生態脆弱礦區土地利用動態變化研究——以平朔礦區為例

薛建春，蔡 松

（1.內蒙古科技大學 經濟與管理學院，內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古移動包頭分公司，內蒙古 包頭 014010）

生態脆弱礦區土地利用動態變化研究
——以平朔礦區為例

薛建春1，蔡 松2

（1.內蒙古科技大學 經濟與管理學院，內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古移動包頭分公司，內蒙古 包頭 014010）

基于平朔礦區1987年、1996年和2005年三期的TM影像，從土地利用數量變化模型、土地利用程度變化模型對礦區土地利用動態變化情況進行了分析。研究表明：（1）生態脆弱的平朔礦區自1987年以來耕地、林地面積呈減少趨勢，而變化幅度最大的是已破壞待復墾地和已破壞復墾地，這主要是因為礦區生產建設占用了大量的耕地與林地，從而造成了許多待復墾地，同時由于受礦區土地復墾工程的影響，礦區內復墾地呈上升趨勢；但是目前復墾后土地利用主要以林草地為主，所以無法拉動耕地面積的增長。（2）礦區土地利用程度綜合指數顯示上升態勢，且土地利用程度變化率大于0，表明平朔礦區土地利用處于發展期。今后應加大對礦區的生態重建工作與土地復墾進程，保證礦區耕地平衡，促進礦區生態系統、經濟系統和社會系統協調發展。

土地利用；動態度；生態脆弱礦區

土地是礦區生態系統的重要組成部分，也是礦區進行生產建設、維持自身穩定發展的重要物質基礎，土地利用是一個自然與人文密切交叉的環節，是人類活動對自然資源和生態環境作用的綜合反應［1－2］。隨著土地資源重要性的不斷提高，國內學者陸續提出了一系列分析區域土地利用變化的模型或模型框架。主要有土地利用數量變化模型、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］。這些模型已經廣泛應用于國內各類型城鎮區域的土地利用研究，但對于人為活動擾動劇烈、生態脆弱的礦區研究目前很少。這主要是因為礦區土地利用系統是一個完全動態的變化系統，一方面礦區的生產建設與城鎮建設改變了礦區土地利用結構，另一方面礦區的生態重建與土地復墾工程又努力保持一個良性的土地利用結構。所以，本文在著重考慮生態脆弱的礦區土地利用動態變化空間過程及相關屬性后。采用動態度模型、土地利用程度綜合指數模型等對平朔礦區的土地利用變化做了定量的分析，以期為礦區的生態建設、土地規劃以及土地復墾方向提供依據。

1 研究區概況

平朔礦區位于山西省北部，地處黃土高原東部生態脆弱區，坐落在朔州市平魯區和朔城區境內，是我國首批煤炭國家規劃礦區之一，地理坐標東經111°53′29″－113°35′01″，北緯39°05′07″－40°17′53″，礦區總面積380km2，礦區地質儲量112.21億t，規劃建設總規模為9 350萬t/a。礦區內建有3個大型露天礦，分別是安太堡露天煤礦、安家嶺露天煤礦和東露天煤礦，是一個對環境改變反應敏感、維持自身穩定可塑性較小的復合生態環境系統［4］。本文研究礦區3個時段的TM影像，通過解譯得到礦區的土地利用變化情況，為礦區土地利用動態研究提供數據支持。

2 資料來源與研究方法

2.1 資料來源

選取1987年、1996年和2005年的平朔礦區TM影像作為原數據，通過實地考察和數據記錄的方式，采用ArcGIS的環境，利用人機交互解譯等方式進行識別，最終確定各圖斑信息。然后以2005年數據為基礎，對變化圖斑信息進行處理，最終解譯得到3個年度的土地利用變化數據。

2.2 研究方法

從生態脆弱礦區土地利用的生產經營特點出發，根據土地利用的數量變化、土地利用程度變化來構建平朔礦區土地利用變化模型，深入了解礦區土地利用變化成因、過程，預測未來發展變化趨勢及生態重建、土地復墾發展方向。以國家土地分類標準為基礎，結合礦區土地利用所形成的特定土地類型，將礦區土地利用/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、采礦作業區、已破壞待復墾地和已破壞復墾地10類。以期對礦區土地利用的變化特征進行定量分析。

