矿产开采对草原景观生态的影响——以锡林浩特市周边矿区为例

苏楞高娃，朝鲁孟其其格，锡林塔娜，祁德元

(1.呼和浩特民族学院，内蒙古 呼和浩特 010051;2.内蒙古自治区草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051;3.锡林郭勒盟环境保护监测站，内蒙古 锡林浩特 026000)

1 引言

内蒙古草原是内蒙古畜牧业发展乃至人民生存生活的最重要的物质与环境基础，是中国北方最重要的生态防线。内蒙古草原生态系统不仅具有不可代替的生态功能和文化承载功能，还蕴藏着丰富的矿产资源，煤炭资源尤为丰富。近年来，内蒙古矿产开采业迅速发展，丰富的矿产资源的开发，已经成为内蒙古经济腾飞的引擎之一〔1〕，但同时严重影响到了草原生态系统的服务功能和健康发展。随着草原地区矿产开发规模扩大，矿区剥离土大量堆放，形成大型的排土场，不仅占压草场，还造成扬沙的主要源头，草原矿区已成为典型的、严重的生态受损区。草原上以往的自然景观和独特文化环境，生物多样性、气候条件、水土保持功能和基因资源等均在改变，从而导致草原生态环境恶化，并直接影响到草原人民的生活、生产环境，已经威胁到草原生态安全和社会可持续发展。

内蒙古自治区是中国煤炭储量超过1万亿吨的省份之一，据2003年底统计资料，全区有上表储量的1018处矿产地中，已开发利用的761处，尚有约25% 的尚未开发利用〔2〕，由此看来，内蒙古自治区在未来相当长时间内以矿产为经济、社会发展重要物资基础的事实不会改变，探索有效的矿区生态恢复方法是亟待解决的问题。

草原上的矿产开采活动，不仅使草原自然生态景观破碎化，而且必然导致区域传统地域文化景观的破碎化现象。景观生态学是一门研究景观空间格局对生态过程影响的新兴学科〔3〕。景观格局是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列形式〔4〕。通过景观格局分析对生态变化过程进行数量化分析，了解景观组分的空间分布特征，是进一步研究景观功能和动态变化的基础。生态系统变化会引起景观结构及格局的变化，而景观格局及其演化可以作为评价生态环境变化的指标。在草地退化研究中，通过草原景观格局的演变分析，有利于了解景观结构与草原退化过程的关系，可为草原生态系统的治理和恢复提供科学依据〔5〕。内蒙古草地生态系统具备低温少雨特征，使得该草原地区成为生态敏感区域。选择锡林郭勒盟典型的草原矿区为研究区，进行矿产开采对景观生态影响的研究，为草原矿区生态恢复提供理论依据，为进一步研究草原矿区生态环境的恢复以及新的草原景观空间格局的产生过程的研究奠定基础。这对了解草原整体发展趋势，建立稳定、持续的草原保护机制等具有重要的生态意义。

2 研究区自然概况

该区属半干旱草原气候，冬寒夏炎，年温差较大。本区年平均温度2.1℃，气温－25℃以下天气平均每年发生40.15d。1974－1993年近20年间平均降水量294.74mm，年平均蒸发量1794.64 mm;1979－1988年近10年间平均每年发生大风1.2次，最大风速20.7m/s(1990－1993年)。冻结期为10月初～12月上旬，解冻期为翌年3月末～4月中旬，最大冻土深2.89m。露天矿区土壤类型主要由栗钙土、草甸栗钙土、草甸土等组成，由于草场退化，已形成沙化、砾石化栗钙土，土壤有机质含量低，土壤肥力差。本区草原植被发育，地带性植被类型属于典型草原类型，草地分区为内蒙古中东部温带半湿润半干旱草原区，植物组成有克氏针茅、大针茅、糙隐子草、冷蒿、羊草、洽草、冰草、锦鸡儿等。该草原的生态系统较脆弱，其原有景观一旦被破坏就会引起草地荒漠化且难以恢复，在该地区进行采矿对景观生态的影响具有重要意义。

3 研究方法

3.1 数据来源

采用锡林浩特市周边地区2010年和2011年Landsat－TM影像数据，结合地面调查资料，运用ARCGIS9.0软件，进行景观类型判读，生成景观类型图，并以此为基础分析景观格局变化。

3.2 景观嵌块体类型的选取

景观嵌块体类型的选择，根据土地利用现状一级系统，结合本区特点，选取嵌块体类型如下:

