長121%。然而，在2008年，中國遭受了次貸危機，經(jīng)濟大幅下滑，煤炭價格繼續(xù)下跌。2009年，在全國投資4萬億元的推動下，中國經(jīng)濟在第二季度得到了穩(wěn)定和復(fù)蘇，在有利的宏觀環(huán)境的影響下，煤炭價格開始上漲。到2009年，露天煤礦開采面積達(dá)到94.20km2，比2005年高 出18km2高出76.20km2；同樣，排土場的面積從2005年的10.55km2增加到33.30km2。在此期間，生態(tài)環(huán)境狀況變化輕微，生態(tài)環(huán)境狀況波動[3]。

2009年至2012年，在2009年全國投資4萬億元的推動下，中國經(jīng)濟在第二季度保持穩(wěn)定和復(fù)蘇，在良好的宏觀環(huán)境的影響下，煤炭價格開始上漲。2012年，全球經(jīng)濟衰退拖累了中國的經(jīng)濟增長，煤炭價格開始徘徊下行。到2012年，露天煤礦開采面積達(dá)到165.85km2，而2009年 為94.20km2超 出71.65km2；同樣，排土場的面積從2009年的33.3km2增加到66.01km2；鄂爾多斯的煤炭開采量從2009年的3.384億 噸 增 加 到2012年的6.3938萬 噸，比2009年 增長89%，相比2005—2009年增長122%，明顯受價格和經(jīng)濟因素的影響。在此期間，生態(tài)環(huán)境變化輕微，生態(tài)環(huán)境狀況波動。

2012年至2016年，鄂爾多斯市的露天煤礦開采進入了一個緩慢增長和調(diào)整的時期。2012年，受全球經(jīng)濟衰退的影響，中國經(jīng)濟增長放緩，煤炭價格持續(xù)下跌。鄂爾多斯地區(qū)采礦量首次出現(xiàn)負(fù)增長，從2012年的6.3938億噸增至2015年的6.16億噸。在此階段，受國家2012年頒布的《煤炭工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的影響，露天煤礦開采規(guī)模進一步擴大，監(jiān)測區(qū)保持在較高水平，但總體增長速度明顯放緩。到2016年，露天煤礦礦區(qū)達(dá)到監(jiān)測期最高水平，為168.75km2。在此調(diào)整期，隨著國家宏觀調(diào)控政策削減產(chǎn)能過剩，大量煤炭需求較大的行業(yè)的產(chǎn)能被調(diào)整，客觀地降低了市場對煤炭的需求，煤炭價格下降，煤炭生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量下降。此外，近年來，鄂爾多斯市政府實施了自治區(qū)綠色發(fā)展的政策理念，加強生態(tài)環(huán)境改善，提高礦區(qū)土地復(fù)墾強度，關(guān)閉部分小煤礦點，露天煤礦總體規(guī)模同比下降。因此，在此期間，生態(tài)環(huán)境條件沒有明顯變化，生態(tài)環(huán)境條件較為穩(wěn)定[4]。

四、結(jié)論

根據(jù)2000—2016年鄂爾多斯東部露天煤礦集中分布區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的動態(tài)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

（1）自2000年以來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求逐年增加，而煤炭供應(yīng)的逐漸趨緊，導(dǎo)致土地面積逐年減少。（2）隨著露天煤礦開采活動數(shù)量的增加，生物多樣性和植被覆蓋度有所下降，土地日趨變成沙漠和荒漠化。但近年來，由于人工種植活動的大量增多，土壤質(zhì)量有了一定程度的改善，生態(tài)環(huán)境也在逐步改善。（3）2000—2012年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為“良好”，而2016年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量介于“一般”。