2.2.1 綜合土地利用動態度

（1）單一土地利用類型動態度。單一土地利用類型動態度反應了研究區一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為［5］：

式中：K——研究期內某一土地利用類型的動態度；Ua，Ub——研究初期和末期該土地利用類型的面積；T——研究時段長。當T值取年為單位時，K值就是該土地利用類型的年變化率。

（2）綜合土地利用動態度。某一研究區域的綜合土地利用動態度反映了該區域一定研究范圍內土地利用數量總體變化情況［5］，其表達式為：

式中：LC——研究期內綜合土地利用動態度；LUi——研究初期第i類土地利用類型面積；ΔLUi－j——研究期末第i類土地利用類型轉為非i類土地利用類型面積的絕對值；T——研究時段長，當T的時段定為年時，LC值就是該研究區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，一個特定范圍內土地利用程度的變化是多種土地利用類型變化的結果，它不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時也反映了人類因素與自然環境因素的綜合效應［6］。根據劉紀遠先生提出的土地利用程度的綜合分析方法，結合礦區土地利用類型的特點，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態分為若干級［7］，并賦予分級指數（表1），從而給出了土地利用程度綜合指數及土地利用程度變化模型的定量化表達式。

表1 土地利用程度分級指數

（1）土地利用程度綜合指數模型。某研究區土地利用程度綜合指數可表達為：

（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——研究區域某時期的土地利用程度綜合指數；ΔLab——土地利用程度變化量；Lb，La——研究區域末期和初期的土地利用綜合指數；R——土地利用程度變化率；Ai——研究區域內第i級土地利用程度分級指數；Ci——研究區域內第i級土地利用程度分級面積百分比；Cib，Cia——研究區域內末期和初期第i級土地利用程度分級面積百分比；n——土地利用程度分級數。若ΔLab＞0或R＞0則表明該區域土地利用正處于發展期，否則處于調整期或衰退期。

3 平朔礦區土地利用動態分析

3.1 土地利用數量變化分析

土地數量的變化客觀上反映了礦區作業生產和礦區生態系統相互影響最直接、最密切的關系［8－9］。通過對平朔礦區1987年、1996年和2005年的土地利用現狀數據分析可以看出，礦區的土地利用結構發生了顯著變化，詳見表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墾地和采礦作業區，10a間已破壞待復墾地增加了952.56hm2，占礦區土地總面積比例增加了2.55%，采礦作業區增加了654.56hm2，占土地總面積比例增加了1.76%。

3.2 綜合土地利用動態度分析

利用公式（1）和（2）分別計算出平朔礦區各土地利用類型動態度及綜合土地利用動態度如表2、表3所示。礦區1987－1996年間綜合土地利用動態度是12.94%，其中采礦作業區、已破壞待復墾地、已破壞復墾地和住宅用地的利用動態度絕對值最高，分別為11.03%、－7.16%、－2.52%和2.50%；1996－2005年綜合土地利用動態度是25.16%，而已破壞待復墾地、已破壞復墾地和采礦作業區成為利用動態度絕對值最高的3種土地。分別為64.71%、20.75%和8.40%。這些數據表明：隨著采礦業的迅速發展，產生了大量的待復墾地，這主要是由采礦作業區、排土場占用的耕地、林地和部分未利用地轉變而來的，住宅用地的擴張主要占用了大量的耕地；同時也反映出礦區在后10a中更加重視土地復墾工作，使得很多破壞的耕地或者林地通過復墾和生態重建等手段恢復其利用性。

表2 不同時期平朔礦區土地利用變化情況

2005年礦區總復墾面積1 116.02hm2，比1996年增加了397.95hm2，復墾率接近90%。但是耕地土地利用動態度依舊減少了0.582 1%，這是由于復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，礦區復墾土地的生產力達到或超過當地農田的生產力所需要的時間為6～10a，也就是復墾為林地或草地的土地還需一段時間才能轉化為耕地。