草原 包括大针茅草原、克氏针茅草原、羊草草原。

人工林地 种植杨树的人工林地。

农田 种类为一年生作物。

撂荒地 裸地。

城镇用地 包括机场的部分地。农村居民用地 指农村居民点。

工矿 包括工矿业用地、交通用地。

3.3 景观格局分析的指标及其计算方法

(1)景观丰富度指数〔6〕

式中:M为景观类型的数目，A表示研究区景观总面积。

(2)景观多样性Shannon指数〔6〕式中:m为研究区景观类型数目;Pi为第i种景观类型面积占总面积的比例，在一个景观系统中，H越大，景观类型越丰富，该指数同时表达了景观中嵌块体的异质性。

(3)景观均匀度指标〔5〕

式中:H为Shannon多样性指数，Hmax=ln(n)，为最大多样性指数，可见，E趋于1时，景观斑块分布的均匀程度亦趋于最大。

(4)景观破碎度指标〔6〕

4 结果与分析

4.1 斑块数量及其面积变化

由表1看出，在2010年工矿用地类型面积为9.63km2，占总面积的12.21%，一年后工矿类用地面积增至11.93km2，达总面积的15.19%;而草原斑块数量增加，草原景观面积减少，由81.26%下降到80.18%。说明采矿导致草原面积减少，草原景观所包含的斑块数量增加，使草原景观连续性受到破坏。

表1 景观斑块的数目、面积及所占比例统计

4.2 空间格局变化

从图1的对比中，我们可看出，2011年本研究区的草地景观结构比2010年复杂，连续一致的图斑明显减少，零星分散的图斑明显增加。

图1 研究区景观类型对比图

根据式(1)－(4)式，计算出两年的丰富度R、多样性指数H、均匀度E及破碎度C列于表2。景观多样性指数的提高表明景观结构组成的复杂性趋于增加，也就是说，2011年的景观多样性指数和丰富度指数高于上年，说明景观的连续度遭到破坏，景观中所含信息趋于混杂，其结构组成多元化，景观的复杂程度提高。破碎度是指由于自然或人为因素干扰导致景观由简单趋向于复杂被分割的程度〔8〕，景观的破碎度反应的是单位面积上斑块个数的多少。由表2中可看出，2011年破碎度比上年增加0.165，说明景观类型趋于破碎化;相反景观的均匀度由0.348下降至0.324，景观的均匀度反应景观中某个斑块在面积上分布的不均匀程度，均匀度愈小，说明景观中原有的，由少数斑块占主导地位的格局被打破，面积比例占优势的斑块日趋破碎，取而代之的是分布零散的混杂结构，景观的异质性明显增加。

表2 景观格局分析表

5 结论

5.1 采矿导致草原面积减少，草原景观所包含的斑块数量增加，使草原景观连续性受到破坏，景观镶嵌程度增加。说明矿产开采对景观格局产生不利影响，随着工矿项目的实施，会使原有的景观生态结构发生变化，开采地草原景观将会变为工矿建设地景观，将大面积均匀分布的草原基质切割成破碎景观斑块，一定程度上影响与景观类型和格局密切相关的生物学、生态学过程，对区域环境产生影响。

5.2 矿产开采导致研究区景观多样性、丰富度及破碎度提高，均匀度降低，使景观的连续度遭到破坏，这将一定程度上降低当地野生动植物栖息地的数量和质量，使生态系统结构受损，功能及稳定性下降。应及时采取有效措施，避免当地生态系统的恶化，实现采矿与环境治理协同进行。

5.3 矿产开采应获取开采区域环境调查资料，在此基础上进行科学、周密的恢复计划，根据开采技术特点和自然环境因素等 ，及时实施相应的植被恢复与重建措施，通过人工促进恢复措施，加速自然景观的恢复过程，实现矿区可持续发展。

〔1〕蔡红军，徐国权.内蒙古矿产资源综合利用现状及对策研究〔J〕. 西部资源，2006，(10):17－18.

〔2〕王云霞，曹建民.内蒙古草原退化社会经济原因分析与可持续利用对策〔J〕.内蒙古农业大学学报，2007，(9):101－102.

〔3〕王云才，基于景观破碎度分析的传统地域文化景观保护模式〔J〕.地理研究，2011，30(1):10－21

〔4〕刘立成 ，吕世海，高吉喜等.呼伦贝尔森林－草原交错区景观格局时空动态〔J〕.生态学报，2008，28(10):4983－4991.

〔5〕张宏斌，杨桂霞，黄青等.呼伦贝尔草甸草原景观格局时空演变分析——以海拉尔及周边地区为例〔J〕.草业学报，2009，18(1):134－143.

〔6〕刘桂香.内蒙古锡林郭勒草原的景观动态研究〔J〕.160－166.

〔7〕马从安，才庆祥，王启瑞.胜利矿区景观生态的空间格局分析〔J〕.采矿与安全工程学报，200724(4):490－493.

〔8〕牛健植，余新晓，高甲荣.凉水自然保护区景观动态研究初探〔J〕.背景林业大学学报，2003，25(3):74－78.