3.3 土地利用程度變化分析

采用表1所示的礦區土地利用程度分級指數，按照公式（3）－（5）分別計算平朔礦區各研究時段內土地利用程度綜合指數以及相應的變化量和變化率。結果如表4所示，可以看出：平朔礦區自1987年以來，土地利用程度綜合指數一直保持上升趨勢，尤其是1987－1996年土地利用程度增長了3.621，土地利用變化率達到13.6%；而且1996年與2005年的土地利用程度變化率均大于零，說明平朔礦區的土地利用正處于發展時期。

表3 平朔礦區土地利用綜合動態度變化情況 %

表4 平朔礦區土地利用程度情況

4 結論

（1）平朔礦區自1985年建礦以來，耕地、林地和水域面積呈下降趨勢，而采礦作業區、住宅用地、交通用地和草地呈上升趨勢，這主要是因為礦區生產建設過程中占用了大量的耕地與林地，而且礦區城鎮化建設導致住宅用地與交通用地的增多。特別指出的是礦區的已破壞待復墾地與已破壞復墾地18a間變化幅度很大，這與礦區的土地復墾措施與生態重建工程密不可分。礦區2005年的已破壞待復墾地與已破壞復墾地動態度指標分別達到64.71%和20.75%，成為礦區變化最大的土地利用類型。這與畢如田老師的研究結果一致［10］。雖然礦區采用邊破壞邊復墾的政策努力保證耕地的占補平衡，但是耕地面積依舊呈下降趨勢，這是因為目前礦區生產建設占用的耕地基本被復墾為林地或草地，而要轉化為耕地還需要6～10a的時間才能完成。

（2）平朔礦區是一個自愈能力很差的復合動態系統，采礦活動成為礦區土地利用變化的主要驅動力，盡管土地利用綜合指數呈現上升趨勢，且變化量與變化率均大于0，表明礦區土地利用程度處于發展期；但是其上升的幅度不是很大，18a間土地利用程度綜合指數累計變化5.776。因此，礦區應該加大人為影響力，確保“退耕還林還草”的同時增加對礦區待復墾地的復墾進程與未利用地的生態建設，保證礦區農業結構的合理化，緩解礦區土地權屬糾紛，促進礦區生態系統、經濟系統與社會系統的可持續發展。

［1］吳傳鈞，郭煥成.中國土地利用［M］.北京：科學出版社，1994：3－15.

［2］王宗明，張柏，張樹清.吉林省近20年土地利用變化及驅動力分析［J］.干旱區資源與環境，2004，18（6）：61－65.

［3］朱會義，李秀彬.關于區域土地利用變化指數模型方法的討論［J］.地理學報，2003，58（5）：643－650.

［4］薛建春.基于生態足跡模型的礦區復合生態系統分析及動態預測［D］.北京：中國地質大學，2010.

［5］劉紀遠，布和敖斯爾.中國土地利用變化現代過程時空特征的研究：基于衛星遙感數據［J］.第四紀研究，2000，20（3）：122－125.

［6］劉紀遠.西藏自治區土地利用［M］.北京：科學出版社，1992.

［7］任志遠，李晶，王曉峰.城郊土地利用變化與區域生態安全動態［M］.北京：科學出版社，2006.

［8］王安周，張桂賓，鄭潔，等.新鄉市土地利用動態變化分析［J］.水土保持研究，2008，15（1）：163－165.

［9］王秀蘭，包玉海.土地利用動態變化研究方法探討［J］.地理科學進展，1999，18（1）：81－87.

［10］畢如田，白中科，李華，等.基于RS和GIS技術的露天礦區土地利用變化分析［J］.農業工程學報，2008，24（12）：201－204.

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

內蒙古科技大學創新基金（2009NC090）

薛建春（1978－），女，內蒙古呼和浩特人，博士，主要從事土地資源評價及利用規劃研究。E－mail：xue.jianchun＠yahoo.com.cn